Imagine painéis solares que não apenas geram eletricidade durante as horas de luz do dia, mas também podem armazenar o excesso de energia para uso à noite ou em dias nublados. Essa capacidade transformadora está se tornando realidade por meio de tecnologias avançadas de armazenamento de energia, que servem como reservatórios massivos que convertem energia renovável intermitente em energia estável e confiável.

Os sistemas de armazenamento de energia capturam e retêm energia em várias formas para uso posterior. As tecnologias atuais se enquadram em quatro categorias principais:

• Armazenamento eletroquímico: Sistemas de bateria, incluindo tecnologias de íons de lítio, baterias de fluxo, chumbo-ácido e as emergentes tecnologias de íons de sódio.
• Armazenamento térmico: Sistemas que utilizam capacidade de calor ou materiais de mudança de fase, como sal fundido, armazenamento de gelo e reservatórios de água quente.
• Armazenamento mecânico: Soluções que incluem hidrelétricas bombeadas, ar comprimido e sistemas de volante.
• Tecnologias emergentes: Sistemas experimentais como armazenamento magnético supercondutor e armazenamento baseado em hidrogênio.

O armazenamento em bateria domina as aplicações atuais, particularmente em implementações residenciais, comerciais e em escala de rede. Diferentes químicas de bateria servem a propósitos distintos:

Baterias de íons de lítio: Esses sistemas de alta densidade de energia agora alimentam tudo, de smartphones a veículos elétricos e projetos de armazenamento em escala de utilidade pública. Uma unidade residencial do tamanho de uma geladeira pode alimentar uma casa por dias, enquanto as instalações em escala de rede exigem o mínimo de uso de terra — um sistema de 100 MWh ocupa menos de meio acre.

Baterias de fluxo: Apresentando eletrólitos líquidos armazenados em tanques separados, esses sistemas oferecem longevidade e segurança excepcionais. Seu design exclusivo permite o dimensionamento independente da capacidade de energia e potência, tornando-os ideais para aplicações de rede de longa duração.

Baterias de chumbo-ácido: Embora econômicos e maduros, esses sistemas sofrem de menor densidade de energia e vida útil mais curta em comparação com as tecnologias mais recentes, limitando seu uso a aplicações como baterias de partida automotivas e energia de backup.

Baterias de íons de sódio: Surgindo como uma alternativa potencialmente de menor custo aos sistemas de íons de lítio, essas baterias aproveitam os abundantes recursos de sódio, mas atualmente ficam atrás em densidade de energia e vida útil do ciclo.

Os sistemas térmicos armazenam energia por meio de mudanças de temperatura ou transições de fase em vários materiais:

Armazenamento de sal fundido: Usinas de energia solar concentrada usam esses sistemas de alta temperatura para estender a geração de eletricidade além das horas de luz do dia, melhorando significativamente a confiabilidade.

Armazenamento de gelo: Edifícios comerciais aproveitam a eletricidade fora do pico para criar gelo para resfriamento diurno, reduzindo as taxas de demanda de pico e melhorando a eficiência da rede.

Armazenamento de água quente: Sistemas de aquecimento urbano e instalações industriais empregam reservatórios de água em larga escala para equilibrar o fornecimento e a demanda térmica.

Esses sistemas transformam energia elétrica em energia cinética ou potencial:

Hidrelétrica bombeada: O método de armazenamento em larga escala mais estabelecido usa o excesso de eletricidade para bombear água morro acima, liberando-a posteriormente por meio de turbinas quando necessário. Embora altamente eficientes, esses sistemas exigem características geográficas específicas e áreas de terra significativas.

Ar comprimido: Cavernas subterrâneas armazenam ar pressurizado que aciona turbinas durante a descarga. Esses sistemas oferecem capacidade substancial, mas atualmente enfrentam desafios de eficiência.

Volantes: Massas giratórias fornecem tempos de resposta extremamente rápidos, medidos em segundos, tornando-os ideais para regulação de frequência e aplicações de backup críticas. Alguns sistemas recuperam a energia de frenagem de trens ou mantêm a energia durante breves interrupções da rede.

Sistemas experimentais mostram promessa, mas permanecem em desenvolvimento:

Armazenamento magnético supercondutor: Esses sistemas ultraeficientes armazenam eletricidade em campos magnéticos, mas exigem resfriamento criogênico, tornando-os proibitivamente caros para a maioria das aplicações.

Armazenamento de hidrogênio: A eletrólise converte o excesso de eletricidade em gás hidrogênio, que pode ser armazenado indefinidamente e posteriormente convertido de volta em eletricidade por meio de células de combustível, embora com perdas significativas de energia.

O armazenamento de energia oferece múltiplos benefícios aos sistemas de energia modernos:

• Permitindo maior penetração de energia renovável, suavizando a geração intermitente
• Fornecendo serviços de rede, incluindo redução de pico e regulação de frequência
• Reduzindo os custos do sistema, otimizando o uso de ativos de geração
• Melhorando a confiabilidade por meio de recursos de energia de backup

O estado de Nova York estabeleceu metas de armazenamento ambiciosas — 1.500 MW até 2025 e 6.000 MW até 2030 — apoiadas por programas de incentivo projetados para beneficiar comunidades desfavorecidas. Muitos integradores de sistemas agora empregam abordagens agnósticas de tecnologia, usando software avançado para otimizar combinações de tecnologias de armazenamento para aplicações específicas.

À medida que os custos continuam a diminuir e o desempenho melhora, o armazenamento de energia está prestes a desempenhar um papel cada vez mais vital na transição global para sistemas de energia limpos, resilientes e eficientes.