Armazenamento de energia mecânica e térmica: classificação dos ativos da rede que não as baterias

O armazenamento de energia não química abrange mecanismos físicos, térmicos e gravitacionais concebidos para absorver e libertar energia sem degradação eletroquímica. A taxonomia padrão do setor elétrico classifica estes ativos em reservas cinéticas mecânicas, reservatórios de fluidos comprimidos e sistemas de calor sensível ou latente.

As instalações de grande escala na rede elétrica operam de forma diferente das unidades de armazenamento de energia residenciais. As instalações de grande dimensão gerem massas rotativas de elevada inércia e grandes reservatórios térmicos, enquanto as arquiteturas distribuídas, orientadas para o consumidor final, priorizam células de estado sólido compactas ou conjuntos de baterias de fosfato de ferro-lítio.

Arquiteturas Mecânicas Para além das Células Eletroquímicas
Os volantes de inércia (flywheels) convertem a eletricidade da rede em inércia cinética de um rotor, utilizando cilindros de fibra de carbono selados a vácuo e suportados por chumaceiras magnéticas. Estes dispositivos realizam a regulação de frequência na rede em frações de segundo, operando com ciclos de trabalho distintos dos observados nas baterias residenciais utilizadas em sistemas de energia solar.

Os operadores da rede elétrica classificam os sistemas mecânicos de grande escala em três categorias funcionais:

Reservatórios hidroelétricos reversíveis (bombagem), que armazenam energia potencial gravítica.

Grutas subterrâneas que armazenam ar a alta pressão, situadas em formações salinas.

Massas pesadas sobre carris que operam em terrenos inclinados.

Estas instalações de grande dimensão atingem capacidades na ordem dos megawatts, com durações de descarga que variam entre seis a vinte e quatro horas. O custo de capital por megawatt-hora continua a ser competitivo, embora a viabilidade dependa muito mais da topografia geográfica do que no caso dos sistemas modulares de armazenamento em baterias para habitações com energia solar.

Acumulação de Energia Térmica e Latente
O armazenamento térmico retém energia através de calor sensível ou materiais de mudança de fase, aquecendo sais fundidos, blocos de betão ou ar liquefeito. Os permutadores de calor acionam, posteriormente, turbinas a vapor, mantendo uma saída termodinâmica estável mesmo quando a oferta de energia flutua.

Considerações Operacionais na Integração na Rede
Os engenheiros de sistemas avaliam as configurações não químicas utilizando métricas operacionais específicas:

Eficiência de ciclo completo (round-trip efficiency) em ciclos repetidos de conversão térmica para elétrica.

Perdas térmicas parasitas no interior de vasos de pressão isolados termicamente.

Desgaste mecânico resultante da alternância contínua de ciclos.

As unidades não químicas evitam a degradação química e as limitações relacionadas com os metais raros, problemas frequentemente encontrados em sistemas residenciais de energia solar com armazenamento em baterias.