Em Espanha, a energia hidroelétrica é uma das formas mais utilizadas de produção de energia renovável, representando entre 8% a 16% da geração anual de eletricidade do país. No entanto, alcançar uma maior eficiência na geração de energia hidroelétrica, reduzindo simultaneamente os custos do processo, continua a ser um objetivo fundamental da investigação atual neste tipo de produção de energia.

Um estudo que envolveu investigadores da Universidade Politécnica de Madrid (UPM) demonstra que a utilização combinada de sistemas de armazenamento de energia ligados à rede — através de conversores eletrónicos de frequência (baterias, volantes de inércia e supercondensadores) — e de centrais hidroelétricas de bombagem pode melhorar a eficiência destas últimas, além de reduzir o desgaste dos equipamentos e, consequentemente, os custos do processo.

O objetivo inicial deste trabalho, que contou também com a participação do Centro de Investigação Energética, Ambiental e Tecnológica (CIEMAT) e da empresa Schwungrad Energie Ltd., foi o de explorar as vantagens da operação coordenada de volantes de inércia (tecnologia capaz de armazenar uma grande quantidade de energia para posterior utilização) e de centrais hidroelétricas de bombagem. Neste último caso, quando a procura de energia diminui, gerando um excedente na rede, a água do reservatório inferior é bombeada para o reservatório superior (operação de bombagem) para aproveitar essa energia excedente.

“Por um lado, os volantes de inércia possuem excelentes capacidades de controlo de potência ativa e reativa e elevada densidade de potência; o seu dimensionamento é flexível em termos de potência e energia, e suportam um grande número de ciclos de carga e descarga. Por outro lado, as centrais de bombagem têm uma capacidade de armazenamento de energia elétrica que atualmente supera a de qualquer outra tecnologia de armazenamento e oferecem uma excelente fiabilidade”, explica Juan Ignacio Pérez Díaz, investigador do grupo de Hidroinformática e Gestão de Recursos Hídricos da Escola de Engenharia Civil, Canais e Portos da UPM (Universidade Politécnica de Madrid).

Uma integração possível e vantajosa.
Como resultado do seu trabalho, os investigadores descobriram que a utilização combinada de ambas as tecnologias não só aumenta a eficiência do processo, como também reduz o desgaste dos equipamentos e melhora a qualidade da frequência do sistema elétrico.

“Os resultados obtidos até à data indicam que, através de estratégias de controlo adequadas e de algoritmos de programação de geração, a operação coordenada de sistemas de armazenamento rápido (ligados à rede através de conversores eletrónicos de potência), geração hidroelétrica e armazenamento por bombagem pode contribuir para o aumento da receita das centrais hidroelétricas e de armazenamento por bombagem nos mercados de energia e serviços de balanceamento”, afirma Pérez Díaz. “Além disso, aumenta a integração de fontes de energia renováveis ​​não despacháveis ​​(eólica, solar fotovoltaica e hidroelétrica a fio de água) e, assim, facilita a transição para um sistema elétrico 100% renovável.”

Para os investigadores, a importância deste trabalho reside também nas oportunidades que oferece para promover a colaboração interdisciplinar na criação de emprego, sem mencionar o seu potencial para impulsionar o desenvolvimento das energias renováveis ​​e a proteção ambiental.

“Em dezembro de 2018, a capacidade instalada das centrais hidroelétricas e de armazenamento por bombagem em todo o mundo era de 1.292 GW e 160 GW, respetivamente, sendo que o armazenamento por bombagem representava 99% da capacidade de armazenamento de energia elétrica ligada à rede em 2016”, explica o investigador da UPM. “Considerando que a concretização desta ideia de investigação exigiria a colaboração de empresas de engenharia, fabricantes de sistemas de armazenamento de energia elétrica, equipamentos de eletrónica de potência e sistemas de instrumentação e controlo, o impacto social em termos de emprego que a operação coordenada de uma pequena percentagem da capacidade instalada de centrais hidroelétricas e de bombagem com sistemas de armazenamento rápido teria seria extraordinário. Além disso, teria um impacto positivo no setor das energias renováveis, promovendo a sua penetração e, por conseguinte, no ambiente”, conclui Juan Ignacio Pérez

. Pérez-Díaz, M. Lafoz, F. Burke, “Integration of fast acting energy storage systems in existing pumped-storage power plants to enhance the system’s frequency control”, Wiley Interdisciplinary Energy Reviews, 2019; e367. https://doi.org/10.1002/wene.367