Imagine um tijolo gigante de terra altamente compactada – tão grande quanto uma caminhonete, mas com 24 toneladas, cerca de cinco vezes mais pesado. Um elevador alimentado por painéis solares ou turbinas eólicas o eleva a mais de 300 pés na lateral de um enorme edifício, e um carrinho o armazena dentro. Mas não está sozinho. Um sistema automatizado levanta e armazena mais centenas de tijolos, como balas Pez gigantes, enquanto o sol brilha e o vento sopra.
Agora imagine o sistema de controle do prédio baixando essas centenas de tijolos um a um, girando geradores de energia elétrica no processo. Eles caem todas as noites, assim como a demanda por picos de energia, mas a produção do painel solar diminui.
Na verdade, o prédio cheio de tijolos é uma bateria gigante que armazena energia com gravidade em vez de química.
As baterias de gravidade são uma solução potencialmente importante para um problema crítico com a revolução da energia verde: garantir que a eletricidade esteja disponível quando precisamos dela, não apenas durante os períodos em que o sol e o vento a fornecem.
E não é apenas uma ideia. Com dois locais em construção – um em Rudong, China, ao norte de Xangai, e outro em Snyder, Texas, cerca de 250 milhas a oeste de Dallas – startup Cofre de energia começará a testar seriamente a viabilidade da tecnologia de armazenamento por gravidade. Um piloto anterior gerou 5 megawatts de energia, mas essas duas instalações e sucessores esperados mostrarão se o armazenamento por gravidade é econômico e eficiente o suficiente para funcionar em grande escala.
Energia quando o sol se põe
Você pode pensar que colocar painéis solares em seu telhado ajudará a combater as mudanças climáticas, mas sem alguma forma de armazenamento de energia em sua casa ou na rede, você provavelmente dependerá de usinas de carvão e gás que expelem dióxido de carbono para alimentar as luzes de sua casa. , TV e lava-louças enquanto o sol se põe.
A Energy Vault testou sua tecnologia em menor escala na Suíça, onde a empresa de 170 pessoas está sediada. Seus dois sistemas EVx em construção são muito maiores. O sistema chinês, construído para empresa de gestão e reciclagem de resíduos China Tianying, fica em um prédio de 400 pés de altura e terá uma capacidade de armazenamento de energia de 100 megawatts-hora. Isso é o suficiente para poder 3.400 residências para um dia inteiro, e o sistema deve ser concluído até junho. O sistema do Texas, em um prédio de 460 pés de altura (mas mais estreito), fornecerá à empresa de energia Enel com 36MWh de capacidade.
Os painéis solares e as turbinas eólicas agora geram energia de forma mais barata do que as usinas de carvão e gás natural, tornando-as uma escolha clara na tentativa de substituir os combustíveis fósseis. Custos com energia solar caíram 83% de 2009 a 2023 e os custos eólicos caíram 63% no mesmo período, de acordo com o acompanhamento da empresa de consultoria de investimentos e gestão de ativos Lazard. Mas em muitas partes do país, os novos painéis solares geralmente fornecem apenas um excesso de energia durante o meio do dia, sem ajudar à noite.
A incompatibilidade entre a produção de energia e o uso de energia é responsável pelo infame “curva de pato“um gráfico com a forma de um pássaro mostrando a disparidade aumentando a cada ano que passa. Essa disparidade dificulta o ajuste das concessionárias às rápidas mudanças na demanda e significa que fontes movidas a combustíveis fósseis, como “usinas de pico” de gás natural, fornecem energia à noite.
“Se vamos nos afastar cada vez mais dos combustíveis fósseis e substituí-los por geração renovável intermitente, a única maneira de resolver isso é o armazenamento”, disse o presidente-executivo da Energy Vault, Robert Piconi.
Energy Vault não está sozinho. Outra inicialização, Gravitricidadeconstruiu um Sistema de demonstração de 250 quilowatts e está planejando um sistema maior de 4MW a 8MW em um poço de mina não utilizado.
O custo de armazenamento de energia é fundamental
O armazenamento por gravidade é apenas uma maneira de suavizar os surtos de vento e energia solar. Baterias grandes como Tesla Megapacks – versões em escala industrial das mesmas baterias que alimentam seu telefone ou veículo elétrico – são cada vez mais comuns na rede elétrica. A “hidrelétrica bombeada”, uma forma mais antiga de bateria de gravidade que bombeia água para um reservatório morro acima e gera energia quando flui de volta para baixo, é usada há décadas, mas está atraindo um novo interesse. Outros métodos incluem o enchimento de câmaras subterrâneas com ar comprimido, o armazenamento de hidrogênio que posteriormente alimenta as células de combustível e o desenvolvimento de diferentes tipos de baterias, como baterias de zinco e baterias de fluxo.
O sistema EVx da Energy Vault eleva esses tijolos de 24 toneladas centenas de metros para recapturar essa energia potencial baixando-os quando a energia é necessária. Os tijolos são feitos de terra comprimida com uma matriz de polímero e são transportados dentro do sistema usando um carrinho instalado abaixo dos tijolos.
O custo será um fator importante para determinar qual tecnologia de armazenamento prevalece, incluindo a fabricação inicial e as operações contínuas.
“No final das contas, tudo vai cair no preço”, disse Selene Law, analista de energia da consultoria Grupo Cleantech. E para o armazenamento por gravidade, persistem dúvidas sobre o custo total, disse ela.
De fato, um Estudo do Departamento de Energia dos EUA de 2022 concluiu que o armazenamento de energia por gravidade é relativamente caro em instalações menores. Onde é mais econômico é em sistemas de alta capacidade que geram energia por períodos de tempo relativamente longos — 10 horas ou mais.
A Energy Vault não divulgou o custo dos dois sistemas em construção, mas concorda que a tecnologia oferece vantagens para necessidades de energia de longa duração.
A longevidade é um fator de custo ao longo da vida útil da planta. As baterias perdem capacidade com o uso, da mesma forma que seu telefone não funciona tanto depois de alguns anos de propriedade, mas os componentes de armazenamento por gravidade, como polias e geradores, podem ser mantidos.
“A chave de nossa proposta de valor é a ausência de degradação do meio de armazenamento”, disse Marco Terruzzin, engenheiro mecânico e diretor de produtos comerciais da Energy Vault. “Nós fornecemos uma garantia no sistema por pelo menos 35 anos.”
Embora o Energy Vault tenha dado apenas os primeiros passos para provar o valor da tecnologia, dois clientes concluíram que vale a pena pagar hoje. E o sistema de 100 MWh na China é apenas o primeiro lá, disse a empresa. O país espera financiar mais 4GWh a 6GWh de capacidade posteriormente — um aumento de 40 a 60 vezes a usina inicial.
Como funciona o EVx do Energy Vault
O sistema de armazenamento EVx por gravidade do Energy Vault é um edifício retangular gigante que funciona em grande parte automaticamente. Veja como funciona.
Os tijolos no centro do sistema medem cada um 3,5 por 2,7 por 1,3 metros (cerca de 11 por 9 por 4 pés) e pesam 24 toneladas métricas. Eles são feitos de 99% de terra compactada com um pouco de água e uma mistura de polímeros para estabilizá-la usando uma receita da empresa mexicana de materiais de construção. Cemex. Eles são 2,4 vezes mais densos que a água e quase iguais ao concreto.
O primeiro sistema de armazenamento de energia baseado em gravidade em grande escala da Energy Vault em Rudong, China, tem centenas de metros de altura.
Os tijolos são armazenados lado a lado dentro do prédio, como peças de dominó juntas. Antes de serem levantados ou abaixados, um sistema de carrinho levanta cada tijolo e o leva até o elevador.
Os tijolos estão alojados nos oito níveis superiores do edifício para armazenar energia e descem para os oito níveis inferiores correspondentes para gerar energia. Cada tijolo, descendo a 1,9 metros por segundo (6,23 pés), produz cerca de um megawatt, disse Terruzzin. Isso é o suficiente para abastecer 2.000 refrigeradores.
Assim que cada tijolo chega ao fundo, ele é transferido roboticamente para o sistema de carrinho e movido em direção ao centro do edifício.
Tornar o edifício mais longo, com trilhos de bonde mais longos, significa que mais tijolos podem ser armazenados para mais horas de geração de energia. Tornar o prédio mais amplo, com mais elevadores, significa que o sistema pode gerar uma taxa de pico de energia mais alta.
Quanto à eficiência, o Energy Vault garante que os sistemas EVx gerem pelo menos 80% da energia necessária para levantar os tijolos e deslocá-los, incluindo fatores como fricção. Essa eficiência geral é comparável à hidrelétrica bombeada.
A chave para o negócio da Energy Vault é o sistema de controle que decide quando e onde posicionar os tijolos para armazenamento ideal e até mesmo produção de energia.
“Enquanto desaceleramos um no fundo, o próximo está carregando e começando a acelerar”, disse Bill Gross, presidente-executivo da Idealabs e cofundador do Energy Vault, falando no Conferência Techonomy Climate em março.
A produção máxima será de 25MW no sistema da China e 18MW no sistema do Texas.
Superando os desafios de armazenamento por gravidade
O Energy Vault estabeleceu seu design atual depois de avaliar várias outras opções – cascalho em carrinhos, água em tanques, blocos de concreto pendurados em guindastes.
O EVx foi projetado para superar problemas com esses designs. É à prova de intempéries, o que significa que os tijolos não ficam molhados ou soprados, por exemplo.
O Energy Vault não está colocando todos os seus ovos de armazenamento de energia na cesta de gravidade. A contrato com a Pacific Gas and Electric da Califórnia, poderia resultar em um sistema para abastecer a cidade de Calistoga por até 48 horas com uma combinação de células de combustível de hidrogênio e baterias. Sistemas híbridos com armazenamento por gravidade e bateria também fazem sentido, já que as baterias podem responder muito rapidamente para aumentar ou diminuir, disse Terruzzin.
Com as plantas da Energy Vault entrando em produção, devemos começar a ter uma ideia melhor este ano de como o armazenamento por gravidade realmente funciona. “Este será um ano crucial para a Energy Vault”, disse Law do Cleantech Group. “A prova estará no pudim.”
A empresa não é rentável, reportando um perda líquida de $ 78 milhões para 2022 com receita de US$ 146 milhões. E os seus Ações caíram 89% no último anoum destino que muitas startups sofreram com problemas econômicos e investidores céticos.
Piconi, da Energy Vault, está convencido de que a empresa está no caminho certo para tornar o armazenamento de energia mais econômico.
“A energia eólica e solar são muito mais baratas do que os combustíveis fósseis agora… O problema é que o armazenamento é tipicamente 10 a 15 vezes maior”, disse Piconi. “Temos que chegar lá.”
Correção, 9h26 PT: Uma versão anterior desta história distorceu os resultados financeiros de 2022 do Energy Vault. Ele relatou uma perda líquida de $ 78 milhões sobre uma receita de $ 146 milhões.