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O elo que faltava
No movimento em direção a um futuro livre de carbono, a captura de energia renovável para uso posterior é fundamental. A empresa dinamarquesa Stiesdal Storage Technologies está desenvolvendo um sistema inovador de armazenamento de energia com base térmica que permitirá o armazenamento de energia elétrica por horas, até semanas, de uma vez. A empresa recorreu à Atlas Copco para o desenvolvimento das turbomáquinas necessárias ao processo.
Em muitas áreas do mundo, a transição para as energias renováveis está bem encaminhada. Porém, a produção de energia elétrica limpa e livre de carbono por meio da energia eólica e solar irá variar dependendo da disponibilidade. Às vezes, produzimos muita energia e temos que descartar o excesso; às vezes precisamos de mais energia do que está disponível.
O desafio é reduzir os desequilíbrios entre a demanda e a produção de energia.
Veja a Dinamarca, que obtém 50% de sua eletricidade da energia eólica aproveitada por enormes turbinas eólicas:
“Se instalarmos 50% da capacidade eólica, teríamos cerca de 45% de contribuição da energia eólica. Mas se 100% da capacidade fosse instalada, teríamos apenas 60% ”, disse Bo Birkemose, Diretor de Operações da empresa dinamarquesa de tecnologia climática Stiesdal Storage Technologies, parte do Stiesdal Group.
“Isso porque não precisamos de toda a energia quando a produzimos. Estamos produzindo mais do que precisamos e temos que desligá-la, ou temos situações em que não podemos produzir tanto quanto precisamos.”
A solução da Stiesdal é um sistema de armazenamento de energia de calor por bombeamento que usa rocha triturada quente e fria como um meio de armazenamento de baixo custo e livre de carbono. A necessidade da solução de tecnologia de turbocompressor e turboexpansor levou a Stiesdal Storage Technologies à Atlas Copco alguns anos atrás.
“O GridScale armazena eletricidade em algo que é barato, descomplicado e que existe em abundância - pedras”, explica Rasmus Rubycz, Gerente de Mercado para Nova Energia na divisão Gas & Process da Atlas Copco e parte da equipe da Atlas Copco que está trabalhando com a Stiesdal Storage Technologies nesse projeto.
“As baterias de lítio estão disponíveis e cada vez mais baratas, mas só são economicamente viáveis por menos de 12 horas e são mais eficientes por apenas quatro horas”, acrescenta Rasmus Rubycz.
O hidrogênio pode ser uma opção para armazenamento muito grande e longo. No entanto, a eficiência de conversão é muito baixa e o armazenamento de hidrogênio em sua forma pura é complicado e caro em grande escala.
O desafio é reduzir os desequilíbrios entre a demanda e a produção de energia.
Veja a Dinamarca, que obtém 50% de sua eletricidade da energia eólica aproveitada por enormes turbinas eólicas:
“Se instalarmos 50% da capacidade eólica, teríamos cerca de 45% de contribuição da energia eólica. Mas se 100% da capacidade fosse instalada, teríamos apenas 60% ”, disse Bo Birkemose, Diretor de Operações da empresa dinamarquesa de tecnologia climática Stiesdal Storage Technologies, parte do Stiesdal Group.
“Isso porque não precisamos de toda a energia quando a produzimos. Estamos produzindo mais do que precisamos e temos que desligá-la, ou temos situações em que não podemos produzir tanto quanto precisamos.”
Um conceito comprovado com uma nova aplicação
A Stiesdal tem um plano para resolver esse problema. Seu sistema de armazenamento de energia GridScale é baseado em uma tecnologia simples com centenas de anos: armazenamento de energia térmica. A solução da Stiesdal é um sistema de armazenamento de energia de calor por bombeamento que usa rocha triturada quente e fria como um meio de armazenamento de baixo custo e livre de carbono. A necessidade da solução de tecnologia de turbocompressor e turboexpansor levou a Stiesdal Storage Technologies à Atlas Copco alguns anos atrás.
“O GridScale armazena eletricidade em algo que é barato, descomplicado e que existe em abundância - pedras”, explica Rasmus Rubycz, Gerente de Mercado para Nova Energia na divisão Gas & Process da Atlas Copco e parte da equipe da Atlas Copco que está trabalhando com a Stiesdal Storage Technologies nesse projeto.
“As baterias de lítio estão disponíveis e cada vez mais baratas, mas só são economicamente viáveis por menos de 12 horas e são mais eficientes por apenas quatro horas”, acrescenta Rasmus Rubycz.
O hidrogênio pode ser uma opção para armazenamento muito grande e longo. No entanto, a eficiência de conversão é muito baixa e o armazenamento de hidrogênio em sua forma pura é complicado e caro em grande escala.
“A solução da Stiesdal elimina o problema da bateria”, continua Rasmus. “Só precisa de aço, pedra e pequenos isolamentos. É ecológico, usa materiais facilmente disponíveis e preenche a lacuna entre as baterias e o hidrogênio.”
“Precisávamos de algo barato e fácil de fabricar, transportar e instalar. Queríamos que fosse totalmente fabricado com comissionamento muito curto e simples e instalação no local, assim como acontece com as turbinas eólicas”, afirma Bo Birkemose. “Não estamos apenas desenvolvendo um projeto de demonstração. Nós sabemos que funciona. Nossa solução pode ser expandida em grande escala e em um curto espaço de tempo.”
“Uma colaboração aberta e confiável”
“Somos uma pequena empresa start-up, embora sejamos bem conhecidos em alguns setores. Também estamos saindo em algumas áreas muito novas. Uma das possíveis preocupações das pessoas seria em torno da turbomáquina, portanto, aqui nos beneficiamos da experiência e do reconhecimento da Atlas Copco”, explica Bo Birkemose.
“Quando se trata da parte de colaboração estratégica, a Atlas Copco também se beneficia de nós porque trazemos a experiência de décadas como pioneiros na indústria eólica. Mas o que é muito importante aqui é que nós, como uma pequena empresa, podemos chegar a uma organização tão grande e ter um bom diálogo, onde temos um respeito mútuo pelas competências uns dos outros. É uma colaboração muito aberta e confiável”, acrescenta Bo Birkemose.
Para Harald Dany, responsável pela linha de negócios de Armazenamento Térmico na divisão Gas & Process da Atlas Copco, a colaboração é “uma ótima história”.
“A Stiesdal teve uma grande ideia, mas faltava a parte da tecnologia necessária para realizá-la. Eles estavam procurando uma empresa que pudesse apoiá-los no desenvolvimento do maquinário para concretizar essa ideia”, diz Harald. “É aí que entramos. Apoiamos nossos clientes para ir além da tecnologia e desenvolvê-la ainda mais com base nas demandas do cliente.”
O que acontece a seguir?
O processo de desenvolvimento ocorre desde 2019. Hanna Hörmeyer, Engenheira de Projeto na divisão Gas & Process da Atlas Copco, explica que os principais desafios de P&D giram em torno do impacto que as altas temperaturas de operação podem ter em turbomáquinas desse porte.
“O desafio era desenvolver turbomáquinas desse porte para temperaturas muito altas. Tudo começou com o projeto aerodinâmico e depois começamos o projeto mecânico, onde nos concentramos no impacto que essas altas temperaturas podem ter no projeto e no próprio material”, explica Hanna.
“Há muitos desafios a serem considerados, mas é uma ótima opção usar energia renovável com muito mais eficiência. Esta é uma solução muito promissora, que nos coloca um passo mais perto de cuidar melhor do nosso planeta. Estou muito feliz e animada por trabalhar nesse projeto.”
A Stiesdal Storage Technologies pretende instalar fábricas de protótipos em vários locais do mundo em 2022, antes da primeira iteração comercial em 2023. A primeira fábrica de demonstração está sendo instalada em Lolland, uma ilha rica em energias renováveis afastada da costa da Dinamarca, no Mar Báltico, e será carregada com energia excedente de parques eólicos e solares na ilha.
Bo Birkemose vê uma série de segmentos de clientes diferentes, por exemplo, em locais remotos longe das redes, como parques eólicos longe das populações, ou em minas que atualmente dependem muito de geradores a diesel.
“A beleza da nossa escolha de tecnologia é, na verdade, sua falta de tecnologia”, diz Birkemose. “Trata-se de um conceito comprovado que pode ser ampliado em um curto espaço de tempo. O que nos faz levantar de manhã é saber que as tecnologias em que estamos trabalhando farão uma contribuição significativa para um futuro melhor e mais limpo.”
A tecnologia GridScale se baseia em duas invenções marcantes do século 19: o Ciclo de Brayton, que é a base da turbina a gás convencional, e o Ciclo de Carnot, um padrão de desempenho de todos os motores térmicos operando entre uma temperatura alta e uma baixa. A adaptação desses princípios estabelecidos em uma nova ideia de armazenamento de calor veio de Henrik Stiesdal, o fundador visionário da empresa que leva seu nome.
Como a temperatura máxima do reservatório de armazenamento frio é muito mais baixa do que no reservatório de armazenamento quente, o reservatório frio pode usar basicamente qualquer tipo de rocha triturada. Para o armazenamento quente, o único requisito é a capacidade de suportar altas temperaturas, o que muitos tipos de rochas podem fazer.
Não há degradação dos materiais de armazenamento de rocha triturada e a capacidade de armazenamento da placa de nome GridScale está disponível durante toda a vida útil do sistema.
A linha GridScale cobre tanto a duração de 12 a 18 horas necessária para a uniformização diária da energia solar, como a duração de três a sete dias necessária para a uniformização da energia eólica em intervalos causados por períodos de vento fraco.
“Tomando a Dinamarca como exemplo, se instalarmos a capacidade de armazenamento térmico de um dia, aumentamos a quantidade utilizável de energia para 75%”, diz o COO da Stiesdal Storage Technologies, Bo Birkemose.