Armazenamento de energia: baterias vs. térmico

A consolidação de um modelo energético mais limpo e sustentável exige aumentar o uso de fontes renováveis, como a energia solar e eólica, para atender a uma demanda de eletricidade cada vez maior. No entanto, essas fontes dependem de fatores variáveis, como a disponibilidade de luz solar ou as condições do vento, enquanto a demanda também varia ao longo do dia.

Nesse contexto, o armazenamento de energia permite aproveitar a energia quando ela está disponível e utilizá-la nos momentos de maior necessidade, proporcionando flexibilidade ao sistema e facilitando uma maior integração das energias renováveis.

Existem diferentes tecnologias, entre as quais se destacam duas:

A relevância do armazenamento de energia para a eletrificação

A eletrificação e o crescimento das energias renováveis exigem soluções de armazenamento que proporcionem flexibilidade ao sistema, permitam adaptar a geração à demanda e reforcem a segurança do fornecimento.

Maximização do potencial das energias renováveis

A crescente integração de energias renováveis está impulsionando a expansão do armazenamento de energia em escala mundial. Segundo a Agência Internacional de Energia (IEA), a capacidade instalada de armazenamento em baterias é agora 11 vezes superior à de 2021, o que torna essa tecnologia a de maior crescimento entre as tecnologias de geração e armazenamento de eletricidade.

Na Europa, as previsões também apontam para um forte crescimento do armazenamento. A Comissão Europeia indica que diferentes estudos situam a capacidade de armazenamento de energia em mais de 200 GW em 2030 e 600 GW em 2050, frente a cerca de 89 GW em 2024, correspondentes principalmente a usinas hidrelétricas reversíveis (por bombeamento). Além disso, prevê-se a incorporação de 128 GW/300 GWh adicionais de armazenamento eletroquímico às redes elétricas europeias até 2030.

Nesse contexto, o armazenamento permite aproveitar melhor a energia renovável disponível, deslocando seu uso dos momentos de maior produção para aqueles em que a demanda é mais elevada ou a geração renovável é menor. Dessa forma, contribui para integrar maiores volumes de energia solar e eólica e proporciona a flexibilidade necessária para um sistema elétrico cada vez mais eletrificado.

Sistemas de armazenamento de energia em bateria (BESS): energia flexível sob demanda

Um BESS integra diferentes elementos, além das próprias baterias, que permitem gerenciar de forma segura e eficiente o armazenamento e o fornecimento de eletricidade. Seu funcionamento combina hardware e software para controlar todo o processo de carga, armazenamento e descarga.

• Baterias: são a base do sistema e o elemento em que a energia é armazenada. Além das baterias de íon de lítio, os BESS podem utilizar outras tecnologias, como as baterias de fluxo, de acordo com as necessidades de cada aplicação.
• Sistema de gestão de baterias (BMS): controla o estado de carga e descarga, além de monitorar aspectos como temperatura e ciclo de vida. 
• Sistema de conversão de energia (PCS): transforma a energia armazenada (corrente contínua) na forma utilizada pela rede (corrente alternada). 
• Sistema de gestão de energia (EMS): coordena todos esses componentes, determina quando armazenar e quando liberar energia e garante que tudo funcione de maneira segura e eficiente. 

VER INFOGRÁFICO: Baterias BESS e seus componentes [PDF]

Vantagens do armazenamento em baterias

Os BESS se destacam por sua rapidez de resposta, flexibilidade e modularidade, o que permite adaptá-los a diferentes necessidades e ambientes. Entre suas principais vantagens estão:

• Capacidade de atuar como ilhas energéticas. Algumas baterias estão conectadas a sistemas de produção de energia, como solar ou eólica, mas outras, conhecidas como stand-alone, podem operar de forma independente. Assim, podem fornecer energia de forma independente. 
• Flexibilidade e modularidade. Seu design modular facilita tanto a adaptação da capacidade de armazenamento quanto sua instalação em diferentes locais e aplicações.
• Arranque autógeno. Os BESS podem fornecer energia de forma praticamente imediata diante de determinadas ocorrências, sem necessidade de um impulso externo para iniciar o fornecimento de eletricidade.
• Alta densidade energética. As baterias permitem armazenar uma quantidade significativa de energia em espaços relativamente reduzidos, o que facilita sua integração em diferentes tipos de instalações.

Principais aplicações das baterias BESS 

Os BESS podem ser utilizados em instalações de diferentes escalas, desde grandes usinas de geração até aplicações industriais, comerciais e residenciais. Entre suas principais aplicações estão:

• Aplicações FTM (front-of-the-meter), que geralmente ultrapassam os 10 MWh e estão associadas a instalações de serviços públicos, como usinas de produção de energia verde ou infraestruturas críticas. 
• Aplicações BTM (behind-the-meter) em C&I (comercial e industrial). No setor industrial, contam com sistemas  b, de acordo com as necessidades de cada instalação. 
• Aplicações BTM para uso residencial, que geralmente são inferiores a 30 kWh para armazenar a energia gerada por instalações fotovoltaicas destinadas ao autoconsumo ou para alimentar infraestruturas de recarga de veículos elétricos, por exemplo. 

Além disso, esse tipo de baterias pode ser integrado em microrredes de distribuição e para fornecer energia a regiões mais afastadas e de difícil acesso. 

VER INFOGRÁFICO: Aplicaçoes das baterias BESS [PDF]

Armazenamento de energia térmica: compreensão de seus fundamentos

Embora o armazenamento térmico seja utilizado há séculos, o desenvolvimento de novas tecnologias e materiais está ampliando suas aplicações no setor energético. Atualmente, permite aproveitar energia proveniente de fontes como a solar e a geotérmica, bem como calor residual industrial, para gerar eletricidade ou atender às necessidades de aquecimento e refrigeração.

Uma de suas principais características é a capacidade de armazenar energia durante períodos prolongados. Embora existam tecnologias que permitem converter o calor armazenado em eletricidade, sua aplicação é especialmente eficiente quando a energia é utilizada diretamente na forma de calor.

Tipos de armazenamento de energia térmica 

O armazenamento térmico pode ser classificado de acordo com o mecanismo utilizado para conservar a energia:

• Armazenamento de calor sensível (SCS): conserva o calor em materiais como água ou sais fundidos, muito utilizados em usinas termossolares. A energia armazenada depende da variação de temperatura do material.
• Armazenamento de calor latente (LHS): utiliza materiais que absorvem e liberam energia por meio de uma mudança de fase, por exemplo, de sólido para líquido.  
• Armazenamento de calor termoquímico (TCHS): seu funcionamento se baseia em reações químicas reversíveis que armazenam ou liberam calor. 

Essas tecnologias também podem ser diferenciadas de acordo com sua temperatura de funcionamento, desde sistemas de baixa temperatura até soluções capazes de atingir várias centenas de graus.

• Baixas: desde temperaturas abaixo de zero até aproximadamente 100 ºC. Um exemplo representativo desse tipo são os aquíferos para armazenamento de água quente. 
• Média: em torno de 300 ºC. 
• Altas: armazenam até 1000 ºC. Um exemplo são os tanques de sais fundidos que contêm uma mistura de nitrato de sódio e potássio, cuja faixa de funcionamento habitual está entre 285-565 ºC. 

Materiais utilizados no armazenamento térmico

A água é uma das matérias-primas utilizadas há mais tempo para o armazenamento térmico (tanto frio como quente). No entanto, os sais fundidos são um dos materiais mais comuns para sua aplicação em grande escala, graças à sua disponibilidade e facilidade de reciclagem.  

Existem também projetos em que se utilizam areia, pedras, concreto ou cerâmica pelas suas propriedades de absorção e liberação de calor. Por sua vez, os materiais termoquímicos continuam sendo objeto de pesquisa por seu potencial para alcançar maiores densidades energéticas.

Vantagens do armazenamento térmico

O armazenamento térmico apresenta características especialmente interessantes para aplicações que exigem conservar e utilizar energia na forma de calor:

• Como todos os sistemas de armazenamento de energia, reduz a dependência de combustíveis fósseis e contribui para um melhor desempenho e estabilidade da rede elétrica. 
• Reduz os custos operacionais para a indústria. Ao aproveitar o calor residual e reutilizá-lo, os gastos com energia ficam mais baratos. 
• Permitem armazenar energia durante longos períodos. 
• É versátil. Pode armazenar energia na forma de calor para uso posterior ou convertê-la em eletricidade. 
• É altamente escalável e adaptável, especialmente em projetos de grande porte. 
• O investimento inicial é elevado, mas o custo operacional é baixo, principalmente quando se utilizam sais fundidos ou armazenamento latente.

Principais usos do armazenamento térmico 

Uma das principais aplicações do armazenamento térmico é conservar o calor produzido em usinas termossolares, especialmente por meio de sais fundidos, para utilizá-lo posteriormente e prolongar a geração de eletricidade.

Os armazenamentos sensíveis com água podem ser usados como sistemas de aquecimento para edifícios, casas e áreas residenciais, e como água quente sanitária. Esse é o uso mais difundido dessa tecnologia porque a eficiência para fornecer o calor novamente é muito alta, mais do que se fosse usada uma bateria. 

Embora não se aplique para armazenar o excedente de energias renováveis, existem aplicações desse tipo de tecnologia para o isolamento de edifícios, o que contribui para a regulação da temperatura interior e a consequente economia de energia. 

Baterias vs. armazenamento térmico: uma análise comparativa 

As baterias e o armazenamento térmico permitem gerenciar a energia de acordo com as necessidades do sistema, mas apresentam características e aplicações diferentes. Os BESS oferecem uma resposta rápida e flexível para armazenar e fornecer eletricidade, enquanto o armazenamento térmico é especialmente adequado quando a energia pode ser utilizada diretamente na forma de calor ou frio.

Além disso, os BESS contam com uma maior implantação e maturidade comercial, enquanto o armazenamento térmico oferece um amplo potencial para aplicações de longa duração, aproveitamento direto do calor e diferentes escalas.

 VER INFOGRÁFICO: TES vs BESS

A distinção fundamental: eletricidade vs. calor

A principal diferença entre ambas as tecnologias é a forma como armazenam a energia. No caso dos BESS, a energia é armazenada e liberada como eletricidade, por isso são especialmente adequados para aplicações que exigem uma resposta rápida, gestão da demanda, integração de energias renováveis ou respaldo do fornecimento.

Por sua vez, o armazenamento de energia térmica conserva a energia na forma de calor ou frio e permite aproveitá-la posteriormente de forma direta ou, em determinadas tecnologias, convertê-la em eletricidade. Por isso, é especialmente interessante para aplicações de aquecimento, refrigeração, água quente e determinados processos industriais, bem como para a geração de eletricidade em instalações como as usinas termossolares.

A eficiência depende da aplicação e do processo de conversão. Quando o calor armazenado é utilizado diretamente como calor, evitam-se as perdas associadas à sua reconversão em eletricidade (que representam cerca de 30-40% de perda de eficiência). Por outro lado, quando o calor é transformado em eletricidade, o rendimento global é inferior e depende da tecnologia e das condições de operação.

Adequação para diferentes necessidades: quando optar por cada solução

A escolha de uma tecnologia de armazenamento depende de fatores como o tipo de energia que se deseja armazenar, a velocidade de resposta, a duração do armazenamento e o uso final.

Em geral, os BESS são mais voltados para o sistema elétrico, enquanto o TES agrega mais valor em usos térmicos diretos e industriais. Algumas das principais aplicações de cada solução decorrentes dessa ideia são:

• Para estabilizar a rede ou responder em segundos: BESS. Os sistemas de baterias oferecem uma resposta rápida e flexível, por isso são adequados para aplicações que exigem gerenciar variações de geração e demanda ou proporcionar respaldo elétrico.
• Para aproveitar o calor residual industrial: armazenamento térmico. Permite capturar, conservar e utilizar em outro momento o calor gerado em determinados processos industriais, reduzindo o desperdício de energia e favorecendo seu aproveitamento.
• Para climatização ou água quente sanitária: armazenamento térmico. Quando a energia é necessária na forma de calor ou frio, o armazenamento térmico permite conservá-la e utilizá-la diretamente, evitando conversões desnecessárias.
• Para integrar energias renováveis em usinas solares ou eólicas: BESS ou soluções híbridas. A escolha depende da duração do armazenamento, da velocidade de resposta e do uso previsto da energia. Em determinados projetos, combinar diferentes tecnologias pode permitir aproveitar as vantagens de cada uma.
• Para armazenamento de longa duração: armazenamento térmico ou outras tecnologias. As soluções mais adequadas dependem da aplicação, da duração necessária e de se a energia armazenada será utilizada como eletricidade ou diretamente como calor. Em projetos de longa duração, o armazenamento térmico pode ser especialmente interessante quando existe uma demanda térmica associada.

O futuro do armazenamento de energia: rumo a uma abordagem sinérgica 

A tecnologia avança continuamente na busca por novas possibilidades que otimizem a adoção de energias renováveis e ampliem sua participação na matriz energética. Mas esse investimento em pesquisa e desenvolvimento não tem como objetivo consolidar uma única solução: todas as tecnologias possuem espaço no presente e no futuro do consumo de energia.

Com uma compreensão aprofundada das características e limitações de cada alternativa, será mais fácil escolher as mais adequadas para cada projeto. Dessa forma, será criado um cenário em que a coexistência entre diferentes formas de armazenamento não apenas é possível, mas necessária para alcançar a eletrificação da economia. Adotar uma abordagem sinérgica na hora de escolher o melhor armazenamento de energia é a única maneira de avançar em direção a um futuro mais sustentável.

Soluções híbridas: quando BESS e armazenamento térmico se complementam

A combinação de diferentes tecnologias de armazenamento permite responder a diversas necessidades energéticas dentro de um mesmo sistema. Um projeto pode, por exemplo, integrar BESS para gerenciar a eletricidade e responder rapidamente a variações de geração ou demanda, juntamente com armazenamento térmico para conservar e aproveitar energia na forma de calor.

Essa abordagem pode ser ampliada para outras soluções, como o armazenamento hidrelétrico reversível (por bombeamento), em função de fatores como a capacidade necessária, o tempo de armazenamento e o uso final da energia. O futuro do armazenamento de energia passa, assim, pela combinação de tecnologias complementares para adaptar cada solução às necessidades do sistema.