O armazenamento de energia solar na água tem sido um dos temas abordados na busca pelo armazenamento de energia solar. então, armazenar energia solar na água é uma farsa ou realidade. Nesta leitura, responderemos a isso.
A energia solar está atendendo a algumas de nossas necessidades de eletricidade, mas não impede inevitavelmente a necessidade de outras fontes de eletricidade. E em alguns casos, pode estar tornando a rede menos eficaz, contribuindo para a insegurança e tirando o uso de lojas de pico que geralmente são mais poluidoras.
As lojas de pico são o resultado principal para a carga seguindo na grade. Estas são fontes de eletricidade mais baixas e mais preciosas que funcionam apenas por muitas horas por dia para compensar a diferença entre a carga de energia básica e os picos noturnos.
Outro resultado intrigante desse problema é a chamada operação de demanda, que está impactando a demanda por eletricidade para reduzir ou deslocar os picos e adequar mais a capacidade de geração.
Mas o santo graal no fornecimento de energia em escala de rede é simplesmente deixar que os ângulos de demanda e geração sejam o que serão, armazenando energia quando a geração exceder a demanda e usando essa energia armazenada durante os picos de demanda.
Há uma grande variedade de ideias fascinantes para armazenar grandes quantidades de energia, desde swab derretido até pressurizar o ar em minas antigas, mas o máximo do atual armazém em escala de grade calcula em uma eventualidade gravitacional, que está usando energia redundante para levantar mercadorias, também use essa coisa para induzir eletricidade à medida que cai, basicamente tratando a gravidade da terra como uma mola.
E a vasta maturidade do atual armazém em escala de rede faz isso usando água, em um esquema chamado Sistema de Armazenamento Hidroelétrico Bombeado, um método de armazenamento de energia solar em água.
A tecnologia de armazenamento de energia hidrelétrica bombeada é a maneira de armazenar energia solar na água. Este é um método antigo e bem estabelecido, mas não muito usado. Embora possam ser acessíveis e uma boa solução sustentável para armazenar energia e água em grande escala anual.
O armazenamento hidrelétrico bombeado é uma tecnologia de armazenamento de energia mecânica baseada no transporte de água. Nesse processo, a água é bombeada morro acima usando energia elétrica para um reservatório quando a demanda por energia elétrica é baixa.
Mais tarde, quando a demanda por energia elétrica é alta, a água pode fluir de volta para baixo e é usada para girar uma turbina para gerar eletricidade. Embora a necessidade de armazenamento de energia hidrelétrica tenha crescido devido ao seu uso no armazenamento de energia renovável, como energia solar e eólica, é uma tecnologia que existe desde o início de 1900.
A energia solar pode ser armazenada através do sistema de armazenamento hidrelétrico bombeado como forma de armazenar energia solar na água, incluindo outras energias renováveis, como a energia eólica na água, violando a lacuna quando o sol não está brilhando ou o vento não está soprando.
A energia solar é uma fonte de energia intermitente e variável, por isso é necessário que haja uma alternativa de armazenamento para garantir que a demanda energética seja atendida a qualquer momento.
Há armazenamento de energia de curto prazo disponível para energia solar, como baterias, para resolver problemas de intermitência, mas o armazenamento de energia de longo prazo, como a tecnologia de armazenamento de energia hidrelétrica bombeada, pode ser usado para variações sazonais na geração de eletricidade, como nos períodos de verão e inverno.
O gás hidrogênio pode ser usado como armazenamento de energia a longo prazo, mas comparado à tecnologia de armazenamento de energia hidrelétrica bombeada, o gás hidrogênio ainda não é economicamente competitivo.
Um sistema de depósito hidrelétrico bombeado capta e armazena água em dois locais com uma queda acentuada entre eles. A água pode ser bombeada morro acima para exercitar a geração de energia repetidas vezes. Claro, esse bombeamento consome eletricidade por si só, é aí que entra a energia solar.
Quando o sol brilha e as pessoas não estão usando energia importante, a energia solar redundante está disponível para bombear água de volta para o depósito e em outros momentos quando o sol não está gerando energia suficiente para atender à demanda, o sistema de depósito hidrelétrico bombeado oscila em ação e compensa o espaço.
Todo o sistema funciona em conjunto como uma bateria renovável gigante, fornecendo ao armazém a confiabilidade e a inflexibilidade que a energia solar não pode oferecer por conta própria.
Na tecnologia de armazenamento de energia hidrelétrica bombeada, quando o excesso de energia gerada pela energia solar é usado para bombear água para cima, uma enorme quantidade de energia potencial é criada.
Na maioria dos casos, a maneira como isso funciona é ter dois orçamentos rígidos, mas separados por uma grande diferença de elevação. À noite, quando os preços da eletricidade estão baixos, você usa essa energia barata e bombas para preencher a força superior.
No entanto, o armazenamento hidrelétrico bombeado tem alguns requisitos naturais para um desempenho adequado. Eles incluem; paisagens e reservatórios adequados que podem ser lagos (naturais ou artificiais pela construção de barragens).
Além disso, o armazenamento hidrelétrico bombeado requer licenças regulatórias demoradas e tempos de implementação que podem ser muito longos e não esquecer um grande capital inicial.
Além de ajudar o homem a lidar com a arbitragem de energia, a tecnologia de armazenamento de energia hidrelétrica reversível não é capaz de integrar vários recursos de energia renovável de maneira ideal e isso faz com que o período de retorno financeiro pertença.
Esta é uma das várias razões pelas quais a tecnologia de armazenamento hidrelétrico bombeado não é usada massivamente hoje. Além disso, é apenas em certas áreas que você pode encontrar a tecnologia de armazenamento de energia hidrelétrica reversível, pois envolve altos custos iniciais com alguns obstáculos rigorosos e significativos.
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Faz sentido usar a tecnologia de armazenamento de energia hidrelétrica reversível para armazenar energia solar na água?
Ainda assim, a ideia de armazenar energia solar na água parece confusa e quase insolúvel, se você for como a maioria das pessoas. Quem já ouviu falar de armazenamento hidrelétrico bombeado para energia solar antes?
No entanto, “armazém de energia” é a mais recente expressão de buzz da indústria de energia renovável, e está mudando a uma taxa mais rápida do que qualquer um, exceto aqueles que o projetam, pode acompanhar.
“Mas por que eu deveria procurar armazenamento?” você pergunta. Ótima pergunta! No final do dia, trata-se de quão importante dinheiro você deseja manter em sua carteira. Nossa capacidade de armazenar energia de forma mais eficaz afetará diretamente o preço que você paga por sua eletricidade.
Na última década, a geração de energia renovável – particularmente energia solar e eólica – se tornou tão ampla que é acessível e, de fato, competitiva em termos de custos com energias convencionais como petróleo, carvão e gás. Ainda assim, as energias renováveis não são uma cobertura perfeita para as energias fósseis, pelo menos do ponto de vista logístico.
Embora a tecnologia solar esteja aperfeiçoando rapidamente nossa capacidade de fazer uso da energia que coletamos do sol, um dos maiores problemas que continuamos a enfrentar é como continuar usando a energia solar quando o sol não está mais brilhando.
A maioria de nós vive em áreas do mundo que exigem que iluminemos nossas casas antes e depois do nosso dia de trabalho. De fato, se você tiver a sorte de viver quase 18 horas de sol, provavelmente ainda precisará de energia para ligar sua máquina de lavar louça ou sua geladeira depois que o sol se puser.
Ainda assim, em média, os raios do sol são mais fortes à tarde. Então, em suma, há uma incompatibilidade de horários entre o americano médio e a energia que o sol emite para nós, terráqueos.
Estamos produzindo energia que não estamos por perto para usar. É aí que entra o armazenamento. Precisamos produzir estilos para reter essa energia solar para que possamos aproveitá-la mesmo depois que o sol parar de brilhar.
Existem mais maneiras de armazenar energia solar além do uso de baterias, uma das quais pode ser adequada para nos ajudar a superar essas horas noturnas de alta demanda. O armazenamento hidrelétrico bombeado é uma tecnologia madura e bem testada, capaz de liberar grandes quantidades de energia sustentadas por meio do bombeamento de água.
O processo requer dois reservatórios de água, um em cota baixa e outro em cota avançada. Uma vez conectada, a eletricidade de baixo custo (como a solar) é usada para bombear a água de baixo para cima.
Quando a energia é demandada, a água armazenada acima é liberada através de turbinas, produzindo energia elétrica. Quando a demanda por energia diminui, a força avançada é reabastecida lentamente para a próxima rodada de despacho de energia.
O aspecto elegante da hidrelétrica bombeada como sistema de armazenamento de energia é que é bastante acessível e duradouro. Tem uma eficácia de ida e volta verdadeiramente alta, o que significa que pouca energia é desperdiçada enquanto gera eletricidade.
A maioria é projetada para armazenar entre 6 e 20 horas de energia, com o quantum de energia dependente do tamanho do sistema.
Armazenamento de energia solar na água pelo uso de armazenamento hidrelétrico bombeado versus armazenamento de energia solar em baterias, o que é melhor?
Embora também existam outras opções de armazenamento de energia renovável semelhantes a volantes, ar comprimido, armazenamento de energia criogênica, baterias de entrada e hidrogênio, vamos nos concentrar na comparação de armazenamento de bateria de íon de lítio em grande escala (usado para alimentar uma cidade inteira, não uso doméstico único) versus armazenamento hidrelétrico bombeado.
Este é um conteúdo quente no mercado de armazenamento nos dias de hoje, pois esses dois sentem que estão se destacando como provedores de armazenamento de primeira linha para empresas públicas e privadas.
Muito tem sido notícia recentemente sobre as novas usinas de armazenamento de baterias maciças erguidas em lugares como o sul da Califórnia. O que há de especial neles?
Bem, ao contrário do Tesla Powerwall, que é uma opção de armazenamento de baterias para operação em uma única casa, a Altagas LTD, Tesla e AES Corp criaram três das maiores instalações de armazenamento de baterias do mundo.
A potência dessas instalações de armazenamento de baterias em grande escala combinadas é igual a 15 de todo o armazenamento de baterias instalado em todo o mundo em 2016. Isso é uma grande notícia, pois as baterias anteriormente só apareciam em um pequeno número de sistemas em escala de rede.
Essas instalações de armazenamento provaram que o armazenamento de bateria em grande escala pode entrar no ringue de forma viável com as outras instalações de armazenamento de energia pesada. Mas não é certo se eles podem dar um soco de tamanho decente nos desafiantes ainda.
Comparação dos custos de armazenamento de energia solar em água pelo uso de armazenamento hidrelétrico bombeado e armazenamento de energia solar em baterias
De várias maneiras, comparar o armazenamento de água hidrelétrica em grande escala com baterias de íons de lítio em grande escala é como comparar uma maçã com um pepino, em vez de uma maçã com uma laranja.
Ambos são encontrados na seção de rendimento, mas dificilmente podem ser categorizados como pertencentes ao mesmo grupo de alimentos. Ambos armazenam energia e a colocam de volta na rede, mas suas forças são realmente diferentes.
Vamos dar uma olhada em um dos fatores mais importantes do custo de construção e operação dessas instalações. De fato, dez vezes atrás, não haveria competição entre esses dois devido ao preço historicamente alto das baterias.
Ainda assim, a produção em larga escala de baterias reduziu o preço para menos da metade do que era em 2013, tornando-as uma opção muito mais viável para operações em grande escala.
Em uma conferência solar em larga escala em abril de 2017, o chefe da Arena Energy disse que as instalações de baterias em grande escala caíram tanto de preço que o custo de 100MW de capacidade de energia com 100MWh (uma hora de armazenamento) seria de cerca de igual entre o armazenamento de bateria em grande escala e o armazenamento de água hídrica.
Ainda assim, se esse número aumentar um pouco, para 100 MW com 200 MWh de armazenamento de energia, a energia hidrelétrica supera imediatamente o armazenamento de bateria.
Quando você leva esse número para 500MWh, o jogo acaba para as baterias. Como mencionei antes, a maior força do armazém hidrelétrico bombeado é sua gestão de escala. Uma vez que todo o equipamento para energia hidrelétrica bombeada esteja pronto, é bastante barato obter mais eletricidade (você só precisa de mais água).
Com baterias, no entanto, quanto mais eletricidade você deseja armazenar, mais baterias você precisa, então os preços aumentam principalmente à medida que o sistema fica maior.
Pense no armazenamento hidrelétrico bombeado como uma grande loja não comercial, sempre adequada para oferecer preços muito mais baixos do que as lojas originais de câmbio.
Eles compram em massa e vendem em massa, tornando seus preços realmente difíceis de serem superados. Dessa forma, o armazenamento hidrelétrico bombeado ganha como o fornecedor de energia escolhido em horários de pico de demanda.
O futuro do armazenamento de energia solar na água pelo uso do sistema de armazenamento de energia hidrelétrica bombeada
À medida que o pedido de energia renovável continua a crescer e se desenvolver, estilos de armazenamento econômicos e eficazes, como o armazenamento de energia hidrelétrica bombeada, tornarão a energia solar não apenas uma cobertura mais limpa para as energias fósseis, mas também mais confiável.
À medida que o custo das baterias continua a diminuir, o futuro é brilhante para os consumidores e criadores de energia renovável. Para aqueles que estão falando em investir em painéis solares, um sistema de armazenamento melhor como este estabilizará o mercado e investirá em um mais seguro.
Benefícios do armazenamento de energia solar em água pelo uso de sistemas de armazenamento hidrelétrico bombeado
Durante o dia, quando os preços da energia, a água na força superior é usada para girar turbinas e induzir energia hidrelétrica. É uma bateria de água gigante, e armazenar energia dessa maneira traz muitos benefícios, além de apenas reduzir os picos do vento exigente.
- O armazenamento de energia solar na água por meio de um sistema de armazenamento hidrelétrico bombeado é precioso em uma necessidade, fornecendo acesso rápido à energia quando outras fontes podem estar fora de serviço.
- Armazenar energia solar na água usando sistemas de armazenamento hidrelétrico bombeado é de grande benefício porque esses sistemas podem trazer muitos benefícios em redes elétricas pequenas e sectárias (como em ilhotas) onde você não tem uma diversificação tão importante no portfólio de geração .
Principais Desafios Associados ao Armazenamento de Energia Solar em Água pelo Uso de Sistemas Hidrelétricas Bombeadas
1. Viscosidade de Energia
Um termo usado para descrever o quão importante a energia pode caber em uma unidade de volume e este não é o ponto mais importante de uma instalação de armazém bombeado. Quanto menor a altura manométrica acima das turbinas, maior a capacidade de geração para um determinado volume de água.
É bastante fácil ver a diferença na viscosidade da energia entre uma bateria e a água armazenada. Para atingir a mesma viscosidade de uma bateria de íons de lítio típica, você teria que ter a água armazenada a uma altura aproximada, o que não seria acessível para um veículo elétrico.
Esta é uma das principais desvantagens das instalações de armazenamento bombeado é que elas possuem um tipo de ponto realmente específico, onde você pode detectar duas piscinas próximas uma da outra, além de separá-las por uma distância perpendicular tão importante quanto possível.
E, de fato, também, devido à baixa viscosidade de energia, esses orçamentos geralmente são enormes que são os principais sistemas de engenharia civil em comparação com commodities como uma bateria que pode ser fabricada em uma fábrica.
2. Eficácia
Eficácia é a taxa de quão importante você coloca energia versus quão importante você pode obter. Você agora consegue tudo. Essa é a lei alternativa da termodinâmica. Mas você espera obter o máximo dele, caso contrário, você ergueu uma bateria realmente grande e verdadeiramente preciosa que não funciona.
De fato, considerando todas as perdas implícitas de energia da evaporação ou vazamento de água para desunião e turbulência dentro do ministério, várias instalações de depósitos bombeados atingem uma margem de 70 ou avançada.
Claro, isso significa que eles são consumidores líquidos de energia, já que você não pode recuperar toda a energia usada para bombear a água até o topo, mas se o custo da energia consumida for menor do que o preço que eles podem obter dessa energia ( vantagem de desvantagem) durante o pico de demanda, eles ainda podem gerar lucro.
Perguntas frequentes
- Quanta energia você pode armazenar na água?
Vamos imaginar 1cm3 agua. Podemos aumentar sua energia aumentando sua altura. Podemos calcular o aumento de energia usando a equação da energia potencial gravitacional, que é simplesmente a massa do objeto multiplicada pela aceleração da gravidade multiplicada por sua altura.
Aqui estamos definindo altura como a diferença de altura entre nosso ponto inicial e final, a massa de um metro cúbico de água é 1000kg, então, a cada 1m de ganho, adicionamos 9810 joules de energia. Vamos converter para watt-hora, pois é a unidade mais usada. Então, 9810 joules = 2.7 a 5 watts-hora.
Isso poderia alimentar uma lâmpada de 100 watts por apenas 98.1 segundos, mas não podemos converter essa energia perfeitamente. A tecnologia de armazenamento de energia hidrelétrica bombeada para armazenamento de energia solar em água tem cerca de 80% de eficiência, portanto, isso seria mais próximo de 78.5 segundos e se aumentarmos a cabeça do reservatório superior para 286m como o de Turlock Hill na Irlanda, esse 1cm3 de água poderia alimentar essa mesma lâmpada por 22,452 segundos ou cerca de 6.2 horas.
- Que tipo de energia pode ser armazenada na água?
Todas as formas de energia elétrica podem ser armazenadas na água, desde a energia solar até a energia de combustível fóssil.
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