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Energia
Edifício
Energia acessível e limpa
Indústria, inovação e infra-estruturas
Cidades e comunidades sustentáveis
A procura mundial de energia aumentou fortemente na última década, devido ao crescimento económico, ao aumento da população e à industrialização dos países em desenvolvimento. Esta procura de energia deve ser satisfeita da forma mais estável e sustentável possível, utilizando energias renováveis(Proton OnSite, 2016).
A produção variável de eletricidade é um fenómeno comum quando se trata de recursos renováveis, por exemplo, o vento e o sol. Assim, pode haver um desfasamento entre a energia produzida e os padrões de consumo, o que leva a que a energia não seja necessariamente produzida no momento em que é necessária. Além disso, devido à produção descentralizada e generalizada de energia por fontes renováveis, a energia não é necessariamente produzida em locais com procura.
Os sistemas de armazenamento de energia dissociam a produção e o consumo de energia e, por conseguinte, podem ajudar a equilibrar o sistema, armazenando a energia disponível no momento, que não é imediatamente necessária, para utilização futura(Distributed Control Methods and Cyber Security Issues in Microgrids, 2020).
Problemas a resolver
Indiretamente através de uma maior integração das energias renováveis:
| Produção de energia a partir de combustíveis fósseis | Emissões de carbono | Qualidade do ar prejudicial | Dependência de combustíveis fósseis |
Diretamente através de soluções de armazenamento:
| Regulação da tensão e da frequência | Instabilidade da rede | Desequilíbrios geográficos | Redução de picos | Eficiência das energias renováveis | Taxa de utilização da produção renovável |
O principal objetivo dos sistemas de armazenamento de energia é facilitar a utilização de energias renováveis. Poupa energia e, assim, equilibra as diferenças no tempo de produção e consumo. Enquanto alguns benefícios são susceptíveis de ser cumpridos com uma implementação básica da solução, o cumprimento dos potenciais benefícios depende das funções implementadas num projeto específico.
Melhorar a eficiência na utilização de energia
Aumento do auto-consumo de PV
Redução da Carga de Demanda
Integração eficiente de energias renováveis
Poder de backup
Adequação dos Recursos
Redução do uso de fósseis , Reduzir os combustíveis fósseis pint
Aumento da quota das energias renováveis
Autarquia energética crescente
Possibilitando novas oportunidades de negócio
Aumenta a estabilidade da rede
Redução das contas de energia
Melhorar a qualidade de vida
Reduzir a poluição atmosférica local
Armazenamento térmico ou elétrico para utilização posterior
Capacidade de armazenamento suficiente para deslocações de pico
Capacidade de gerir a energia em função da procura e da produção
Visualização da necessidade de energia do sistema alimentado
Contra o aumento das flutuações de tensão e frequência e a alteração dos padrões do fluxo de energia
Controlo agudo para períodos de tempo de preços de mercado baixos e altos
Existem diferentes possibilidades de classificar os sistemas de armazenamento de energia para criar comparabilidade. As mais conhecidas são as classificações de acordo com as propriedades físicas, energéticas, temporais, espaciais e económicas. A classificação energética distingue as categorias superiores de potência e energia, a temporal em curto e longo prazo, a espacial em central, descentralizada, estacionária e móvel, a económica em mercados, custos de capital e custos de funcionamento. Devido à popularidade, ao elevado número de categorias e à compreensão técnica, os diferentes sistemas de armazenamento são classificados e explicados de forma físico-energética(Sterner, Stadtler, 2017).
Os sistemas de armazenamento mecânico utilizam a energia que um meio possui devido à sua posição (potencial), velocidade (cinemática) ou estado termodinâmico (pressão). São essencialmente vectores de energia secundários.
Tecnologias de armazenamento:
Uma vez que a utilização de energia proveniente de fontes renováveis é mais económica quando utilizada sob a forma de eletricidade, o armazenamento elétrico é uma opção óbvia. A vantagem de não ter de converter a energia eléctrica noutras formas de energia e de poder, assim, evitar elevadas perdas de conversão em alguns casos. A desvantagem é adensidade de energia extremamente baixa, tanto em termos de volume como de peso, e os custos exorbitantes (Sterner, Stadtler, 2017). Por este motivo, a sua aplicação está atualmente limitada a nichos de aplicação.(Kurzweil, Dietlmeier, 2015)
Os condensadores são utilizados para o fornecimento descentralizado de corrente de curto-circuito e para aplicações com as mais elevadas exigências em termos de tempos de reação (por exemplo, qualidade da tensão).
Tecnologias de armazenamento:
Armazenamento a curto e longo prazo
Os sistemas de armazenamento eletroquímico são constituídos por eléctrodos ligados quimicamente. A energia eléctrica é transferida através de reacções químicas durante a carga e a descarga. Existem sistemas electroquímicos que só podem ser descarregados. São as chamadas baterias primárias. Os sistemas que podem ser carregados e descarregados repetidamente são chamados de baterias secundárias (acumuladores). O armazenamento químico, por outro lado, envolve fontes de energia materiais, como hidrocarbonetos ou substâncias portadoras de energia. A energia pode ser armazenada em meios gasosos (hidrogénio, biogás), líquidos (combustíveis como o etileno, o metanol) ou sólidos (biomassa, carvão). Os processos de carregamento ocorrem na natureza (fotossíntese) ou são convertidos tecnicamente (energia para gás, energia para líquido). A descarga é realizada através de processos de combustão ou conversão de energia térmica em energia mecânica ou eléctrica.
Função:
O armazenamento químico funciona como armazenamento a longo prazo para o sector da energia, mas também como fornecedor de combustível para a mobilidade e o calor.
Tecnologias de armazenamento:
Sistemas de armazenamento de baterias:
Armazenamento de produtos químicos:
Energia
TIC
Sistema de armazenamento de energia com baterias de iões de lítio que proporciona flexibilidade bidirecional. O seu objetivo é o ciclo dinâmico.
Energia
Mobilidade
Solução para a recarga de baterias de Veículos Eléctricos (EV). Os táxis EV da empresa privada OU Takso em Tartu serão parcialmente recarregados com base na energia renovável que é produzida no local com painéis PV e armazenada em baterias EV usadas, melhorando o rendimento das baterias.
Energia
Edifício
Um plano para reduzir o consumo de electricidade em edifícios terciários em Barcelona, através da instalação e utilização de painéis solares fotovoltaicos.
Existem três tipos principais de sistemas de armazenamento de energia térmica - sensível, latente e termoquímico. Enquanto o armazenamento de energia sensível funciona através de uma mudança de temperatura, o armazenamento de energia latente funciona devido a uma mudança de fase do material utilizado. Nos armazenamentos termoquímicos, é utilizada uma reação química com elevada energia envolvida para armazenar energia. O armazenamento térmico sensível tem um elevado nível de desenvolvimento mas uma baixa densidade energética e o armazenamento termoquímico vice-versa. O armazenamento latente está no meio de ambos os parâmetros.
Tecnologias de armazenamento:
Armazenamento térmicosensível
Armazenamento térmico latente
Armazenamento térmico termoquímico
A solução de armazenamento de sal fundido, mencionada na solução de flexibilidade da rede, insere-se na categoria de armazenamento de calor sensível.
Função:
O armazenamento térmico sensível funciona como armazenamento de curto prazo a sazonal, variando de nível de baixa temperatura para aquecimento de água quente doméstica a armazenamento de alta temperatura na geração de eletricidade (sal fundido para centrais térmicas solares), aplicações móveis e estacionárias.
A composição do preço da eletricidade pode influenciar o desempenho económico de um sistema de armazenamento de energia.
A regulamentação legal tem uma enorme influência e pode promover ou inibir os sistemas de armazenamento em países, regiões e cidades.
Uma vez que o armazenamento de eletricidade está principalmente relacionado com as energias renováveis, a proximidade de uma central de energias renováveis garante uma abordagem holística para maximizar a poupança de emissões dentro dos limites estabelecidos. Por exemplo, a eletricidade produzida por uma turbina eólica ou por um sistema fotovoltaico pode ser armazenada num sistema de armazenamento.
O desempenho económico de muitas tecnologias de produção e armazenamento de energia depende em grande medida do quadro regulamentar, especialmente no que respeita a impostos e taxas. As implicações da política climática e do preço do CO2 têm o potencial de impulsionar as tecnologias com baixas emissões de carbono. Em seguida, o preço das licenças é adicionado aos custos variáveis de cada tecnologia baseada em combustíveis fósseis. Por exemplo, vários países europeus têm um imposto sobre o carbono. Portugal, Suécia, Espanha e Polónia são apenas alguns exemplos(taxfoundation, 2020).
Houve várias iniciativas da UE sobre baterias, como a Batteries Europe, a ação do Plano SET, os projectos BRIDGE sobre baterias ou o projeto BATSTORM(Comissão Europeia, 2020).
A maioria dos países da UE não dispõe de um mecanismo de apoio específico para os sistemas de armazenamento de energia, embora alguns tenham adotado medidas específicas. Na Alemanha, por exemplo, existe um programa de subsídios para a distribuição de sistemas de armazenamento de baterias. O seu objetivo é assegurar que os sistemas solares fotovoltaicos tenham um maior benefício para o sistema global, suavizando a sua exportação. Embora algumas soluções de armazenamento de energia sejam comercialmente viáveis sem subsídios, os grandes projectos de infra-estruturas pesadas, como as centrais de armazenamento por bombagem em grande escala, têm atualmente dificuldade em atrair investimentos devido ao elevado risco de receitas(cms, 2018).
Mapa das partes interessadas de um sistema de armazenamento de energia (BABLE, 2021)
Existem muitas projecções para o futuro mercado do armazenamento de energia. Algumas delas diferem significativamente, mas há uma afirmação que pode ser encontrada em todas as projecções: o mercado do armazenamento de energia vai crescer. Um estudo da Deloitte (2018) identifica vários factores para este crescimento:
Em 2019, a procura global de sistemas de armazenamento de energia ascendeu a 194,32 GW(Previsões por Região e Segmento, 2020). De acordo com a Bloomberg NEF, o mercado de armazenamento de energia crescerá cumulativamente para 943 GW ou 2 857 GWh até 2040. De 2018 a 2040, serão investidos 620 mil milhões de dólares em armazenamento de energia. Até 2040, prevê-se que o armazenamento de energia represente 7% do total da capacidade eléctrica instalada a nível mundial. Inicialmente, grande parte do armazenamento de eletricidade será instalado atrás do contador, mas, em meados da década de 2030, prevê-se que a maior parte do armazenamento se encontre no sector à escala dos serviços públicos. A evolução do mercado em cada país pode ser vista na figura seguinte(BloomberggNEF, 2018).
Figura: Implantação global cumulativa projectada de armazenamento por país 2018-2030(Deloitte, 2018)
Os custos das capacidades de armazenamento são cruciais para um sistema energético baseado em percentagens significativas de energias renováveis. A figura abaixo apresenta uma panorâmica com preços específicos por kWh para várias tecnologias de armazenamento de eletricidade nos últimos anos. Esta incorpora sistemas de baterias, tecnologias "power to X" (eletrólise na cor castanha) e centrais de armazenamento por bombagem (bombagem hidráulica na cor amarela) como a solução atualmente mais utilizada. A dependência entre o preço e a capacidade instalada acumulada é mostrada nos eixos horizontais. Assim, pode observar-se uma correlação entre a capacidade instalada e as reduções de custos.
Figura: Curvas de experiência para os custos e capacidades instaladas cumulativas de diferentes tecnologias de armazenamento elétrico(Schmidt, Hawkes, Gambhir, & Staffell, 2017)
Para além da redução histórica dos custos específicos das capacidades de armazenamento elétrico, são esperadas novas reduções de custos. Estudos projectam que o Custo Nivelado de Armazenamento (LCoS) reduzirá pelo menos um terço a metade até 2030 e 2050. Além disso, espera-se que o ião de lítio se torne provavelmente mais eficiente em termos de custos para quase todas as aplicações de baterias estacionárias a partir de 2030(Schmidt, Melchior, Hawkes, & Staffell, 2019). O efeito das reduções de custos não é causado apenas pela economia de escala, mas também pelo nível de maturidade das tecnologias. Na figura seguinte é apresentada uma projeção sobre o desenvolvimento de LCoS.
Figura: Custos futuros projectados das tecnologias de armazenamento elétrico(Schmidt, Hawkes, Gambhir, & Staffell, 2017)
Modelo de funcionamento de um sistema de armazenamento de energia (BABLE, 2021)
A nível da UE
França (Norton Rose Fullbright, 2019)
Países Baixos(Norton Rose Fullbright, 2019)
Energia
Mobilidade
Solução para a recarga de baterias de Veículos Eléctricos (EV). Os táxis EV da empresa privada OU Takso em Tartu serão parcialmente recarregados com base na energia renovável que é produzida no local com painéis PV e armazenada em baterias EV usadas, melhorando o rendimento das baterias.
Energia
Edifício
Um plano para reduzir o consumo de electricidade em edifícios terciários em Barcelona, através da instalação e utilização de painéis solares fotovoltaicos.
Energia
TIC
Sistema de armazenamento de energia com baterias de iões de lítio que proporciona flexibilidade bidirecional. O seu objetivo é o ciclo dinâmico.
Energia
A energia térmica é armazenada no solo (furos), onde o excesso de energia térmica é devolvido e armazenado no solo. Uma bateria eléctrica em Lippulaiva é utilizada para otimizar a utilização da eletricidade e participar nos mercados de reserva de eletricidade.
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Cerca de um quarto do preço da energia é devido ao transporte da energia. A implementação de um sistema energético local pode deslocar a produção de energia de um sistema centralizado para um sistema descentralizado.
De acordo com a Diretiva relativa ao desempenho energético dos edifícios (EPBD), os edifícios são responsáveis por cerca de 40% do consumo de energia e 36% das emissões de CO2 na UE.
A maior parte do financiamento público para a eficiência energética na UE é proposta no sector da construção. Os fundos federais para a eficiência energética em edifícios residenciais ascenderam a 97 milhões de euros em 2019. Um sistema de casa inteligente é uma possibilidade para melhorar a eficiência energética residencial.
Os VPPs são uma resposta ao número crescente de recursos energéticos distribuídos (DER) que estão a entrar na rede, uma vez que os VPPs permitem que a sua produção seja agrupada para alcançar a flexibilidade e a escala necessárias para negociar no mercado da eletricidade; libertando ganhos para os prossumidores, agregadores e operadores de rede.
O fornecimento de energia a residências, edifícios públicos e serviços é responsável pela maioria das emissões de GEE na maioria dos municípios. Os Sistemas Municipais de Poupança de Energia representam soluções pontuais para otimizar o consumo de energia.