Uma das críticas frequentemente dirigidas a diferentes formas de energia renovável é a sua intermitência, que dificulta que sejam assumidas como soluções plenas sem recurso a fontes de backup mais constantes. Uma das respostas possíveis a esta limitação consiste, por exemplo, no uso dessa energia excedente para rebombeamento de água para reservatórios de barragens, permitindo armazenar energia para utilização posterior.
Uma possibilidade menos conhecida, mas igualmente interessante, envolve o uso das profundezas do oceano como local de armazenamento de energia. Isto pode ser feito de diferentes formas: por exemplo, através da utilização da pressão hidrostática em reservatórios submersos ou, alternativamente, pela criação de vácuo em estruturas instaladas no fundo do mar. Em ambos os casos, a energia armazenada nessas estruturas pode ser libertada sob demanda e reconvertida em eletricidade.
Nesta publicação abordam-se dois conceitos deste tipo que têm vindo a desenvolver-se e a avançar progressivamente em direção à exploração comercial.
O sistema StEnSea: esferas de betão rígidas sob vácuo
O sistema StEnSea é constituído por uma esfera oca de betão que funciona como reservatório de armazenamento e uma unidade técnica inserida, contendo a turbina da bomba, uma válvula controlável e os componentes para medição, controlo e regulação (MCR). A unidade técnica pode ser removida da esfera de betão instalada no fundo do mar, mantida ou reparada em terra e depois reinserida.
Uma esfera vazia corresponde a uma unidade de armazenamento totalmente carregada. Para descarregar a unidade de armazenamento, a válvula é aberta e a água pode fluir para o interior da esfera através da turbina da bomba. A água que entra aciona o gerador através da turbina, que alimenta a rede elétrica. O carregamento é feito bombeando a água para fora da esfera contra a pressão da água circundante, utilizando o excesso de energia.
Sistema StEnSea
Em 2011, o Prof. Horst Schmidt-Böcking e o Dr. Gerhard Luther conceberam a ideia para esta nova tecnologia de armazenamento por bombagem. A sua iniciativa levou ao projeto de investigação StEnSea do Instituto Fraunhofer de Engenharia Elétrica (IEEE), realizado entre 2013 e 2017. Durante este projeto, um protótipo à escala 1:10 foi construído e testado com sucesso no Lago de Constança em 2016. Simulações e análises adicionais do sistema à escala real elevaram a tecnologia do nível de maturidade tecnológica (TRL) 2 para o TRL 5. As investigações demonstraram a viabilidade da implementação técnica à escala 1:1.
Num projeto subsequente, o StEnSea 2.0, está previsto instalar um protótipo à escala 1:3 a uma profundidade de aproximadamente 650 m ao largo da costa da Califórnia. O objetivo é investigar a logística offshore, a instalação e a operação a longo prazo. A operação a longo prazo planeada permitirá analisar e avaliar os efeitos a longo prazo na esfera de betão e na turbina da bomba. As atividades planeadas podem elevar a tecnologia ao nível TRL 6, abrindo caminho para a implementação de projetos comerciais em grande escala. Se os resultados promissores do primeiro projeto de investigação forem confirmados, a tecnologia StEnSea tem um grande potencial para se tornar uma parte importante do futuro portefólio de armazenamento de energia.
Estudos do projeto indicam que um parque com várias esferas subaquáticas pode atingir cerca de 75–80 % de eficiência, ligeiramente abaixo de centrais hidroelétricas de bombagem convencionais, mas ainda dentro do mesmo intervalo tecnológico.
Fonte: Fraunhofer IEE
O sistema BaroMar: esferas de betão rígidas sob vácuo
A solução da BaroMar baseia-se no armazenamento de energia sob a forma de ar comprimido em tanques rígidos instalados no fundo do mar. O sistema utiliza eletricidade excedente da rede (tipicamente de fontes renováveis) para comprimir ar e armazená-lo nesses reservatórios subaquáticos. A tecnologia enquadra-se na categoria de armazenamento de energia de grande escala e longa duração (LSLDES) e foi concebida para responder ao desafio de armazenar energia durante várias horas ou períodos prolongados, algo necessário para integrar grandes quantidades de renováveis na rede elétrica.
Do ponto de vista técnico, o conceito utiliza tanques rígidos e estáticos construídos pelo homem colocados debaixo de água para armazenar o ar comprimido. O uso do ambiente marinho permite contornar limitações geológicas e regulatórias típicas de outros sistemas de armazenamento subterrâneo de ar comprimido, como cavernas salinas. Esta abordagem amplia o potencial de armazenamento energético de baixo custo, permitindo instalar infraestrutura em locais costeiros adequados sem depender de formações geológicas específicas.
Fonte: BaroMar