Quando quedas de energia, interrupções e blecautes acontecem, é frustrante ficar sem energia. Armazenar energia ao longo da rede elétrica dos EUA pode ajudar a manter a energia ligada. © iStockphoto.com / TebNad p A interrupção começou em Ohio, bagunçou o trânsito em Michigan, desligue as luzes no Canadá, então trouxe escuridão para a cidade de Nova York, A cidade que nunca dorme. Ao final do Blackout do Nordeste de 2003, a região perdeu aproximadamente US $ 6 bilhões.
p O que você acha que causou um apagão tão grande - algo extraordinário? Alguém sabotou a rede? Houve um terremoto? Não - não havia plano sinistro ou desastre natural - apenas alguns soluços padrão. A rede elétrica dos EUA estava operando normalmente, mas então suas falhas se juntaram, ajudado por falhas de computador e algumas árvores incômodas e voilà - cerca de 50 milhões de pessoas estavam sem energia.
p De acordo com Imre Gyuk, que gerencia o Programa de Pesquisa de Armazenamento de Energia do Departamento de Energia dos EUA, podemos evitar apagões massivos como o grande em 2003, armazenando energia na rede elétrica. A energia pode ser armazenada em unidades em estações de energia, ao longo das linhas de transmissão, em subestações, e em locais próximos aos clientes. Dessa maneira, quando pequenos desastres acontecem, a energia armazenada pode fornecer eletricidade em qualquer lugar ao longo da linha. p Parece um grande projeto, e isso é. Mas praticamente todo sistema que consegue atender com sucesso a muitos clientes mantém uma reserva. Pense nisso. Os bancos mantêm uma reserva. Lojas superdimensionadas como Target e Wal-Mart mantêm uma reserva. O McDonald's poderia ter servido a bilhões sem ter despensas e freezers perpetuamente estocados? Como a rede elétrica dos EUA opera em criptografia, não reservas, ele está configurado para problemas. Veja o que queremos dizer na próxima página.
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p Agora, considere o que acontece em um dia sufocante em Los Angeles, quando as pessoas em toda a cidade estão operando seus condicionadores de ar. Estes são demanda de pico condições, quando a maioria dos clientes usa mais eletricidade, o que acontece por algumas horas em cinco a dez dias a cada ano. Nesses dias, instalações conhecidas como plantas de pico são chamados à ação. Essas caras usinas de combustível fóssil ficam ociosas o ano todo e podem emitir mais poluição do ar do que uma grande usina movida a carvão. "Não gostaríamos de fazer isso em uma cidade [nebulosa] como Los Angeles, mas fazemos mesmo assim, "diz Imre Gyuk. Se as plantas de pico falharem, concessionárias pagam grandes clientes, como fundições de alumínio, para usar menos eletricidade. "Se nada funcionar, você tem quedas de energia e interrupções contínuas, "diz Gyuk. p Enquanto isso, antigas subestações estão sobrecarregadas. Eles estão carregando mais corrente do que deveriam, e o calor das estruturas metálicas. "Essa não é uma prática recomendada, "diz Boyes. p Se a rede elétrica soar estressada, você não viu nada ainda. Leia.
p Com a grade já embaralhada, é difícil imaginar a adição de mais energias renováveis, como energia eólica e solar, porque são fontes intermitentes de energia. Sabemos que os clientes são imprevisíveis, mas agora, assim é a eletricidade. Quando o vento pára inesperadamente, um parque eólico pode perder 1, 000 megawatts em minutos e deve então comprar e importar eletricidade rapidamente para seus clientes. p A alternativa, então, é usar uma usina de combustível fóssil de estilo de pico, mas isso adiciona poluição do ar à eletricidade limpa. Ou a natureza pode reinar. Em parques eólicos no Texas, o vento sopra quase exclusivamente à noite, enquanto a demanda é baixa, e o preço da eletricidade torna-se negativo. "Isso significa que você tem que pagar a rede para colocar eletricidade nela, "diz Gyuk." Eu conversei com alguém que liga o ar condicionado a noite toda para esfriar a casa porque ele consegue de graça. Então ele fecha as janelas. " p De acordo com Gyuk, esses problemas irão piorar à medida que usarmos mais eletrônicos e mais eletricidade. Então, qual poderia ser a resposta para esses problemas? Armazenamento de energia da rede. p Antes de mergulharmos no assunto, é importante entender o que significa armazenar energia. O trabalho da rede é fornecer eletricidade a cada cliente em 120 volts e 60 hertz. Isso é feito adicionando ou removendo corrente da grade. Um dispositivo de armazenamento ajuda adicionando ou removendo corrente exatamente quando necessário. p Continue lendo para aprender como o armazenamento de energia pode fortalecer a rede.
p As usinas hidrelétricas bombeadas estão operando em todo o mundo, produzindo entre 200 megawatts e 2, 000 megawatts de energia em dias de pico de demanda [fonte:Cole]. Eles não emitem poluição do ar, e uma vez carregado, estão online em 15 minutos, mais rápido e mais verde do que uma planta de pico. O único problema é "estamos ficando sem sites bons para isso, "diz Gyuk. p Armazenamento de energia de ar comprimido ( CAES ) é o armazenamento para usinas de gás natural. Normalmente, essas plantas queimam gás natural para aquecer o ar, que empurra uma turbina em um gerador. Quando as usinas de gás natural estão perto de um buraco subterrâneo, como uma caverna ou velha mina, eles podem usar CAES. Em dias lentos, a planta pode produzir eletricidade para fazer funcionar um compressor que comprime o ar externo e o empurra para dentro do buraco subterrâneo. Nos dias em que os clientes precisam de eletricidade máxima, a usina pode deixar o ar comprimido correr contra a turbina, empurrando-o, junto com o ar aquecido normal. Este ar comprimido pode ajudar por horas, adicionando continuamente 25 megawatts a 2, 700 megawatts de eletricidade para a produção da usina nos dias de pico de demanda [fonte:Cole]. p Continue lendo para saber onde mais podemos armazenar energia na rede. Pump It
Os dispositivos de armazenamento fazem e usam a corrente de forma inteligente - para um processo que pode ser revertido para devolver a corrente. Por exemplo, armazenamento hidroelétrico bombeado usa corrente para bombear água a uma altura. Quando precisamos da corrente de volta, deixamos a água cair no sistema de acionamento de um gerador. Onde está a energia nesta foto? Está lá o tempo todo, sendo transferido como dinheiro entre contas bancárias. A energia começa como energia elétrica na rede, muda para a energia potencial gravitacional quando a água está muito alta, e conforme a água cai para acionar o gerador, torna-se novamente energia elétrica na rede.
p Procure reversões e transferência de energia em cada método de armazenamento que descrevemos neste artigo. consulte Mais informação
p Na rede elétrica, os volantes são controladores de boa qualidade. Eles são bons em estabilizar a frequência, que, como mencionamos, oscila acima e abaixo de 60 hertz nos EUA hoje. Ele aumenta quando as concessionárias produzem mais eletricidade do que os clientes usam e diminui quando as concessionárias fazem menos. Os volantes mudam a situação porque os ISOs podem controlá-los diretamente - eventualmente, eles serão automáticos - para que ninguém tenha que ligar para Jane na usina A e esperar que ela aumente ou diminua a geração para corrigir o problema de frequência. Com resposta rápida, a frequência pode ser nivelada antes que o cliente a sinta. Na verdade, vários Estados Unidos I.S.O.s estão testando almofadas do volante [fonte:Beacon Power 1, Beacon Power 2, Beacon Power 3]. p Outro uso para os volantes é estabilizar a tensão na rede. O que poderia mudar a tensão nessas linhas robustas de alta tensão? Experimente os efeitos dominó de quedas de energia, árvores derrubadas e trens elétricos. Quando o metrô ou trens leves freiam, eles geram eletricidade, aumentando a tensão e fazendo com que a corrente surja localmente. Quando os trens saem da estação acelerando, eles puxam eletricidade, fazendo a tensão cair e sugando a corrente de outro lugar. Volantes podem absorver e liberar a corrente, deixando o resto da grade intacto. Na verdade, eles foram testados nos trens do metrô de Nova York [fonte:Kennedy]. p Volantes também são ótimos para parques eólicos, onde eles podem gerar eletricidade extra durante rajadas e cuspi-la durante as baixas, para que os clientes não sofram as flutuações. p Supercapacitores , ainda mais rápido do que volantes, armazenar energia separando as cargas. Eles são "super" porque armazenam mais energia do que os capacitores tradicionais, mas eles funcionam da mesma maneira. Quando há eletricidade extra, pode ser usado para empurrar cargas de algumas placas de metal e para outras, deixando alguns carregados positivamente e outros negativamente. Quando a eletricidade é necessária, as placas neutralizam, e fluxos de carga, fazendo uma corrente. Em Madrid, Pequim e outras cidades, os armários cheios de supercapacitores protegem os trens elétricos [fonte:Siemens]. p Armazenamento de energia magnética supercondutora, ou SMES, é outra maneira de se livrar de quedas e picos de tensão na rede. Durante os picos, laços de fio absorvem corrente extra, e durante os mergulhos, os loops retornam a corrente para a grade. Porque o fio quase não tem resistência, ele armazena corrente quase sem perda. p A seguir - sistemas de armazenamento de energia que muitos de nós usamos diariamente:baterias.
As baterias são perfeitas para backup e armazenamento de energia. Claro, aqueles usados para armazenamento de energia da rede são um pouco maiores. Imagens de Tim Boyle / Getty p
p Baterias são como conjuntos de Lego para a grade. Eles vêm em muitos tipos, pode ser empilhado ou ampliado para armazenar mais energia e pode gerar eletricidade por segundos a horas. No final da longevidade, você encontrará do tamanho de um trailer baterias de fluxo gostar redox de vanádio e brometo de zinco e baterias de alta temperatura gostar enxofre de sódio . Eles podem fornecer até 20 megawatts de energia por horas [fonte:Gyuk]. No final da explosão de energia, baterias de chumbo-ácido são comumente usados hoje. Outras baterias incluem metal-ar , íon-lítio , níquel-cádmio e chumbo-carbono . Todas as baterias usam e liberam energia por meio de reações químicas.
p As baterias estão em toda a rede elétrica dos EUA, geralmente do lado do cliente, onde fábricas, e talvez os computadores em seu escritório, use um Fonte de energia ininterrupta , ou UPS para operar a eletrônica durante as interrupções. p Mas as baterias também sustentam as entranhas da rede. Em Charleston, W. Va., uma subestação costumava superaquecer toda vez que muitos clientes puxavam corrente através dela. Então, a American Electric Power instalou uma bateria para fornecer eletricidade nos dias de pico de demanda, e a subestação parou de superaquecer. Os habitantes do Alasca costumavam sofrer interrupções a cada falha na linha de energia entre Anchorage e Fairbanks, até que instalaram uma bateria do tamanho de um campo de futebol para cobrir a linha durante falhas e reparos. p As baterias também podem ajudar os parques eólicos em locais onde o vento sopra apenas à noite e os clientes usam energia durante o dia. p Fala-se de um dia usando carros elétricos híbridos plug-in, ou PHEVs , com baterias que carregam conectando-se a uma tomada de parede, para eletricidade comercial. Com a fiação certa em sua casa, seu carro estacionado pode funcionar em sua máquina de lavar louça. Em um futuro distante, muitos carros ligados a muitas garagens podem enviar eletricidade para onde for necessária na rede em um aplicativo chamado veículo para grade , ou V2G . Mas ainda faltam muitos anos, uma vez que a tomada de parede não pode tirar eletricidade da bateria, e os carros não são comerciais. p Isso parece prático? Continue lendo para descobrir quanto custa tudo isso.
p Para energia que dura de minutos a horas, baterias de íon-lítio custam US $ 1, 100 por quilowatt (ou cafeteira), volantes custam $ 1, 250 por quilowatt, baterias de fluxo custam $ 2, 500 por quilowatt, e baterias de alta temperatura como enxofre de sódio custam US $ 3, 100 por quilowatt [fonte:EAC]. E o armazenamento em supercapacitores custa ainda mais. p Mas, de acordo com Gyuk, recebemos muito por nosso investimento em armazenamento. Conseguimos uma rede capaz de lidar com mais usinas de energia eólica e solar, sem pesadelos de abastecimento. Temos menos plantas de pico, o que significa menos emissões de dióxido de carbono e poluição do ar. E temos proteção contra interrupções, que, de acordo com Gyuk, custam 33 centavos de cada dólar que gastamos em eletricidade [fonte:Gyuk 2008]. p Empresas de energia elétrica e ISOs pagarão pelo armazenamento, se eles decidirem instalá-lo. "O preço do armazenamento está caindo. O preço da solução dos problemas de outras maneiras está subindo. Em breve, esses preços vão cruzar, "observa Boyes, sugerir que o custo pode estimular o acréscimo de armazenamento à rede. p As tarifas de eletricidade dos consumidores cairão no final? Pode ser. Com armazenamento suficiente, as concessionárias serão capazes de gerar eletricidade de forma mais controlada. Eles usarão melhor o hardware na rede, como linhas de transmissão e subestações, em vez de substituí-los ou ampliá-los. p Mesmo que as tarifas de eletricidade dos consumidores aumentem, "Teremos um sistema melhor, "diz Gyuk. Regulação de frequência
Para ver uma animação sobre como a rede elétrica dos EUA regula a frequência hoje e como isso pode ser feito no futuro com volantes, Clique aqui, em seguida, selecione "Flywheels and Frequency Regulation". (Aviso:a animação interessante envolve um anúncio do sistema de armazenamento.)
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