Os projectos fotovoltaicos desenvolveram-se rapidamente nos últimos anos, libertando as centrais eléctricas tradicionais de combustíveis e reduzindo a pressão sobre as redes eléctricas públicas. A energia eólica e solar trouxeram-nos uma energia poderosa e quase eterna. A forma de armazenar, controlar e utilizar esta energia de forma flexível tornou-se a chave. Este artigo explica as sistema de armazenamento de energia no volante do motor (FESS). Pode ficar a conhecer o seu princípio de funcionamento, vantagens e desvantagens e a comparação com BESS no artigo para o ajudar a escolher.
O que é um sistema de armazenamento de energia com volante de inércia?
Um sistema de armazenamento de energia de volante de inércia é um dispositivo mecânico utilizado para armazenar energia através do movimento de rotação. Quando existe excesso de eletricidade, esta é utilizada para acelerar um volante de inércia a uma velocidade muito elevada. A energia é armazenada como energia cinética e pode ser recuperada abrandando o volante, convertendo o movimento novamente em eletricidade.
Como funciona um sistema de armazenamento de energia com volante de inércia?
Para compreender como funciona um sistema de armazenamento de energia num volante de inércia, imagine um patinador artístico a fazer uma rotação. Quando o patinador puxa os braços para dentro, gira mais depressa, armazenando energia rotacional. Quando estende os braços, a rotação torna-se mais lenta. O corpo do patinador é como o volante, e o seu movimento de rotação representa a energia armazenada.
Num sistema de armazenamento de energia de volante de inércia, a energia eléctrica é utilizada para fazer girar um volante de inércia a velocidades incrivelmente elevadas. O volante, feito de materiais duráveis como a fibra de carbono composta, armazena energia sob a forma de energia cinética rotacional. Eis uma descrição do processo:
- Absorção de energia: Quando há excesso de eletricidade, por exemplo quando a rede está a produzir energia em excesso, o sistema utiliza esse excesso de energia para acelerar o volante de inércia. Esta energia é armazenada como energia cinética, tal como o patinador artístico acelera a sua rotação puxando os braços.
- Armazenamento de energia: O volante do motor continua a girar a alta velocidade, mantendo a energia enquanto o atrito e a resistência forem minimizados. Quanto mais tempo gira, mais energia retém, da mesma forma que o patinador retém a energia rotacional enquanto continua a girar.
- Libertação de energia: Quando o sistema necessita de energia - por exemplo, durante um pico de procura ou uma flutuação da rede - a rotação do volante de inércia é abrandada. O processo de desaceleração do volante converte a energia cinética armazenada novamente em eletricidade, que pode ser alimentada na rede ou utilizada por outros dispositivos. Este processo funciona como o patinador artístico que liberta os braços para abrandar, transferindo essa energia para um novo movimento.
Essencialmente, um volante de inércia armazena e liberta energia tal como um patinador artístico que aproveita e controla o seu impulso de rotação, oferecendo um armazenamento de energia rápido, eficiente e duradouro.
Componentes de um sistema de armazenamento de energia com volante de inércia
- Volante do motor: O núcleo do sistema, normalmente feito de materiais compósitos, roda a velocidades muito elevadas.
- Motor/Gerador: Este componente acciona o volante e também converte a energia cinética em eletricidade.
- Rolamentos: Os rolamentos avançados ajudam a reduzir o atrito, permitindo que o volante mantenha a sua velocidade.
- Eletrónica de potência: Estes regulam o fluxo de eletricidade para dentro e para fora do sistema.
Vantagens dos sistemas de armazenamento de energia com volante de inércia
Os sistemas de volante de inércia têm várias vantagens, particularmente em aplicações que requerem ciclos rápidos de carga e descarga.
- Carga/Descarga rápida: Os volantes de inércia podem carregar e descarregar eletricidade muito mais rapidamente do que as baterias tradicionais, o que os torna ideais para equilibrar as redes eléctricas ou gerir as flutuações a curto prazo da procura de energia.
- Longo tempo de vida: Sem reacções químicas, os volantes de inércia podem durar dezenas de milhares de ciclos, superando significativamente as baterias em termos de longevidade.
- Alta eficiência: Os sistemas de volante de inércia são altamente eficientes no armazenamento e libertação de energia, com uma perda mínima de energia ao longo do tempo.
- Amigo do ambiente: Uma vez que não estão envolvidos produtos químicos nocivos ou metais pesados, os volantes de inércia são considerados uma opção mais ecológica em comparação com as baterias químicas.
Armazenamento de energia no volante do motor vs. armazenamento em bateria
Embora tanto o volante do motor como o sistemas de armazenamento de baterias servem o mesmo objetivo fundamental - armazenar energia para utilização posterior - as suas tecnologias, caraterísticas de desempenho e cenários de melhor utilização são bastante diferentes.
| Caraterística | Armazenamento de energia no volante do motor | Armazenamento de energia por bateria |
| Mecanismo de armazenamento de energia | Energia cinética através do volante de inércia | Reacções químicas nas células das pilhas |
| Tempo de carga/descarga | Muito rápido, normalmente menos de 10 segundos | Mais lento, normalmente demora minutos a horas |
| Eficiência | Elevada, com perdas mínimas de energia | Bom, mas perde alguma energia com o tempo |
| Tempo de vida | Dezenas de milhares de ciclos | Geralmente mais curtos, cerca de 3.000-5.000 ciclos |
| Impacto ambiental | Baixo impacto, sem materiais perigosos | Potenciais preocupações ambientais (por exemplo, extração de lítio) |
| Custo | Mais caro no início, mas com poupanças a longo prazo | Mais acessível à partida, mas com um tempo de vida mais curto e custos de manutenção mais elevados |
Quais são as principais diferenças entre o armazenamento de energia do volante de inércia e da bateria?
- Suporte de armazenamento: Os volantes de inércia armazenam energia sob a forma de energia cinética, enquanto as baterias armazenam energia quimicamente.
- Eficiência energética: Os sistemas de volante de inércia oferecem normalmente uma melhor eficiência em termos de recuperação e descarga de energia.
- Tempo de vida: Os volantes de inércia tendem a durar muito mais tempo do que as baterias, especialmente para aplicações de ciclo elevado.
- Adequação às necessidades energéticas a curto prazo: Os volantes de inércia são excelentes para gerir picos ou desequilíbrios de energia a curto prazo, enquanto as baterias são frequentemente melhores para o armazenamento a longo prazo.
O que é melhor: Volante de inércia ou bateria de armazenamento de energia?
Ambas as tecnologias têm os seus méritos, mas a escolha entre um volante de inércia ou um sistema de armazenamento de energia por bateria depende em grande medida das suas necessidades:
- Sistemas de volante de inércia são mais adequados para aplicações que requerem rajadas rápidas de energia, como a estabilização da rede eléctrica, a regulação da frequência e a energia de reserva para infra-estruturas críticas.
- Armazenamento da bateria é normalmente uma melhor escolha para o armazenamento de energia a longo prazo, como para sistemas de energia renovável (solar ou eólica) ou armazenamento doméstico de energia.
Estado atual e futuro do armazenamento de energia em volantes de inércia
A tecnologia de volante de inércia está a evoluir, com vários países, incluindo a China, a liderar o caminho para instalações de volante de inércia em grande escala. Em 2022, a China revelou o seu primeiro sistema de armazenamento de volante de inércia à escala de megawatts, assinalando um marco significativo no desenvolvimento desta tecnologia.
À medida que a tecnologia amadurece, espera-se que os sistemas de volante de inércia desempenhem um papel fundamental no equilíbrio do fornecimento de energia e na integração de fontes de energia renováveis na rede. Com a diminuição dos custos, o aumento da eficiência e a expansão das aplicações, o futuro do armazenamento de energia em flywheel parece promissor.
Conclusão
Os sistemas de armazenamento de energia por volante de inércia oferecem uma alternativa única e eficiente aos sistemas tradicionais de baterias, com vantagens em termos de velocidade, tempo de vida e impacto ambiental. Embora o armazenamento em bateria continue a ser a escolha dominante para o armazenamento de energia a longo prazoOs sistemas de volante de inércia são adequados para aplicações que requerem uma libertação rápida de energia e ciclos frequentes. À medida que a tecnologia continua a melhorar, o armazenamento de energia em flywheel pode tornar-se um componente crucial no panorama energético, ajudando a apoiar uma rede eléctrica mais sustentável e resiliente.
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