O que são baterias de areia? Tudo o que você precisa saber

As baterias de areia tocam um sino? Continue lendo enquanto exploramos as possibilidades de armazenamento massivo de energia em areia comum.

Notícias sobre uma bateria de areia da Finlândia recentemente foram manchetes, embora esse sistema apenas armazenasse e liberasse calor.

O armazenamento de calor térmico não é uma tecnologia nova, mas este projeto piloto destaca algumas das possibilidades futuras de tecnologias e sistemas de energia verde.

Este post analisa a tecnologia em torno da areia para armazenamento de energia, bem como tecnologias semelhantes e o que elas significam para o mundo.

Energia da areia?

A areia natural possui muitas qualidades que a tornam um meio ideal para armazenamento de energia térmica. Você pode aquecê-lo a temperaturas acima de 1,000°C (1,832°F) sem problemas e ele pode manter esse calor por dias, semanas e até meses com perda mínima.

Se você considerar que uma bateria é um meio de armazenar energia que foi produzida em um determinado momento, para que possa ser usada em um momento diferente, então a areia que é aquecida com energia elétrica para armazenamento e uso posterior é uma bateria.

A bateria de areia viral da Finlândia

No distrito finlandês ocidental de Kankaanpää encontra-se um sistema de energia de armazenamento de calor patenteado desenvolvido pela Noite Polar. Ele usa energia elétrica excedente de fontes renováveis ​​para aquecer areia em um silo de 7 metros de altura e 4 metros de largura até 600°C (1,112°F) para armazenamento e posterior utilização na rede de aquecimento urbano.

Algumas coisas são importantes para se ter em mente aqui. Em primeiro lugar, a energia utilizada é a geração excedente de fontes renováveis, como eólica e solar. Isso remove quaisquer comparações objetivas com outros sistemas de armazenamento de energia para fins comerciais.

Em segundo lugar, o sistema é usado apenas para armazenamento e entrega térmica – ou seja, a energia elétrica é convertida em calor e armazenada na areia. Então, quando necessário, o calor é extraído e distribuído para residências e fábricas onde é necessário.

Em terceiro lugar, a areia natural pode conter uma quantidade impressionante de energia. Por exemplo, esta bateria finlandesa Polar Night contém 100 toneladas de areia a cerca de 600 graus Celsius, para um total de 8 MWh de energia armazenada a uma capacidade de aquecimento de 100 kW. Isso torna a areia um meio de armazenamento de energia incrivelmente barato, sem tecnologias sofisticadas, instalações ou requisitos perigosos.

Sobre o armazenamento sazonal de energia térmica

O Armazenamento Sazonal de Energia Térmica ou STES, abreviado, existe há muito tempo. Na sua forma mais simples, você pode coletar água quente do telhado durante o verão e guardá-la em um tanque subterrâneo, que pode ser usado para aquecimento durante o inverno.

A maioria dos sistemas STES, no entanto, armazena calor a menos de 100°C, o que os torna adequados para aquecimento de residências e escritórios, mas menos ideais para outros usos industriais ou geração de energia.

O método é simples, você expõe qualquer meio que possa reter e reter o calor a uma fonte de radiação, como o sol, desperdício de calor industrial e assim por diante. A eficiência do sistema depende do método de troca de calor e sua eficiência.

Em seguida, você terá que armazenar o meio aquecido em um gabinete isolado, para minimizar a perda de energia. Alguns gabinetes podem reter bem o calor por muitos meses.

Finalmente, o meio de armazenamento é bombeado durante o inverno para fornecer aquecimento a residências e escritórios, passando-o por outro trocador de calor, como um aquecedor de radiador. Os materiais comuns usados ​​como meios de armazenamento STES incluem água, óleo, solo, hidratos de sal e assim por diante.

Usos populares de energia térmica armazenada

A energia térmica armazenada tem muitos usos, dependendo da aplicação pretendida. Aqui estão os mais populares:

  1. Aquecimento para casas e escritórios – O armazenamento térmico pode facilmente fornecer aquecimento para espaços de estar e de trabalho no inverno.
  2. Água quente – O calor também pode ser transferido para fornecer água quente sempre pronta para uso diário.
  3. APLICAÇÕES INDUSTRIAIS – A água quente é usada para uma ampla gama de aplicações industriais, desde mistura até limpeza, processamento de alimentos, fabricação de solventes, esterilização e muito mais.
  4. Produção de eletricidade  – Você também pode usar a energia térmica armazenada para aquecer a água a vapor e fazer com que ela acione turbinas, que, por sua vez, acionam alternadores que produzem energia elétrica.

A economia de uma bateria de areia

A água pode armazenar mais energia em comparação com a areia, mas torna-se instável a partir de 100°C (212°F) para cima, enquanto a areia pode conter facilmente temperaturas de 600°C (1112°F).

A água também reterá sua energia térmica por mais tempo do que a areia, o que torna a água um meio melhor para o armazenamento de energia sazonal. No entanto, se você estiver considerando um aplicativo que consome o calor em poucas horas ou apenas alguns dias, a areia se torna uma opção de primeira novamente. É perfeito para complementar fontes de energia intermitentes, como energia solar fotovoltaica e eólica.

De volta à bateria de areia finlandesa, o contêiner de aço de 7 metros de altura é projetado para 100 toneladas de areia, que suportam até 8 MWh de energia.

Para colocar em perspectiva, a casa média dos EUA usa cerca de 10 MWh de energia por ano, enquanto esse número varia na Europa de cerca de 2 MWh na Romênia a 9 MWh na Suécia. Além disso, 30-50% da energia é usada para aquecimento durante o inverno.

Isso significa que um reservatório de areia de 7 metros de altura pode produzir energia suficiente para aquecer algumas casas durante o inverno e dependendo da sua localização. Mas seria uma aplicação impraticável em centros urbanos com densidade populacional, dada a sua dimensão.

Converter sua capacidade de aquecimento de 100kW em eletricidade a 30%, por outro lado, pode produzir energia suficiente para mais de 20 residências durante o dia e muitas outras residências à noite.

Portanto, adequadamente otimizada, uma bateria de areia que custa cerca de US$ 5 por kWh de capacidade pode ser uma ótima alternativa ao custo atual de US$ 100+ por kWh para sistemas de baterias de chumbo-ácido e íons de lítio. Sim, pode ser mais volumoso, mas é muito mais barato.

Baterias de areia para geração de eletricidade

O armazenamento de energia térmica para posterior utilização na geração de eletricidade é uma tecnologia comprovada e confiável que vem sendo implementada em Energia Solar Concentrada (CSP) projetos há décadas.

A energia em um sistema CSP moderno é capturada pela concentração de centenas ou milhares de espelhos em um único forno. Esses espelhos rastreiam o sol durante o dia para garantir calor constante no forno até 565°C (1,049°F).

As instalações CSP são geralmente muito grandes, abrangendo milhões de pés quadrados (~ 1 + km2) de área, com seus receptores solares no centro e capacidades de geração elétrica na faixa de mais de 100 Megawatts.

Uma mistura de sal fundido com 60% de nitrato de sódio e 40% de nitrato de potássio é usada para armazenar energia em sistemas CSP para geração noturna. Ao contrário da bateria de areia, no entanto, essa mistura de sal derrete em altas temperaturas para fazê-la fluir como um fluido.

Os sistemas de bateria CSP e de areia convertem energia solar em energia térmica com eficiências aproximadamente iguais de 15 a 20%. Mas enquanto os sistemas de sal fundido CSP têm cerca de 50% de eficiência na conversão do calor armazenado em eletricidade, a bateria de areia finlandesa tem uma eficiência teórica de 20-25%.

Os sistemas CSP são comercialmente viáveis, portanto, se você puder ajustar essa bateria finlandesa para obter uma eficiência de conversão de calor em eletricidade acima de 30%, ela poderá se tornar uma tecnologia viável para armazenar e fornecer eletricidade renovável de maneira barata.

Tecnologias de armazenamento semelhantes

Existem muitas outras formas de armazenamento de energia, cada uma com seus prós e contras. Os tipos mais populares incluem:

  1. Armazenamento de Energia Eletroquímica – Como você encontraria nas baterias, isso aproveita a diferença de potencial entre dois elementos para armazenar e liberar energia usando reações eletroquímicas reversíveis.
  2. Armazenamento de Energia Mecânica – Isso envolve diferentes métodos, incluindo o uso de volantes e molas, bem como sistemas gravitacionais que armazenam energia em um objeto, guinchando-o e aumentando sua altitude.
  3. Armazenamento de energia de sal fundido (MSES) – O armazenamento aqui é térmico, como usando uma combinação de 60% de nitrato de sódio e 40% de nitrato de potássio.
  4. Água quente termal – Este método pode armazenar até 6kWh de energia em um tanque de água quente de 50 galões.
  5. Hidrelétrica Bombeada – A forma mais barata de armazenamento de energia. Seu principal problema, no entanto, são os locais limitados onde pode ser implementado.
  6. Ar comprimido – Semelhante à hidro, este método simplesmente comprime o ar para armazenar energia. Então, quando você precisa de energia, você libera o ar comprimido para alimentar uma turbina.
  7. Pêndulo – Você simplesmente usa energia para girar uma roda bem equilibrada, armazenando-a assim como energia cinética que pode ser usada para locomoção ou geração de energia elétrica.
  8. Bateria de fluxo – Este é um sistema de armazenamento eletroquímico onde os eletrólitos estão em tanques diferentes e devem fluir de um tanque totalmente carregado para um tanque de carga vazio. Então, para carregar os eletrólitos, você simplesmente inverte o fluxo. Este método pode produzir baterias muito poderosas, pois os dois eletrólitos interagem através de uma membrana que você pode dimensionar extensivamente.
  9. Materiais de mudança de fase – Esses materiais absorvem energia à medida que derretem e depois a liberam à medida que se solidificam. São ideais para armazenar energia térmica em temperaturas precisas.

Perguntas mais frequentes (FAQs)

O que significa STES?

STES significa Armazenamento Sazonal de Energia Térmica

Quão quente a areia pode ficar?

Você pode aquecer a areia a 1700°C (3090°F), no qual ela começa a derreter.

Uma bateria de areia pode produzir eletricidade?

Sim, usando a energia para superaquecer a água, que então aciona uma turbina a vapor.

As baterias de areia podem ser usadas para armazenar eletricidade comercial?

Sim, você pode armazenar energia elétrica em uma bateria de areia com capacidade de muitos Gigawatts por hora, passando a corrente através de um elemento de aquecimento imerso na areia.

Conclusão

Chegamos ao fim desta exploração de baterias de areia e seu potencial econômico. E como você deve ter percebido, eles oferecem muitas possibilidades.

Desde o fornecimento de calor para as comunidades até a geração de energia elétrica, o baixo custo da areia de sílica a torna um meio promissor para futuros projetos de energia.

Nnamdi Okeke

Nnamdi Okeke

Nnamdi Okeke é um entusiasta de computadores que adora ler uma grande variedade de livros. Ele tem preferência por Linux sobre Windows/Mac e tem usado
Ubuntu desde seus primeiros dias. Você pode pegá-lo no twitter via bongotrax

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