Pesquisadores da Universidade de Waterloo, no Canadá, projetaram um sistema de armazenamento de energia por gravidade sólida que poderia ser usado para armazenar energia renovável em arranha-céus urbanos.
O sistema baseado em talha de cabo foi projetado para operar em combinação com fachadas fotovoltaicas instaladas nas paredes sul, leste e oeste, bem como pequenas turbinas eólicas no telhado e baterias de íons de lítio (Li-ion).
Na configuração proposta, o sistema baseado em gravidade serve como unidade primária de armazenamento de energia, enquanto as baterias são usadas apenas para armazenamento de resposta rápida durante horas de excedente ou escassez significativa de produção. O sistema aproveita a energia gerada pelas fachadas fotovoltaicas e turbinas eólicas para levantar uma massa pesada em um poço durante a fase de carregamento. Essa energia potencial armazenada é então liberada para girar um gerador elétrico durante a descarga.
O sistema compreende uma unidade motor-geradora, cabos de içamento, engrenagens de transmissão e blocos de aço ou concreto. Ele funciona de forma semelhante aos elevadores convencionais em edifícios urbanos, operando quase na mesma velocidade.
“Este projeto é tecnicamente viável e também foi comprovado comercialmente recentemente”, disse o principal autor da pesquisa, Muhammed A. Hassan à pv magazine. “Especificamente, a Gravitricity demonstrou um sistema protótipo de 15 m de altura e 250 kW no Porto de Leith, em Edimburgo, com dois pesos suspensos de 25 toneladas e dois geradores conectados à rede. A mesma empresa também iniciou dois projetos comerciais em grande escala com capacidades de 4 MW e 8 MW desde 2021.”
Os pesquisadores modelaram o sistema em 625 projetos de edifícios genéricos, considerando fatores como a relação área-volume da fachada, a relação comprimento-largura e a relação altura-área-pegada. Eles também empregaram um algoritmo genético multiobjetivo (MOGA) para avaliar o custo nivelado da eletricidade (LCOE) e a dependência de cada edifício da eletricidade da rede.
A análise indicou que este sistema híbrido poderia atingir valores de LCOE variando de US$ 0,051/kWh a US$ 0,111/kWh, e custos de eletricidade da rede entre US$ 0,195/kWh e US$ 0,888/kWh. Esses resultados são relatados como consistentes com os de sistemas de energia renovável integrados a edifícios semelhantes localizados no Canadá e em outras regiões com recursos limitados de energia renovável.
“Edifícios mais altos com grandes áreas de piso tendem a alcançar LCOE mais baixo, mas custos de eletricidade de rede mais altos”, explicaram os pesquisadores, observando que a capacidade do sistema de armazenamento por gravidade deve aumentar à medida que a intensidade do uso de energia de um edifício aumenta.
Os resultados da modelagem também mostraram que o sistema de armazenamento por gravidade pode atingir períodos de retorno de 9 a 17 anos e períodos de retorno descontados abaixo de 25 anos na maioria dos casos.
“Isso confirma sua viabilidade financeira de longo prazo”, afirmou Hassan. No entanto, ele enfatizou que o consenso do setor continua sendo crucial em várias frentes, incluindo complexidade operacional, custos iniciais e a necessidade de demonstrar confiabilidade 24 horas por dia, 7 dias por semana, ao longo de anos de operação no mundo real.
“Embora os princípios mecânicos sejam comprovados, o desafio será dimensionar a engenharia, garantir custos de capital competitivos e integrar-se à rede ou ambientes industriais. Portanto, a adoção do mercado ainda depende da comprovação de que esses sistemas podem superar as alternativas de bateria, produtos químicos e outras alternativas de gravidade ao longo de sua vida operacional esperada, especialmente para aplicações que precisam de fornecimento de energia de várias horas a um dia sem perda de capacidade”, acrescentou.
“Análises independentes sugerem que a maturidade comercial em termos de implantação convencional e financiável em mercados desenvolvidos fora da China é provável por volta do final da década de 2020, dependendo de alguns anos de dados operacionais dos carros-chefe atuais”, continuou ele. “Atualmente, o armazenamento por gravidade acima do solo é comprovado comercialmente em escala inicial, mas ainda não na adoção em massa com desconto por volume. Contratos sustentados e desempenho de confiabilidade nos próximos três anos devem levar o status à maturidade comercial total.”
O sistema foi introduzido em “Building geometry-aware lifecycle optimization of hybrid renewable energy systems with solid gravity storage“, publicado na Applied Science.
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