EP424E - ENERGY STORAGE FOR SMART GRIDS (2019.2) : CAES

Durante o nosso curso, iremos abordar as aplicações, características e vantagens da utilização de sistemas de armazenamento de energia em redes elétricas, com destaque para geração distribuída. É de suma importância que exista o conhecimento das diferentes tecnologias de armazenamento, neste texto estarei descrevendo e apresentando o Armazenamento de Energia por Ar Comprimido (CAES).

Nessa tecnologia o ar é comprimido e armazenado num reservatório para posteriormente ser expandido através de uma turbina e produzir energia elétrica, esse é a visão básica do funcionamento desta tecnologia. Existem duas centrais no mundo que operam usinas de armazenamento de ar comprimido comercialmente, uma é a central de Huntorf na Alemanha que apresenta capacidade nominal de 290 MW e utiliza um domo de sal para armazenar. Outra central, é a McIntosh, no Alabama, estado dos Estados Unidos, esta possui capacidade nominal de 110 MW e utiliza uma caverna de sal como reservatório. A primeira central opera desde 1978, já a segunda é mais moderna operando desde 1991. É importante destacar, que ambas operam de forma similar do ponto de vista das tecnologias.

A energia na rede, podendo ser em excesso, alimenta os compressores, estes realizam a compressão do ar atmosférico e injetando num reservatório geológico subterrâneo por meio de furos de injeção. No processo de expansão o ar é aquecido enquanto é liberado para uma turbina para que produza eletricidade, quando solicitada. No processo de compressão ocorre o processo de aquecimento natural do ar, enquanto na expansão ocorre o resfriamento natural, isso é de suma importância para compreender as técnicas utilizadas nesse armazenamento. A figura abaixo ilustra um esquema genérico do sistema.

Existem duas técnicas de armazenamento, Adiabático e Diabático, o primeiro ainda é uma tecnologia imatura, já o segundo é maduro e já se apresenta no mercado. Essas técnicas se diferenciam no processo em como opera a termodinâmica do ciclo de compressão e expansão do ar.

No armazenamento Adiabático, quando ocorre a compressão, o calor proveniente da transformação é retido e utilizado quando o ar sofre a expansão com a finalidade de aumentar a eficiência quando atingir a turbina. Esse calor é a armazenado em sólidos ou fluidos que realizam troca de calor durante os estágios. Esse método apresenta uma eficiência prática de 70% .[3]

Já no armazenamento Diabático, o calor gerado na compressão é dissipado por meio de intercoolers e o aquecimento na expansão do ar é realizado por queima de combustível fóssil (gás natural). Apesar do processo apresentar menos eficiência, ele é mais simples e mais implementável, tendo em vista que já se encontra nas usinas em atividade.[3]

No contexto de tecnologias de geração distribuída e smat grids, o CAES pode ser aplicado nas seguintes áreas[4]:

Proporcionar flexibilidade para redes inteligentes;
Arbitragem de Preço;
Melhor integração de renováveis;
Controle de "Peak Shaving";
Balanceamento da energia (supply/demand);
Provisão para religamento.

A tabela abaixo faz uma comparação entre outras tecnologias de natureza mecânica para armazenamento. [2]

Tecnologia	Calendar Life (Anos)	Cycle Life (Ciclos)	Eficiência por ciclo (%)	Capacidade nominal (MW)
CAES	20 - 40	8000 - 12000	70 - 89	5 - 300
PHS	40 - 60	10000 - 30000	71 - 85	100 - 5000

A principal desvantagem está em encontrar formações geológicas compatíveis com as necessidades do CAES. A estocagem subterrânea em maciços rochosos não revestidos demandam a existência de rochas de baixíssima permeabilidade ao ar ou a periódica injeção de água no entorno da caverna. A permeabilidade de maciços rochosos ao ar é maior do que a permeabilidade dos mesmos à água. Por causa do alto custo associado, o armazenamento de ar em tanques metálicos de alta pressão só está destinado a aplicações de geração de energia elétrica em pequena escala. [1]

VÍDEO: https://www.youtube.com/watch?v=MNVG7x9ZKBc