Como armazenar a energia excedente gerada por painéis solares ou turbinas eólicas? A resposta pode estar no fundo do mar. Pesquisadores alemães desenvolveram um projeto inovador chamado Stored Energy at Sea (StEnSea), que utiliza esferas de concreto submersas para armazenar e gerar energia de forma eficiente.

A ideia foi concebida em 2011 pelos professores Horst Schmidt-Böcking e Gerhard Luther. O sistema é conectado à rede elétrica por meio de um cabo submarino, que pode se ligar tanto a uma subestação em terra quanto a uma estação transformadora flutuante de um parque eólico offshore. Para armazenar energia, a motobomba retira a água de dentro da esfera, bombeando-a contra a pressão da coluna d’água ao redor. Com isso, o reservatório fica pronto para um novo ciclo de geração.

Em um teste de campo realizado com uma esfera de três metros no Lago de Constança, pesquisadores do Fraunhofer Institute for Energy Economics and Energy System Technology (Instituto Fraunhofer de Economia de Energia e Tecnologia de Sistemas de Energia), em parceria com outras instituições, comprovaram que o conceito é tecnicamente viável e funciona de forma eficiente.

“Usinas hidrelétricas reversíveis são especialmente eficazes para o armazenamento de eletricidade por períodos que variam de algumas horas a alguns dias. No entanto, seu potencial de expansão é bastante limitado em escala global. Por essa razão, estamos adaptando seu princípio de funcionamento para o ambiente submarino — onde as restrições ambientais e ecológicas são consideravelmente menores. Além disso, a aceitação pública tende a ser muito mais favorável”, explica o Bernhard Ernst, gerente sênior de projetos do Instituto Fraunhofer.

Princípio de funcionamento

Segundo o Instituto Fraunhofer, o projeto utiliza esferas de concreto com 9 metros de diâmetro e aproximadamente 400 toneladas cada. Essas esferas são colocadas entre 600 e 800 metros de profundidade, onde a pressão da água é tão intensa que consegue girar turbinas com altíssima eficiência.

Essas unidades são dispostas em sequência e interligadas eletricamente em um sistema projetado para operar de forma semelhante ao armazenamento por bombeamento, que aproveita a força da água para gerar eletricidade, porém adaptado para o ambiente submarino.

O sistema StEnSea é composto por dois componentes principais: uma esfera oca de concreto, que funciona como reservatório de armazenamento, e uma unidade técnica cilíndrica, que abriga a bomba-turbina, uma válvula controlável e os componentes do sistema de Supervisão, Controle e Aquisição de Dados (SCADA). Essa unidade técnica é removível, podendo ser destacada separadamente, o que facilita a manutenção e os reparos.

Quando a esfera está vazia, a unidade de armazenamento é considerada totalmente carregada. Ao abrir a válvula controlável, a água do entorno flui pela unidade técnica para o interior da esfera. Esse movimento aciona a turbina e o gerador, que produzem energia elétrica para ser injetada na rede — caracterizando a fase de descarga do sistema. A recarga ocorre com o bombeamento da água para fora da esfera, contra a pressão do ambiente, utilizando energia da própria rede elétrica.

Resultados

Segundo pesquisadores do Fraunhofer, o potencial global de armazenamento dessa tecnologia chega a 817.000 gigawatts-hora. Em alguns locais da Europa, o potencial ainda alcança 166.000 gigawatts-hora. Para fins de comparação, a capacidade total das usinas hidrelétricas reversíveis em operação em terra na Alemanha é de menos de 40 gigawatts-hora.

As estimativas do Instituto Fraunhofer apontam um custo de armazenamento em torno de 4,6 centavos de euro por quilowatt-hora. Já o investimento necessário é de aproximadamente 1.354 euros por quilowatt de potência instalada e 158 euros por quilowatt-hora de capacidade. A vida útil das esferas de concreto varia entre 50 e 60 anos, enquanto bombas-turbinas e geradores devem ser substituídos a cada 20 anos.

Próximos passos

Após o teste no Lago de Constança, o Departamento de Energia dos Estados Unidos investiu US$ 4 milhões no StEnSea. O Instituto Fraunhofer planeja implantar em 2026 um protótipo em escala real, impresso em 3D, na costa de Long Beach, Califórnia.

Os especialistas agora pretendem testar a aplicação da tecnologia em águas profundas, sob condições offshore, por meio de um novo projeto. O objetivo é investigar e avaliar todas as etapas envolvidas na fabricação, instalação, operação e manutenção em relação ao tamanho previsto da esfera — com 30 metros de diâmetro. A intenção é verificar se, e de que forma, as soluções desenvolvidas neste projeto podem ser aplicadas a uma esfera dessa dimensão.

 “Com o armazenamento esférico StEnSea, desenvolvemos uma tecnologia de baixo custo, especialmente adequada para armazenamento de curto e médio prazo. Com o teste na costa dos Estados Unidos, estamos dando um grande passo rumo à escalabilidade e comercialização desse conceito de armazenamento”, conclui Ernst.

Fonte
Bernhard Ernst, gerente sênior de projetos do Fraunhofer Institute for Energy Economics and Energy System Technology.

Contato
web@iee.fraunhofer.de 

Jornalista responsável:
Marina Pastore – DRT 48378/SP
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