Sistemas Químicos/Térmicos
Embora o armazenamento de hidrogênio líquido possa proporcionar veículos de alto desempenho e baixo custo, considerações de segurança provavelmente impedirão o uso generalizado.
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O armazenamento de hidretos metálicos é comparável a sistemas avançados de baterias, mas a disponibilidade e o custo do hidrogênio são os principais obstáculos.
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O armazenamento térmico é um sistema exploratório que pode ser comparável aos veículos com bateria avançada; no entanto, a segurança, os meios de recarga térmica e o desenvolvimento do motor Stirling são problemas-chave.
A segunda apresentação sobre os mecanismos de armazenamento de energia utilizados para o transporte foi feita pelo Professor Robert McAlevy do Stevens Institute of Technology. Ele começou observando que os veículos automotivos têm sido movidos quase exclusivamente por combustíveis derivados do petróleo nos últimos 60 anos. Agora, no entanto, como resultado das incertezas sobre as fontes estrangeiras de petróleo e da escalada dos preços, uma alternativa viável aos veículos movidos a petróleo deve ser desenvolvida.
Uma alternativa é uma classe de veículos que emprega dispositivos de armazenamento de energia a bordo contendo energia derivada de fontes não petrolíferas. Exemplos de tais veículos incluem veículos eléctricos, veículos movidos a hidrogénio e veículos com volante de inércia. Um modelo simples e analítico foi desenvolvido e aplicado com sucesso para avaliar estes veículos alternativos.
O modelo permite relacionar a massa total do veículo e o consumo de energia, por meio de equações algébricas lineares, com as características dos componentes e do desempenho do veículo. Estas equações têm sido utilizadas para projectar a massa e o consumo de energia dos veículos alternativos em períodos de tempo futuros, bem como para prever o impacto da adição de massa e do consumo de energia do volante de inércia sobre a massa total do veículo. Os resultados do modelo podem fornecer uma base racional para investimentos em pesquisa e desenvolvimento e outras análises políticas relacionadas ao avanço de veículos alternativos.
Dr. Ronald Smelt, ex-cientista chefe da Lockheed Aircraft Co., discutiu o impacto da crise energética na indústria automobilística a partir da perspectiva de um fabricante de automóveis. No contexto da oferta e demanda internacional de automóveis, a importante questão na avaliação da penetração de mercado do veículo elétrico passa a ser quais países irão converter primeiro do petróleo para fontes alternativas de energia. Uma questão secundária é que combustíveis alternativos serão utilizados.
Speculando com base na experiência passada, a Dra. Smelt concluiu que, primeiro, deve haver uma forte necessidade (por exemplo, a escassez de petróleo). Em segundo lugar, o país deve ter a capacidade de produzir e utilizar a tecnologia. Terceiro, as pessoas do país não devem precisar viajar longas distâncias.
Os membros do painel concordaram em uma discussão após a apresentação do Dr. Smelt que sua abordagem foi útil para identificar os parâmetros que devem ser considerados na avaliação da penetração no mercado. O Dr. Smelt observou que os modelistas tendem a focar sua atenção nos Estados Unidos. Entretanto, os Estados Unidos serão provavelmente o último país a mudar para o uso generalizado de veículos elétricos devido às possibilidades oferecidas pelos combustíveis sintéticos derivados do carvão, xisto e biomassa.
Dr. Joseph Asbury do Laboratório Nacional de Argonne fez uma apresentação sobre os mecanismos de armazenamento de energia para edifícios. Trabalhos recentes do grupo de avaliação de armazenamento de Argonne se concentraram na avaliação de tecnologias de aquecimento e resfriamento de armazenamento elétrico, incluindo aquecimento de armazenamento elétrico, sistema de aquecimento bivalente (por exemplo, óleo, elétrico), bombas de calor elétricas, e sistemas de energia solar. O custo total do fornecimento de serviços de aquecimento e resfriamento de espaços com sistemas de armazenamento de energia térmica foi comparado com o custo do fornecimento desses serviços com tecnologias concorrentes.
Reconhecendo que a energia elétrica não é avaliada a um custo marginal verdadeiro, Argonne concebeu um método para calcular o custo da eletricidade a fim de determinar o custo total do serviço. Na abordagem do estudo de caso a este problema, o modelo SIMSTOR de alocação de custos Argonne foi utilizado para estimar os custos de fornecimento de energia elétrica em áreas de serviço em todo o país. A análise de duas áreas de serviços de utilidade pública (a região Nordeste, fornecida por uma concessionária elétrica cuja carga de pico ocorre durante a estação de inverno; e a região do Atlântico Médio, servida por uma concessionária de verão) indicou que os sistemas de armazenamento e bivalentes são as tecnologias mais eficientes na área de serviço de inverno, e a bomba de calor em combinação com o armazenamento é a tecnologia de menor custo na área de serviço fornecida pela concessionária de verão (ver Anexo MA.1 e MA. 2). O custo do fornecimento de energia inclui os custos da concessionária e do combustível duplo. Para avaliar as unidades de capital de forma consistente em ambos os lados do contador eléctrico, os custos anuais do cliente são calculados com base na mesma taxa de recuperação de capital utilizada para a empresa de electricidade.
Exposição MA.1. Custo anualizado para diferentes tecnologias de aquecimento e resfriamento – Área de Serviço de Inverno (Custo da utilidade em ambos os lados do medidor)
>Expor MA. 2. Custo Anualizado das Diferentes Tecnologias de Aquecimento e Refrigeração – Área de Serviço de Verão (Custos de Utilidades em Ambos os Lados do Medidor)
Dr. Asbury também discutiu brevemente o trabalho de Argonne sobre armazenamento sazonal para aquecimento 100% dos edifícios e disponibilidade solar para aquecimento de espaços.
Dr. Heinz Pfeiffer da Pennsylvania Power and Light Company apresentou o seu trabalho avaliando sistemas de armazenamento de energia para utilidades elétricas. Ele observou que a indústria de utilidades elétricas representa um grande mercado potencial para sistemas de armazenamento avançados adequados. Tais sistemas, devidamente dimensionados para ciclos de armazenamento diários ou semanais, poderiam ser alternativas às unidades de geração primária, tanto para os modos de pico de produção como para os modos de geração intermediária. As instalações podem ser viáveis em locais de geração central ou, em unidades dispersas, para locais em redes de transmissão e distribuição ou no local do cliente. Em geral, se tecnologias de armazenamento adequadas puderem ser desenvolvidas e demonstradas, até 10% dos equipamentos de geração primária instalados necessários para as concessionárias elétricas no período 1985-95 poderão ser deslocados pelos sistemas de armazenamento.
As capacidades de armazenamento de potencial interesse variarão de 15 MW para instalações de subestações dispersas a vários milhares de MW para grandes locais de estações centrais. As unidades precisarão de durações de armazenamento variando de 2 horas a 2 dias e terão que operar com relação de tempo de carga/descarga de 0,2 a 2,4. Esta ampla gama de parâmetros de operação proporcionará grande latitude para inovações tecnológicas.
Tal latitude pode estar disponível, no entanto, quando os parâmetros operacionais são levados em conta. Não é provável que os conceitos de dispositivos de armazenamento sejam seriamente considerados, a menos que os requisitos de receitas futuras para cobrir seus custos sejam menores do que aqueles para fornecer um serviço comparável a partir de equipamentos de geração primária. Na medida em que a economia global resultante da redução dos custos de combustível é acompanhada por maiores investimentos de capital inicial, é provável que seja necessário muito mais do que uma vantagem de custo do breakeven para a consideração favorável dos sistemas de armazenamento devido a problemas de aquisição de capital de utilidades.
Os benefícios potenciais dos sistemas de armazenamento de utilidades são grandes o suficiente para justificar um programa de pesquisa e desenvolvimento destinado a esclarecer algumas das incertezas operacionais quanto ao seu uso. Tal programa deve incluir:
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Estabelecer modelos quantitativos dos efeitos e benefícios dos níveis de capacidade de armazenamento sobre a confiabilidade dos serviços e sobre as melhores combinações de geração e margens de reserva. Estes devem incorporar projeções detalhadas da demanda para o período pós-1990, refletindo prováveis mudanças nas características de carga de utilidades.
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Desenvolvendo os benefícios do armazenamento disperso em função das características geográficas de utilidades, uso do solo e demanda. Este estudo deve ser regional e não nacional médio.
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Estabelecer as possíveis interações entre armazenamento, controle de carga e entidades mais pesadas entre áreas com características de carga diferentes.
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Relatar o armazenamento disperso para sistemas de geração dispersa e sistemas de energia total.
Em paralelo com tais estudos, há necessidade de apoio à pesquisa e desenvolvimento de conceitos de armazenamento promissores para garantir a disponibilidade oportuna de opções de armazenamento de utilidades com uma ampla gama de características operacionais.
O Dr. Charles Johnson da Universidade de Maryland apresentou então seu trabalho sobre o estabelecimento de prioridades para projetos de pesquisa, o que representa um problema difícil para planejadores governamentais e corporativos. A incerteza extrema e os requisitos substanciais de informação dificultam a aplicação das abordagens tradicionais de otimização e de portfólio na seleção de um conjunto de projetos. A Universidade de Maryland desenvolveu e aplicou uma técnica de priorização a um problema de amostra na pesquisa de armazenamento de energia.
Primeiro, uma estrutura hierárquica que consiste em um objetivo geral e várias sub-metas ordenadas é construída. Em todos os níveis da hierarquia, cada par de itens é comparado com o item para o qual ele contribui. As comparações podem ser baseadas em evidências experimentais, exercício de modelo, opinião de especialista ou gerencial e preferências da sociedade. As comparações são então resumidas em uma matriz quadrada indicando os rácios envolvidos. Vetores de pesos são deduzidos dessa matriz e agregados para estabelecer valores finais, que são usados para classificar as alternativas.
Uma hierarquia de amostras foi construída para comparar oito tipos de baterias propostas para uso em transporte. As principais considerações para esta classificação foram o desempenho elétrico, aspectos ambientais e de segurança, custos de desenvolvimento e prazos, e aspectos de mercado. Para a construção final, foram solicitadas sugestões dos usuários e gerentes do programa DOE.