Um dos problemas contínuos com as energias renováveis, como sistemas de energia eólica ou energia solar fotovoltaica, é que elas são superabastecidas quando o sol brilha ou o vento sopra, mas podem levar à escassez de eletricidade quando o sol se põe ou o vento diminui. A maneira de superar a intermitência da energia eólica e solar é armazená-la quando estiver em excesso de oferta para uso posterior ou quando estiver em falta.
Várias tecnologias são usadas para armazenar energia renovável, sendo uma delas a hidrelétrica bombeada ou reversível. Essa forma de armazenamento de energia é responsável por mais de 90% do atual armazenamento de energia de alta capacidade do mundo. A eletricidade é usada para bombear água para reservatórios em altitudes mais elevadas durante períodos de baixa demanda de energia. Quando a demanda é mais forte, a água é canalizada através de turbinas situadas em altitudes mais baixas e convertida novamente em eletricidade. O armazenamento bombeado também é útil para controlar os níveis de tensão e manter a qualidade da energia na rede. É um sistema testado e comprovado, mas tem desvantagens.
Os projetos hidrelétricos são grandes e caros, com custos de capital proibitivos, e têm requisitos geográficos exigentes. Eles precisam estar situados em áreas montanhosas com abundância de água. Se o mundo quiser atingir metas de emissão líquida zero, ele precisa de sistemas de armazenamento de energia que possam ser situados em quase qualquer lugar e escala. As normas IEC garantem que os projetos hidrelétricos sejam seguros e eficientes. O Comitê Técnico 4 da IEC publica uma série de normas especificando turbinas hidráulicas e equipamentos associados. O IEC TC 57 publica padrões básicos para a rede inteligente. Um de seus principais padrões IEC 61850 especifica o papel da energia hidrelétrica e a ajuda a interoperar com a rede elétrica à medida que é digitalizada e automatizada.
As baterias de íons de lítio estão melhorando
As baterias são uma das outras soluções óbvias para armazenamento de energia. Por enquanto, as baterias de íons de lítio são a opção preferida. As concessionárias de todo o mundo aumentaram suas capacidades de armazenamento usando baterias superdimensionadas de lítio, pacotes enormes que podem armazenar entre 100 e 800 megawatts (MW) de energia. A instalação de armazenamento de energia da Moss Landing, com sede na Califórnia, é uma das maiores do mundo, com uma capacidade total de 750 MW/3.000 MWh.
O preço das baterias de lítio caiu tremendamente nos últimos anos e elas têm sido capazes de armazenar quantidades cada vez maiores de energia. Muitos dos ganhos obtidos por essas baterias são impulsionados pela corrida da indústria automotiva para construir baterias de lítio menores, mais baratas e mais potentes para carros elétricos. A energia produzida por cada célula de íons de lítio é de cerca de 3,6 volts (V). É maior do que o níquel-cádmio, níquel-hidreto metálico padrão e até mesmo células alcalinas padrão em cerca de 1,5 V e chumbo-ácido em cerca de 2 V por célula, exigindo menos células em muitas aplicações de bateria. As células de íons de lítio são padronizadas pela IEC TC 21, que publica a série IEC 62660 sobre células secundárias de íons de lítio para a propulsão de EVs. O TC 21 também publica padrões para sistemas de armazenamento de energia renovável. O primeiro, IEC 61427-1, especifica requisitos gerais e métodos de teste para aplicações fora da rede e eletricidade gerada por módulos fotovoltaicos.
O segundo, IEC 61427-2, faz o mesmo, mas para aplicações on-grid, com entrada de energia de grandes parques de energia eólica e solar. “Os padrões se concentram na caracterização adequada do desempenho da bateria, seja ela usada para alimentar um refrigerador de armazenamento de vacinas nos trópicos ou evitar apagões nas redes elétricas em todo o país. Esses padrões são em grande parte agnósticos em relação à química. Eles permitem que planejadores de serviços públicos ou clientes finais comparem maçãs com maçãs, mesmo quando diferentes produtos químicos de bateria estão envolvidos”, diz o especialista em TC 21, Herbert Giess.
O IEC TC 120 foi criado especificamente para publicar padrões no campo de sistemas de armazenamento de energia elétrica (EES) integrados à rede, a fim de atender aos requisitos da rede. Um sistema EES é um sistema integrado com componentes, que podem ser baterias já padronizadas. O TC está trabalhando em um novo padrão, IEC 62933-5-4, que especificará métodos e procedimentos de teste de segurança para sistemas baseados em baterias de lítio para armazenamento de energia. IECEE (Sistema IEC de Esquemas de Avaliação da Conformidade para Equipamentos e Componentes Eletrotécnicos) é um dos quatro sistemas de avaliação da conformidade administrados pela IEC. Ele executa um esquema que testa a segurança, interoperabilidade de componentes de desempenho, eficiência energética, compatibilidade eletromagnética (EMC) e substâncias perigosas das baterias.
Preocupações levantadas sobre segurança e reciclagem
No entanto, as desvantagens de usar baterias de lítio para armazenamento de energia são múltiplas e muito bem documentadas. O desempenho das células de íons de lítio se degrada com o tempo, limitando sua capacidade de armazenamento. Questões e preocupações também foram levantadas sobre a reciclagem das baterias, uma vez que elas não podem mais cumprir sua capacidade de armazenamento, bem como sobre o fornecimento de lítio e cobalto necessários. O cobalto, especialmente, é frequentemente extraído informalmente, inclusive por crianças. Um dos mais importantes produtores de cobalto é a República Democrática do Congo. O desafio do armazenamento de energia também é assumido por meio de projetos no Fundo de Impacto Global da IEC. A reciclagem de íons de lítio é um dos aspectos que está sendo considerado.
Por fim, o íon de lítio é inflamável e um número considerável de usinas que armazenam energia com baterias de íons de lítio na Coreia do Sul pegou fogo de 2017 a 2019. Embora tenham sido identificadas causas, principalmente práticas de instalação inadequadas, houve falta de conscientização sobre os riscos associados ao íon de lítio, incluindo fuga térmica.
O IEC TC 120 publicou recentemente um novo padrão que analisa como os sistemas de armazenamento de energia baseados em bateria podem usar baterias recicladas. A IEC 62933-4-4 visa “revisar os possíveis impactos ao meio ambiente resultantes de baterias reutilizadas e definir os requisitos apropriados”.
Nova tecnologia de bateria
Outras tecnologias de bateria estão surgindo, incluindo baterias de estado sólido ou SSBs. De acordo com a consultoria B2B IDTechEx, eles estão se tornando os principais candidatos na corrida pela tecnologia de baterias de próxima geração. As baterias de estado sólido substituem o eletrólito líquido inflamável por um eletrólito de estado sólido (SSE), que oferece benefícios de segurança inerentes. Os SSEs também abrem as portas para o uso de diferentes materiais catódicos e anódicos, expandindo as possibilidades de design de baterias. Embora alguns SSBs sejam baseados na química de íons de lítio, nem todos seguem esse caminho. O problema é que os verdadeiros SSBs, sem líquido algum, estão muito longe do lançamento no mercado, mesmo que pareçam uma alternativa promissora em algum momento no futuro.
De acordo com a IDTechEx, a adoção de SSBs enfrenta desafios, incluindo altas despesas de capital, custos operacionais comparáveis e preços premium. Propostas de valor claras devem ser apresentadas para obter aceitação pública. O mercado pode adotar SSBs, mesmo que contenham pequenas quantidades de polímeros líquidos ou em gel, desde que forneçam os recursos desejados. As baterias semi-sólidas híbridas podem fornecer uma rota de transição, oferecendo melhor desempenho. A curto prazo, SSBs híbridos, contendo uma pequena quantidade de gel ou líquido, podem se tornar mais comuns.
A corrida começou para a próxima geração de baterias. Embora ainda não existam padrões para essas novas baterias, espera-se que elas surjam, quando o mercado exigir.
Autor: Catherine Bischofberger
A Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC) é uma organização global sem fins lucrativos que reúne 174 países e coordena o trabalho de 30.000 especialistas em todo o mundo. As Normas Internacionais IEC e a avaliação da conformidade sustentam o comércio internacional de produtos elétricos e eletrônicos. Eles facilitam o acesso à eletricidade e verificam a segurança, o desempenho e a interoperabilidade de dispositivos e sistemas elétricos e eletrônicos, incluindo, por exemplo, dispositivos de consumo, como telefones celulares ou geladeiras, equipamentos médicos e de escritório, tecnologia da informação, geração de eletricidade e muito mais.
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