A segurança do fornecimento de energia dificilmente poderia ser uma preocupação mais urgente para as nações em todo lugar atualmente. Mas mesmo antes da guerra no Irã, a situação já se tornava grave, à medida que mais energia mundial se deslocava dos combustíveis fósseis para as renováveis.
Petróleo, gás natural e carvão podem ser recursos finitos, mas podem ser armazenados em seu estado natural, enquanto a energia gerada por sistemas solares e eólicos é infinita, mas requer uma solução de armazenamento de energia de longa duração (LDES) para manter oferta e demanda em equilíbrio em toda a rede, devido à sua intermitência.
Um mundo de renováveis
A participação das energias renováveis na geração global de eletricidade deve crescer de 32% em 2024 para 43% até 2030, enquanto a participação das fontes variáveis de energia renovável (VRE) deve quase dobrar, atingindo 28%, segundo a Agência Internacional de Energia (AIE). Ao mesmo tempo, a demanda global de eletricidade está a caminho de crescer pelo menos 2,5 vezes mais rápido que as necessidades energéticas totais até 2030, quando renováveis e nucleares gerarão metade de todo o fornecimento de eletricidade.
A AIE destaca o congestionamento da rede como “um gargalo crítico” em muitas regiões, “retardando a implantação de nova geração de eletricidade, armazenamento e demanda”. A organização também ressalta que atender à crescente demanda por eletricidade exige que o investimento anual em redes suba 50% até 2030, com o armazenamento de “uma mistura cada vez mais dependente do clima de fontes de geração de energia” como prioridade.
Quais são as soluções de armazenamento existentes?
Duas tecnologias principais para armazenamento de energia já estão em operação. Sistemas de energia hidrelétrica por bombeamento (ou hidrelétricas reversíveis) e armazenamento de energia em baterias (BESS) são vistos pelos investidores como sistemas de baixo carbono fundamentais que complementam ativos de energia renovável.
Com a hidrelétrica reversível, a água é bombeada morro acima quando a energia é barata e liberada para acionar turbinas e gerar energia quando a energia é cara. Muitas nações optaram por modernizar e reinvestir em sistemas existentes, como este exemplo no País de Gales, ou estão planejando projetos totalmente novos. Um desenvolvimento proposto na Escócia mais que dobraria a capacidade existente de armazenamento de eletricidade da Grã-Bretanha e, se for aprovado, seria o primeiro projeto de armazenamento por bombeamento em grande escala no país em mais de 40 anos.
No entanto, a hidrelétrica reversível convencional não é adequada para países que não possuem geografia montanhosa ou grandes reservatórios de água. (Para saber mais sobre as desvantagens de grandes projetos hidrelétricos, leia O potencial da pequena energia hidrelétrica | IEC e-tech) Nessas situações, baterias de íon-lítio são a forma preferida de armazenamento de energia. Mas também há desvantagens em usar baterias. Baterias tradicionais de íon-lítio são limitadas pela capacidade (tipicamente 4–6 horas) e pela vida útil causadas por ciclos constantes de carga-descarga.
“As baterias melhoraram dramaticamente, mas têm dificuldade para escalar até os níveis necessários para as redes nacionais”, diz Tony Sample, presidente do IEC TC 82, o comitê técnico que desenvolve padrões para sistemas fotovoltaicos solares (PV). “Soluções de armazenamento de longo prazo – como o hidrogênio – serão essenciais, especialmente para setores como a aviação, onde a eletrificação é impraticável.”
Amplamente utilizadas para muitas aplicações, as baterias de íon-lítio apresentam outras desvantagens, incluindo sua dependência de minerais críticos e o risco de fuga térmica. Consequentemente, a busca por novos ou aprimorados LDES está avançando rapidamente. Cada abordagem traz concessões em custo, eficiência e escalabilidade.
Segundo Christian Noce, presidente da IEC TC 120, o comitê técnico da IEC que elabora normas para sistemas de armazenamento de energia elétrica (EES), “um sistema EES é altamente complexo, com múltiplos subsistemas e componentes. Por isso, a IEC TC 120 adota uma abordagem em nível de sistema para criar uma estrutura comum para sistemas EES conectados à rede, que torne o design, a operação e a segurança mais consistentes e eficientes.”
Os prós e contras das baterias de fluxo
Baterias de fluxo são um tipo de bateria recarregável que utiliza duas soluções químicas diferentes (eletrólitos) para armazenar energia. Esses eletrólitos são armazenados em tanques externos. A tecnologia é escalável, pois a capacidade de armazenamento de energia pode ser aumentada aumentando o tamanho dos tanques. Também é mais seguro que o íon-lítio, sem riscos de explosão.
Avaliada em USD 1,22 bilhão em 2026, o mercado global da tecnologia é projetado para atingir USD 2,88 bilhões até 2034. As baterias comerciais de fluxo atuais são baseadas em químicas à base de vanádio e zinco. Futuras implantações comerciais incluem projetos emSuécia, enquanto a construção da maior bateria de fluxo da Europa está em andamento em Laufenburg, Alemanha, capaz de mais de 1,6 GWh de capacidade de armazenamento e uma potência superior a 800 MW.
Um novo tipo de bateria de fluxo foi desenvolvido na Holanda e utiliza uma solução de água salgada que produz ácido e um fluido base quando carregada e depois armazenada em reservatórios separados. Diz-se que uma Aquabattery dura 20 anos e armazena energia por até 100 horas. Mas a tecnologia de bateria de fluxo exige um alto investimento inicial em tanques e eletrólitos e oferece baixa densidade energética em comparação com o íon-lítio. (Para saber mais sobre os prós e contras das baterias redox flow, leia: Siga o fluxo: baterias redox para armazenamento massivo de energia | IEC e-tech).
Armazenamento de energia por ar comprimido é um concorrente?
Embora o armazenamento de energia por ar comprimido, ou CAES, seja uma tecnologia atualmente usada em apenas dois locais no mundo, há muitos projetos em andamento, incluindo na Alemanha, Arizona e Austrália do Sul, além do Reino Unido.
O CAES funciona comprimindo o ar ambiente e armazenando-o sob pressão no subsolo, usando energia excedente ou fora do pico. Durante os picos de potência, o ar é aquecido e, portanto, se expande. Isso, por sua vez, aciona uma turbina, gerando energia que pode ser exportada para a rede. Os sistemas CAES podem armazenar e produzir energia em média por 8 horas até 12 horas. As variantes incluem Advanced CAES e Liquid CAES. De acordo com este artigo na ScienceDirect, no entanto, várias desvantagens estão dificultando a adoção mais ampla da tecnologia, variando desde altos custos de capital e restrições específicas para o local, até processos regulatórios.
O armazenamento de energia térmica é subutilizado
Tecnologias de armazenamento de energia térmica estão sendo implantadas comercialmente, inclusive em Ciudad Real, na Espanha. A usina, em construção, utilizará um sistema de circuito fechado de sais fundidos e vapor. O sal transfere calor para a água para produzir vapor superaquecido, que então passa por uma turbina a vapor para gerar eletricidade sob demanda. O desenvolvedor afirma que isso proporcionará LDES de 8 horas a 8 dias e que a solução é escalável para implantação em larga escala de 300 MW e além. Outra alegação é que o sistema tem uma vida útil de 25 a 35 anos sem degradação.
O armazenamento de energia térmica também é um dos principais atraentes de venda dos sistemas de energia solar concentrada (CSP). Essas usinas armazenam o excesso de energia térmica acumulada durante o dia (Para saber mais sobre o potencial do CSP para armazenamento de energia, leia Concentração de energia solar para armazenamento de energia barato | IEC e-tech).
A usina solar Noor, no sul do Marrocos, que afirma ser a maior instalação CSP do mundo, tem uma capacidade de geração superior a 580 MW – suficiente para fornecer eletricidade a mais de 1,1 milhão de marroquinos mesmo após o pôr do sol. Uma das desvantagens do armazenamento de energia térmica CSP é o alto custo inicial para construir uma instalação. Construir e manter campos concentrados de coletores solares em condições severas, muitas vezes desérticas, é frequentemente mais caro do que outras formas de energia renovável, como energia solar fotovoltaica e eólica. Apesar disso, pesquisadores afirmam que o mercado de CSP está passando por uma expansão robusta e crescendo 8,3% ao ano, chegando a USD 5,4 bilhões até 2034.
O hidrogênio está se tornando uma opção
Energia renovável também pode ser convertida em hidrogênio para armazenamento de longo prazo por meio de eletrólise. Uma vantagem do hidrogênio é que ele pode ser usado como combustível por si só, por exemplo, para alimentar aviação e navegação, ou ser convertido de volta em eletricidade. O hidrogênio também pode ser armazenado e transportado em forma de amônia líquida, tornando-o particularmente adequado para transporte por longas distâncias, segundo pesquisadores da Fraunhofer.
Ao contrário das baterias de íon-lítio, o hidrogênio pode ser armazenado em grandes quantidades por períodos prolongados sem perdas significativas de energia. Além disso, o chamado hidrogênio verde ou de baixo carbono, produzido usando eletricidade renovável via eletrólise, apresenta um caso “especialmente convincente”, pois apoia tanto a descarbonização quanto a segurança energética. Mas o custo da eletrólise e a falta de infraestrutura existente continuam sendo um problema. (Para saber mais sobre hidrogênio de baixo carbono, leia Como o hidrogênio pode descarbonizar a indústria? | IEC e-tech)
Padrões agnósticos em tecnologia e à prova de futuro
Embora o armazenamento de energia por bateria fosse a tecnologia comercialmente mais madura quando a IEC TC 120 iniciou seu trabalho em 2012, o comitê criou propositalmente padrões em nível de sistema que podem acomodar qualquer tecnologia de armazenamento EES, incluindo hidrelétrica bombeada, baterias de fluxo e mais. Desenvolve padrões que se enquadram em cinco áreas-chave: terminologia (publicada como IEC 629331); parâmetros unitários e métodos de teste (IEC 629332); planejamento e instalação (IEC 629333); considerações ambientais (IEC 629334) e segurança (IEC 629335).
“O ponto importante é que a eficiência de um sistema de armazenamento depende não apenas da tecnologia em questão, mas da arquitetura do sistema”, explica Noce. “Uma célula de lítio em um telefone ou carro pode durar algumas centenas de ciclos antes que o usuário substitua o dispositivo. Em um sistema de armazenamento conectado à rede, essa mesma química deve entregar vários milhares de ciclos. O contexto do sistema muda tudo.”
Normas internacionais específicas para baterias de fluxo são desenvolvidas pela IEC TC 21, que produz normas para células secundárias e baterias. A série IEC 62932 especifica o desempenho de baterias de fluxo para aplicações estacionárias e para testes de eletrólito para baterias de fluxo de vanádio.
O TC também desenvolve padrões para a segurança e desempenho das células de lítio, bem como para o reaproveitamento, por exemplo, de baterias de íon-lítio inicialmente usadas em veículos elétricos, em sistemas de armazenamento de energia. Em 2024, publicou a IEC 63330-1, que fornece requisitos gerais para a reutilização de células secundárias, módulos, pacotes de baterias e sistemas de baterias, originalmente fabricados para outras aplicações, como veículos elétricos.
Testes e certificação desempenham um papel importante na segurança e desempenho das baterias. Um dos quatro sistemas de avaliação de conformidade da IEC administrados pela IEC, o IECEE (Sistema IEC para Esquemas de Avaliação de Conformidade para Equipamentos e Componentes Eletrotécnicos) oferece um amplo portfólio de serviços de certificação que inclui segurança de baterias, desempenho das baterias, segurança das baterias quando instaladas em produtos finais, eficiência energética, EMC e substâncias perigosas.
A inovação no campo do armazenamento de energia é rápida, com propostas para padronizar novos tipos de tecnologias de armazenamento recebidas diariamente pela IEC. Noce diz: “Se os padrões forem escritos de forma muito restrita em torno das tecnologias atuais, eles se tornam barreiras para as tecnologias de amanhã. O desafio é permanecer agnóstico em relação à tecnologia. Isso é essencial se quisermos evitar criar obstáculos para a inovação futura.”
Como resultado, a IEC parece adequada e pronta para enfrentar as necessidades futuras neste setor tão inovador.
Autor: Adrian Pennington
A Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC) é uma organização global sem fins lucrativos que reúne 174 países e coordena o trabalho de 30.000 especialistas globalmente. As Normas Internacionais da IEC e a avaliação de conformidade sustentam o comércio internacional de bens elétricos e eletrônicos. Eles facilitam o acesso à eletricidade e verificam a segurança, desempenho e interoperabilidade de dispositivos e sistemas elétricos e eletrônicos, incluindo, por exemplo, dispositivos de consumo como celulares ou geladeiras, equipamentos de escritório e médicos, tecnologia da informação, geração de eletricidade e muito mais.
