E se você precisar de uma bateria? Uma bem grande, que dê para abastecer uma cidade? Inventores tentam resolver esse problema há décadas. Ninguém quer que a geladeira e o hospital fiquem sem energia quando houver picos de demanda ou quando a usina precisar de reparos.
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Essa parece ser uma questão surpreendentemente difícil de solucionar. Hoje, com a ascensão da energia verde, como a solar e a eólica, a necessidade de armazenamento de energia em escala industrial está se tornando cada vez mais vital para garantir que haja força mesmo depois do pôr do sol ou quando o vento parar de soprar.
Com notável engenhosidade, técnicos contam com uma série de forças e estados físicos, tais como temperatura, atrito, gravidade e inércia para manter a energia armazenada para liberação posterior.
É por isso que, no País de Gales, uma empresa de energia projetou um lago especial, no topo de uma montanha. E, na Alemanha, uma usina bombeia cavernas subterrâneas com ar comprimido. Veja aqui como esses e outros sistemas – todos em uso hoje – funcionam.
Ar comprimido em uma caverna
Na década de 1970, uma usina alemã quis construir uma planta de armazenamento flexível que pudesse responder aos picos repentinos na demanda por eletricidade, já que suas geradoras convencionais, principalmente a carvão, não tinham sido projetadas para ser ligadas ou desligadas rapidamente.
O país não tem o terreno montanhoso necessário para uma usina hidrelétrica, que pode começar a funcionar muito mais rapidamente quando a demanda cresce. Mas eis o que existe lá: antigos depósitos de sal subterrâneos.
Tomando emprestada uma técnica normalmente usada para armazenar gás natural e petróleo debaixo da terra, ela canaliza água para as camadas de sal para dissolvê-lo e criar duas cavernas a menos de um quilômetro de profundidade, nos campos de Huntorf. A usina, que foi inaugurada em 1978, usa eletricidade do sistema, quando é mais barata, porque a demanda é baixa, para compactar e armazenar ar nas cavernas de sal.
Então, quando aumenta a demanda por eletricidade, um motor empurra o ar para a superfície e para um sistema de combustão, onde o gás natural é queimado e gira uma turbina para produzir eletricidade. O ar comprimido envia mais oxigênio para as turbinas, tornando-as mais eficientes.
Uma usina similar abriu, em 1991, em McIntosh, Alabama. Várias empresas de energia, principalmente nos Estados Unidos e na Europa, estão explorando seus depósitos de sal para armazenamento também.
Sal derretido para estocar os raios do sol
No deserto de Tonopah, em Nevada, cerca de 300 quilômetros a noroeste de Las Vegas, uma enorme espiral de espelhos envolve uma torre de concreto com aproximadamente 55 andares de altura. Coberta com um transmissor de calor de 30 metros formado por tubos, essa não é uma relíquia de um ritual pagão místico, mas a Instalação de Energia Solar Crescent Dunes.
É a primeira usina do mundo que concentra energia solar usando sal extremamente quente para estender o uso dessa energia após o pôr do sol.
Em vez de usar painéis para produzir eletricidade, essa usina tem mais de 10.300 espelhos, do tamanho de outdoors, que concentram o calor do sol no transmissor, derretendo o sal em milhões de litros de um líquido que chega a 565º C, e é armazenado até que a eletricidade precise ser usada. O sal, que permanece líquido em temperaturas mais altas do que outros fluídos como a água, flui então por um sistema que gera o vapor que movimenta uma turbina, produzindo eletricidade suficiente para abastecer 75 mil casas por até dez horas após o pôr do sol – essencialmente permitindo que o sol "brilhe" durante a noite.
Rodas que giram e abastecem um guindaste
Na Ilha Kodiak, Alasca, a cooperativa elétrica local recebeu um pedido inusitado da companhia de navegação que opera o porto: será que daria para instalar um guindaste elétrico?
A empresa queria substituir seu velho guindaste a diesel por um novo, elétrico e mais rápido. Ele seria capaz de servir navios maiores e pilhas de contêineres mais altas, tornando as operações mais eficientes.
Depois de estudar a proposta e as possíveis soluções, a usina se decidiu pelo flywheel, que usa um rotor girando no vácuo para atuar como motor e gerador. Funcionando desde 2015, o sistema usa eletricidade do sistema normal para acelerar os flywheels, que mantêm sua velocidade através da inércia. Quando o guindaste levanta, o sistema converte o movimento dos rotores em eletricidade; quando baixa, recarrega os flywheels, devolvendo a energia para que sejam acelerados novamente.
A instalação também ajuda no equilíbrio das flutuações de energia da companhia elétrica com suas turbinas de vento, que fornecem cerca de um quarto da eletricidade da ilha.
Dois lagos e uma grande colina
Em 1950, crescia a necessidade de eletricidade da Grã-Bretanha – e de instalações para armazená-la. As autoridades do setor tiveram uma ideia: o hidrobombeamento.
Em outras palavras, você constrói dois lagos, um no topo de uma colina e um na parte inferior. A eletricidade fora do horário de pico (quando é mais barata) bombeia a água de baixo para cima; aí, quando o sistema precisa de energia, o lago superior é aberto, enviando água através de turbinas para produzir eletricidade.
Depois de pesquisar o local ideal por dois anos, a instalação foi feita na Montanha Elidir, ao lado do Parque Nacional de Snowdonia, no norte do País de Gales. Embora a ideia de colocar uma usina em uma área selvagem tenha gerado alguma polêmica, a localização era ideal de várias maneiras: tinha um lago, o Marchlyn Mawr, perto de seu pico e outro, o Peris, na parte inferior.
Ele também contava com o interior de uma pedreira de ardósia abandonada, facilitando a acomodação da Estação de Energia Dinorwig lá dentro. Mesmo assim, levou 10 anos para completá-la.
Inaugurada em 1984, é uma das maiores usinas do mundo desse tipo e pode gerar energia suficiente para abastecer todo o País de Gales por seis horas.
Mas, em vez disso, tornou-se crucial para satisfazer uma necessidade muito britânica: o aumento da demanda por eletricidade quando a televisão exibe programas populares e milhões de pessoas ligam simultaneamente suas chaleiras elétricas para fazer o chá.
Um trem carregado de entulho
Quase uma década atrás, os fundadores de uma pequena startup em Santa Barbara, Califórnia, começaram a construir uma iniciativa verde para armazenamento de energia renovável que imita o hidrobombeamento, mas sem a água.
A solução? Carregar uma sequência de vagões com pedras e concreto e deixar a gravidade fazer o trabalho.
A empresa, a Advanced Rail Energy Storage, provou esse conceito em Tehachapi, na Califórnia, usando eletricidade de um gerador a diesel para enviar um trem de aproximadamente 4,5 toneladas colina acima. Então, quando o trem descia o morro, gerava eletricidade com o movimento das rodas, através de uma tecnologia semelhante à frenagem regenerativa comum em veículos elétricos como o Prius.
A empresa recentemente ganhou a aprovação do Departamento de Gerenciamento de Terras para seu primeiro projeto de escala comercial em Pahrump, Nevada, aproximadamente 50 quilômetros a leste de Vale da Morte. Essa instalação, que irá incluir sete trens mais pesados, foi projetada para atingir plena capacidade em 15 segundos e produzir energia suficiente para abastecer 14 casas médias durante um mês.
Uma geladeira que resfria um edifício
Quando a noite chega ao 1 Bryant Park, a torre de escritórios na 42nd Street com a Avenida das Américas, em Nova York, os funcionários desligam seus computadores, pegam seus celulares e saem do edifício depois de um dia de trabalho.
Mas no porão, a ação está apenas começando. Usando a eletricidade do sistema, mais barata durante a noite, uma grande geladeira resfria água misturada com glicol abaixo do ponto de congelamento. O sistema então bombeia a mistura por cerca de 3,2 quilômetros de tubulação, dentro de cada um dos cerca de 50 tanques de 2.839 litros cheios de água. Com uma temperatura em torno de -2,8º C, a solução de glicol congela a água, armazenando energia na forma de gelo.
No dia seguinte, ela sai das bobinas e vai para um sistema de ar-condicionado de ciclo fechado. Isso ajuda a resfriar os 218.300 metros quadrados do edifício por até 10 horas durante o dia, quando a energia é normalmente mais cara.
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