A pouco menos de três quilômetros da costa de Toronto, uma série de seis enormes balões cilíndricos erguem-se do fundo do lago, quase tão altos quanto uma casa de dois andares. Suas paredes contêm ar comprimido com potencial para se tornar eletricidade.
Esses balões fazem parte de um esquema inovador e livre de emissões para armazenar energia renovável da empresa Hydrostor.
Você vê, a energia eólica é maravilhosa e os painéis solares são excelentes, e essas tecnologias se tornam mais eficientes a cada ano. No entanto, um dos maiores desafios para as energias renováveis é alimentar as casas durante os horários de pico, uma vez que os ventos morrem ou após o pôr-do-sol, quando as comunidades muitas vezes se voltam para a queima de diesel.
“O armazenamento é realmente a peça chave para permitir que a nossa rede elétrica seja renovável”, diz o CEO da Hydrostor Curtis VanWalleghem.
A Hydrostor é uma das várias empresas e grupos de pesquisa que estão investigando o Armazenamento Subaquático de Energia Ar Comprimida (UW-CAES), que poderia ser uma resposta de baixo custo e ambientalmente correta para esse problema.
No sistema da Hydrostor, o excesso de energia da energia solar ou do vento carrega um compressor de ar. O ar comprimido é resfriado antes de disparar para um tubo e sair para os enormes balões. Assim como explodir um balão em terra, o ar enche os balões no oceano, mas por causa dos muitos pés de água empurrando para baixo, o ar interior se comprime. Quanto mais fundo os balões, mais ar eles podem segurar. Para liberar a energia, os operadores podem abrir uma válvula em terra e a água sobreposta força o ar para fora, o que gira uma turbina para gerar energia.
“Em última análise, somos uma bateria de ar subaquático muito legal”, diz Cameron Lewis, fundador e presidente da Hydrostor, em um vídeo divulgado sobre o projeto.
As instalações hidrostáticas em terra abrigam um sistema de compressores de ar e turbinas para converter energia em ar comprimido e nas costas. (Hydrostor) CAES não é exatamente novo. A tecnologia existe desde o final do século 19, embora não tenha sido até o final da década de 1970 que a primeira usina de armazenamento de energia tenha sido aberta em Bremen, na Alemanha, com ar comprimido no subsolo trancado em antigas cavernas de sal. Desde então, tem havido vários projetos CAES em todo o mundo, mas o problema sempre se resume a onde você coloca o ar, diz VanWalleghem. Os tanques de aço são extremamente caros e as atuais alternativas de baixo custo - cavernas subterrâneas - nunca são onde você precisa delas, diz ele. Os balões subaquáticos da Hydrostor poderiam pelo menos tornar possível o método de armazenamento de energia em comunidades próximas ao oceano ou lagos profundos.
Sentados a cerca de 60 metros de água, os seis balões de teste da Hydrostor medem 29, 5 pés de altura e 16, 4 pés de largura. Eles são feitos de um nylon revestido de uretano, que é o mesmo material usado para transportar naufrágios do lago e do mar - um tecido que pode resistir a uma grande quantidade de força do ar debaixo d'água.
A Hydrostor não é a única empresa que está investigando o UW-CAES. A Thin Red Line Aerospace desenvolveu de forma independente um sistema semelhante e, em 2011 e 2012, implantou vários “Energy Bags” na costa das ilhas Orkney, na Escócia, durante três meses. Este teste piloto inicial deu resultados encorajadores, que eles publicaram em um estudo em colaboração com uma equipe da Universidade de Nottingham.
"O desafio é um passo para a escala da rede", diz o fundador e presidente da Thin Red Line, Max de Jong. Ou melhor, descobrir como armazenar ar suficiente para produzir uma quantidade significativa de energia.
Os balões do Hydrostor contêm uma quantidade razoavelmente pequena de energia. A empresa não divulgará a capacidade total do sistema, mas os geradores estão limitados a aproximadamente um megawatt. Embora a Hydrostor planeje ampliar o sistema, eles precisam de mais alguns balões para carregar uma comunidade.
Para dar uma pequena perspectiva, o London Array, um parque eólico offshore de 175 turbinas, produz cerca de 4, 2% da energia elétrica da Grande Londres, segundo De Jong. Para produzir energia suficiente para compensar um dia de pausa na produção, você precisaria de cerca de 27.500 dos balões menores usados nos testes iniciais do sistema da Thin Red Line Aerospace, explica ele. Isso equivale a pouco mais de 7.700 das bolsas da Hydrostor.
"Você pode imaginar o encanamento, o encanamento ... e depois o impacto ambiental?" De Jong se maravilha. "Isso é insanidade."
De acordo com VanWalleghem, as peças para UW-CAES da Hydrostor são todas peças padrão transportadas por fornecedores industriais, incluindo a General Electric. "Não há tecnologia ou ciência por trás da construção de sistemas maiores", diz ele. "Somos apenas nós que compramos um motor ou compressor maior".
De Jong, no entanto, argumenta que a construção de sistemas subaquáticos maiores não é tão simples. “Sabemos que as turbinas a gás estão disponíveis. Sabemos que a tubulação está disponível ", diz ele." A parte desconhecida é a contenção submarina e o quão fundo você tem que despejá-la para obter qualquer armazenamento significativo de energia. "
Maxim de Jong, Engenheiro Chefe e CEO da Thin Red Line Aerospace, inspeciona uma “Bolsa de Energia” da UW-CAES durante a inflação inicial do teste (Keith Thomson / Thin Red Line Aerospace) Para maximizar a quantidade de energia que um sistema subaquático pode armazenar e bombear para a rede, os engenheiros terão que ver o tamanho que podem fazer dos balões e dos reatores submarinos, bem como a profundidade em que podem instalá-los.
"Não há razão para que não funcione, mas há muitas razões para que isso não seja econômico", diz Imre Gyuk, gerente do programa de armazenamento de energia do Departamento de Energia dos EUA. "A questão da eficiência está sempre presente."
À medida que a profundidade da água aumenta, há muito mais água empurrando os balões para baixo, permitindo muito mais compressão do ar.
"Você precisa de algo imensamente forte. É quase insondável o quanto essa coisa tem que ser forte", diz de Jong. Com base no material usado para habitats espaciais, a Thin Red Line desenvolveu e patenteou uma “arquitetura de tecido inflável escalável” que pode carregar 211, 888 pés cúbicos de ar comprimido embaixo d'água - quase 60 vezes mais do que os cerca de 3.700 pés cúbicos em cada um dos Hydrostor's. Balões
A outra parte para esta solução de eficiência está indo mais a fundo, explica de Jong. Sua empresa vem investigando a ideia de combinar UW-CAES com moinhos de vento flutuantes no oceano profundo. Esta solução detém o duplo impacto do enorme potencial de armazenamento das grandes profundidades da água e os benefícios das turbinas eólicas estarem fora do caminho de muitas aves marinhas e da linha de visão das pessoas em terra. O armazenamento profundo também mantém os balões afastados de ambientes sensíveis próximos à costa.
Ainda há muitos testes a serem feitos para que o UW-CAES de larga escala se torne uma realidade. Por um lado, os impactos ambientais ainda são em grande parte desconhecidos. "O barulho pode ser uma coisa enorme", diz Eric Schultz, biólogo marinho da Universidade de Connecticut. "Imagine que você está forçando um monte de gás através do que imagino ser um cano bastante estreito." O assobio de enormes volumes de ar que fluíam através dos canos, particularmente as freqüências mais altas, poderia perturbar o comportamento dos moradores dos oceanos. No entanto, o impacto real desses balões nas populações de peixes ainda não foi verificado.
VanWalleghem argumenta que o sistema de balão subaquático poderia realmente promover a biota marinha, talvez agindo como um recife artificial. As âncoras dos balões são cobertas em parte por pedras que são tamanhos e tipos que poderiam apoiar a desova de peixes locais.
Dito isto, como acontece com todos os navios marinhos, a biota curiosa também poderia ser um problema. "Há sempre o tubarão cortador de biscoitos", diz Gyuk. Este tubarão do tamanho de um gato se prende a superfícies, cortando buracos ovais suaves.
Com o novo programa piloto se agitando, a Hydrostor aguarda ansiosamente os dados para ajudá-los a avaliar o sistema. A empresa já tem planos para construir um sistema maior em Aruba. Por enquanto, essas pequenas comunidades insulares, com necessidades energéticas relativamente baixas e águas profundas perto da costa, são provavelmente os melhores alvos para a tecnologia.
