Q Quantidade de calor acumulado kJ
3. Técnicas de Acumulação de Energia
3.1. Armazenamento de energia mecânica
3.1.2. Bombagem hidroelétrica
Tendo em conta a crescente dificuldade em instalar os sistemas de armazenamento hidroelétricos convencionais por limitações topográficas e ambientais, foram estudadas outras possibilidades. Uma das ideias
reservatório inferior e um terreno no litoral como reservatório superior,
esquema revelou-se muito dispendioso, mais do que o convencional. Os custos adicionais relacionados com a proteção contra a corrosão e prevenção de fugas de água do reservatório superior são signifi
Surgiu também o conceito de
subterrâneo, uma adaptação do convencional, o qual usa
subterrâneas sem qualquer contacto com uma fonte de água natural como reservatório inferior. Este tipo de projeto é atrativo
construção e por apresentarem ambientais.
Armazenamento de Energia Térmica Através de Materiais de Mudança de Fase
e perdas estimadas de um sistema de armazenamento hidroelétrico
O armazenamento por bombagem hidroelétrica é economicamente viável mas a sua instalação é geograficamente limitada, apenas uma pequena percentagem da capacidade hidroelétrica total é passível de ser utilizada, porque obriga à disponibilidade de duas albufeiras a cotas razoavelmente distintas e com uma proximidade geográfica Devido às preocupações ambientais, existentes hoje em dia, associadas à construção de grandes instalações de armazenamento por bombagem hidroelétrica é
até que ponto estas continuarão a ser construídas no futuro ; Barnes e Levine, 2011; Dinçer e Rosen, 2011
idroelétrica com armazenamento subterrâneo
Tendo em conta a crescente dificuldade em instalar os sistemas de armazenamento hidroelétricos convencionais por limitações topográficas e ambientais, foram estudadas outras possibilidades. Uma das ideias passa por usar o mar como
m terreno no litoral como reservatório superior,
se muito dispendioso, mais do que o convencional. Os custos adicionais relacionados com a proteção contra a corrosão e prevenção de fugas de água do reservatório superior são significativos.
o conceito de bombagem hidroelétrica com armazenamento adaptação do convencional, o qual usaria cavernas artificiais subterrâneas sem qualquer contacto com uma fonte de água natural como reservatório
Este tipo de projeto é atrativo devido à maior disponibilidade de locais por apresentarem um enorme potencial para reduzir os impactos
Armazenamento de Energia Térmica Através de Materiais de Mudança de Fase
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e armazenamento hidroelétrico (Donald
omicamente viável mas a sua instalação é geograficamente limitada, apenas uma pequena percentagem da , porque obriga à disponibilidade oximidade geográfica Devido às preocupações ambientais, existentes hoje em dia, associadas à construção de grandes instalações de armazenamento por bombagem hidroelétrica é no futuro (Huggins, Dinçer e Rosen, 2011).
Tendo em conta a crescente dificuldade em instalar os sistemas de armazenamento hidroelétricos convencionais por limitações topográficas e ambientais, usar o mar como m terreno no litoral como reservatório superior, mas este se muito dispendioso, mais do que o convencional. Os custos adicionais relacionados com a proteção contra a corrosão e prevenção de fugas de água com armazenamento cavernas artificiais subterrâneas sem qualquer contacto com uma fonte de água natural como reservatório à maior disponibilidade de locais para um enorme potencial para reduzir os impactos
Armazenamento de Energia Térmica Através de Materiais de Mudança de Fase
Figura 12: Representação de um sistema de armazenamento por subterrâneo (Energy Storage Association, 2014
No modelo proposto, ainda em fase de planeamento, a constituição deste tipo de armazenamento será um reservatório superior superficial em conjunto com um reservatório artificial inferior
extensão de água existente ou um lago artificial f
reservatório inferior será uma grande caverna escavada em rochas duras.
A energia produzida por uma instalação por bombagem hidroelétrica é diretamente proporcional à diferença de altitudes dos reservatórios. Num sistema subterrâneo o reservatório inferior pode
relevante comparativament
existe uma diferença de 300 m ou menos entre os dois reservat
sejam alcançadas por ambos as mesmas potências com a vantagem do reservatório superficial ter um volume significativ
ambientais. Também com esta diferença de cotas o reservatório inferior subterrâneo será menor, o que será igualmente uma vantagem ambiental e em termos de custos de execução, comparativamente a uma situação com
Os custos de escavação e do material necessário, o risco associado à construção e o tempo prescindido, dificultam o avanço destes projetos. Tem vindo a ser estudada a opção de utilizar cavidades
(Barnes e Levine, 2011; Dinçer e Rosen, 2011 Association, 2014).
3.1.3. Armazenamento da
Um volante de inércia é um dispositivo mecânico rotativo energia rotacional, podendo
suavizar a potência à saída dos motores de ciclo isto em ciclos de operação reduzidos
inércia.
As novas aplicações deste mecanismo tiram motor/gerador se inverter. Assim
Armazenamento de Energia Térmica Através de Materiais de Mudança de Fase
: Representação de um sistema de armazenamento por bomb Energy Storage Association, 2014).
No modelo proposto, ainda em fase de planeamento, a constituição deste tipo de armazenamento será um reservatório superior superficial em conjunto com um eservatório artificial inferior, figura 12. O reservatório superior poderá ser uma extensão de água existente ou um lago artificial formado por diques e barragens, e
uma grande caverna escavada em rochas duras.
A energia produzida por uma instalação por bombagem hidroelétrica é diretamente proporcional à diferença de altitudes dos reservatórios. Num sistema subterrâneo o reservatório inferior pode estar a 1400 m abaixo do solo,
relevante comparativamente com o de um sistema convencional no qual
existe uma diferença de 300 m ou menos entre os dois reservatórios. Isto permite que sejam alcançadas por ambos as mesmas potências com a vantagem do reservatório superficial ter um volume significativamente inferior, e assim diminuir os impactos Também com esta diferença de cotas o reservatório inferior subterrâneo será menor, o que será igualmente uma vantagem ambiental e em termos de custos de execução, comparativamente a uma situação com menor diferença de cotas.
Os custos de escavação e do material necessário, o risco associado à construção e o tempo prescindido, dificultam o avanço destes projetos. Tem vindo a ser estudada a cavidades subterrâneas já existentes em prol da diminuição dos custos
Dinçer e Rosen, 2011; Ter-Gazarian, 2011;
da energia cinética por volantes de inércia
Um volante de inércia é um dispositivo mecânico rotativo ndo ser designado instantâneo, porque tem sido
à saída dos motores de ciclo para ajustar cargas desniveladas isto em ciclos de operação reduzidos. Na figura 13 está representado um volante de
As novas aplicações deste mecanismo tiram partido da capacidade do motor/gerador se inverter. Assim, este dispositivo pode ser projetado para trabalhar Armazenamento de Energia Térmica Através de Materiais de Mudança de Fase
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bombagem hidroelétrica
No modelo proposto, ainda em fase de planeamento, a constituição deste tipo de armazenamento será um reservatório superior superficial em conjunto com um O reservatório superior poderá ser uma ormado por diques e barragens, e o uma grande caverna escavada em rochas duras.
A energia produzida por uma instalação por bombagem hidroelétrica é diretamente proporcional à diferença de altitudes dos reservatórios. Num sistema 1400 m abaixo do solo, um número no qual normalmente órios. Isto permite que sejam alcançadas por ambos as mesmas potências com a vantagem do reservatório amente inferior, e assim diminuir os impactos Também com esta diferença de cotas o reservatório inferior subterrâneo será menor, o que será igualmente uma vantagem ambiental e em termos de custos de
menor diferença de cotas.
Os custos de escavação e do material necessário, o risco associado à construção e o tempo prescindido, dificultam o avanço destes projetos. Tem vindo a ser estudada a da diminuição dos custos ; Energy Storage
Um volante de inércia é um dispositivo mecânico rotativo acumulador de em sido utilizado para para ajustar cargas desniveladas, tudo Na figura 13 está representado um volante de partido da capacidade do este dispositivo pode ser projetado para trabalhar
Armazenamento de Energia Térmica Através de Materiais de Mudança de Fase
como motor quando impulsionado por energia elétrica, ou como gerador quando conduzido por energia mecânica.
De uma forma simplista
seu centro acionada por um motor, quando a energia é necessária, a força giratória aciona o gerador para produzir eletricidade. Quando está em descarga o volante diminui a velocidade de rotação. O volante
velocidade rotacional do mesmo.
Figura 13: Volante de inércia
O rotor opera em vácuo e gira com torno de rolamentos para reduzir o aumentar a eficiência.
Em comunidades isoladas ou
elétrica não é possível, são instalados geradores para satisfazer as cargas locais. Os volantes de inércia também são uma solução interessante para transporte, principalmente para veículos rodoviários, que ex
ciclos de paragens e arranques cinética de desaceleração acelerando
de energia mecânica em térmica nos travões do veí novamente energia para aceleração do veículo
Nos teste feitos em automóveis a gasolina foram conseguidas poupanças de 50 espectável que seja conseguido o mesmo para veículos elétricos.
Apesar do rendimento cíclico
inércia rondar os 80-90 %, são necessárias investigações e desenvolvimento futuro campo para que este conquiste
Clark, 2000; Ribeiro et al., 2001 Storage Association, 2014)
No futuro os volantes serão utilizados para armazenar energia para descarga por períodos mais longos, será viável que isto aconteça quando for possível diminuir os custos e as perdas (Ter-Gazarian, 2011
Entre as aplicações de
Armazenamento de Energia Térmica Através de Materiais de Mudança de Fase
como motor quando impulsionado por energia elétrica, ou como gerador quando conduzido por energia mecânica.
simplista, um volante de inercia contém uma massa giratória no acionada por um motor, quando a energia é necessária, a força giratória aciona o gerador para produzir eletricidade. Quando está em descarga o volante diminui a velocidade de rotação. O volante é recarregado por meio do motor, que faz aumentar a velocidade rotacional do mesmo.
: Volante de inércia (Energy Storage Association, 2014).
O rotor opera em vácuo e gira com torno de rolamentos para reduzir o
Em comunidades isoladas ou ilhas, onde o apoio de uma grande área de rede elétrica não é possível, são instalados geradores para satisfazer as cargas locais.
Os volantes de inércia também são uma solução interessante para transporte, principalmente para veículos rodoviários, que experimentam no dia-
ciclos de paragens e arranques no trânsito. A principal ideia é armazenar a energia acelerando o volante, em vez de desperdiçá-la
de energia mecânica em térmica nos travões do veículo, e quando novamente energia para aceleração do veículo, esta seria retirada ao volante Nos teste feitos em automóveis a gasolina foram conseguidas poupanças de 50
seja conseguido o mesmo para veículos elétricos.
do rendimento cíclico do armazenamento de energia por volantes de , são necessárias investigações e desenvolvimento futuro para que este conquiste lugar em grandes escalas de armazenamento
Ribeiro et al., 2001; Dinçer e Rosen, 2011; Ter-Gazarian, 2011 ).
No futuro os volantes serão utilizados para armazenar energia para descarga por períodos mais longos, será viável que isto aconteça quando for possível diminuir os
Gazarian, 2011).
Entre as aplicações de grande potencial encontram-se:
Armazenamento de Energia Térmica Através de Materiais de Mudança de Fase
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como motor quando impulsionado por energia elétrica, ou como gerador quando uma massa giratória no acionada por um motor, quando a energia é necessária, a força giratória aciona o gerador para produzir eletricidade. Quando está em descarga o volante diminui é recarregado por meio do motor, que faz aumentar a
O rotor opera em vácuo e gira com torno de rolamentos para reduzir o atrito e ilhas, onde o apoio de uma grande área de rede elétrica não é possível, são instalados geradores para satisfazer as cargas locais. Os volantes de inércia também são uma solução interessante para transporte, a-dia frequentes A principal ideia é armazenar a energia la pela dissipação fosse necessária volante de inércia. Nos teste feitos em automóveis a gasolina foram conseguidas poupanças de 50 %, e é do armazenamento de energia por volantes de , são necessárias investigações e desenvolvimento futuro neste s escalas de armazenamento (Boyes e Gazarian, 2011; Energy No futuro os volantes serão utilizados para armazenar energia para descarga por períodos mais longos, será viável que isto aconteça quando for possível diminuir os
Armazenamento de Energia Térmica Através de Materiais de Mudança de Fase
• Veículo totalmente elétrico alimentado com a energia do volante; • Uso dos volantes como armazenamento intermédio
fotovoltaicos;
• Utilização de volantes em vez de baterias para salvaguarda de energia em de falha das telecomunicações.
3.1.4. Armazenamento de a
Num sistema de armazenamento de ar comprimido, o ar é comprimido nas horas de baixa procura e acumulado em reservatórios subterrâneos
de procura, o ar é libertado para acio
Figura 14: Sistema de armazenamento de ar comprimido
Há seis componentes essenciais num sistema de armazenamento de ar comprimido:
• Motor/gerador de acionamento do compressor; • Compressor de ar;
• Turbina de alta e baixa pressão; • Equipamento de controlo; • Equipamento auxiliar
• Cavidade subterrânea utilizada para acumular o ar comprimido.
Os reservatórios subterrâneos podem ser cavernas, domos salinos, reservatórios resultantes de antigas zonas de gás e petróleo ou aquíferos, ou mesmo cavernas artificiais. Os aquíferos podem ser bastante
pelo fato de o ar comprimido no seu interior manter uma pressão constante, enquanto Armazenamento de Energia Térmica Através de Materiais de Mudança de Fase
culo totalmente elétrico alimentado com a energia do volante; Uso dos volantes como armazenamento intermédio associado a
Utilização de volantes em vez de baterias para salvaguarda de energia em de falha das telecomunicações.
Armazenamento de ar comprimido
Num sistema de armazenamento de ar comprimido, o ar é comprimido nas horas de baixa procura e acumulado em reservatórios subterrâneos. Durante as horas de pico de procura, o ar é libertado para acionar um gerador de turbina a gás, ver figura 14.
rmazenamento de ar comprimido (Pacific Gas and Electric Company, 2014
seis componentes essenciais num sistema de armazenamento de ar Motor/gerador de acionamento do compressor;
Turbina de alta e baixa pressão; Equipamento de controlo;
Equipamento auxiliar para os permutadores de calor;
subterrânea utilizada para acumular o ar comprimido.
Os reservatórios subterrâneos podem ser cavernas, domos salinos, reservatórios resultantes de antigas zonas de gás e petróleo ou aquíferos, ou mesmo cavernas artificiais. Os aquíferos podem ser bastante interessantes como meio de armazenamento pelo fato de o ar comprimido no seu interior manter uma pressão constante, enquanto Armazenamento de Energia Térmica Através de Materiais de Mudança de Fase
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culo totalmente elétrico alimentado com a energia do volante;
associado a painéis Utilização de volantes em vez de baterias para salvaguarda de energia em casos
Num sistema de armazenamento de ar comprimido, o ar é comprimido nas horas Durante as horas de pico
ver figura 14.
Pacific Gas and Electric Company, 2014).
seis componentes essenciais num sistema de armazenamento de ar
Os reservatórios subterrâneos podem ser cavernas, domos salinos, reservatórios resultantes de antigas zonas de gás e petróleo ou aquíferos, ou mesmo cavernas interessantes como meio de armazenamento pelo fato de o ar comprimido no seu interior manter uma pressão constante, enquanto
Armazenamento de Energia Térmica Através de Materiais de Mudança de Fase
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nos outros de cada vez que ar comprimido é inserido ou libertado há uma variação de pressão.
Em comparação com as outras técnicas de armazenamento esta apresenta tempos de armazenamento mais longos e menores custos mas como desvantagem tem um rendimento relativamente menor, na gama dos 60-80 %, pode concluir-se da observação da figura 15, onde o armazenamento de ar comprimido é definido pela sigla CAES (Compressed Air Energy Storage).
A maior limitação deste sistema, a par do armazenamento por bombagem hidroelétrica, é a dependência geográfica. Esta técnica só é economicamente viável se houver nas proximidades algum reservatório subterrâneo de entre os referidos anteriormente. Outra restrição é a necessidade de combustíveis fósseis, o que o torna menos atrativo (Dinçer e Rosen, 2011; Ter-Gazarian, 2011; Sarasua et al., 2013).
Para atenuar o impacto destas barreiras estão sob desenvolvimento e pesquisa: • Aperfeiçoamentos do sistema de armazenamento convencional;
• Sistemas adiabáticos de armazenamento de ar comprimido, para que se possa deixar de usar combustíveis fósseis na fase de aproveitamento do ar comprimido;
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Figura 15: Caraterísticas técnicas do sistema de armazenamento de ar comprimido (Sarasua et al., 2013).
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3.2. Armazenamento de energia química
A energia pode ser armazenada em sistemas constituídos por um ou mais compostos que libertam ou absorvem energia quando reagem para formarem outros compostos. As baterias são o dispositivo mais utilizado para o armazenamento de energia química. Esta energia é normalmente denominada energia eletroquímica pois as reações na bateria são provocadas por energia elétrica e posteriormente produzem energia elétrica.
Alguns sistemas de armazenamento químicos são termicamente carregados e descarregados. Muitas reações químicas são endotérmicas e só prosseguem com absorção de energia térmica. Quando a temperatura do sistema atinge um valor menor do que o de referência, a energia armazenada durante a reação direta é então libertada enquanto a reação inversa se dá. Assim, a energia é armazenada utilizando os calores das reações químicas.
Esta técnica está a ser ponderada para aplicações solares térmicas, mas ainda está em estágio de desenvolvimento.
Qualquer reação química reversível pode ser considerada para armazenar energia, e o motor da reação é normalmente energia elétrica ou química. Quando a reação é revertida a força motriz que conduziu à primeira reação é imediatamente libertada (Dinçer e Rosen, 2011).