Notícia

Ecossistema de pesquisa permite estudar e otimizar sistemas de energia do futuro

Fonte

ETHZ | Instituto Federal de Tecnologia de Zurique

Data

quarta-feira, 16 dezembro 2020 10:50

Áreas

Energia. Engenharia Ambiental. Sustentabilidade.

Os atuais sistemas de energia são baseado em combustíveis fósseis – gás e petróleo – e também em usinas nucleares, termoelétricas e hidrelétricas. A eletricidade gerada por essas usinas chega aos consumidores por meio da rede de transmissão e distribuição. Mas é provável que esse sistema mude fundamentalmente nas próximas décadas. Existe a tendência, muitas vezes amparada em leis e regulações, que os edifícios, a indústria e a mobilidade se tornem cada vez mais eficientes em termos energéticos e que as emissões líquidas de CO2 caiam a zero. Tudo isso poderia aumentar ainda mais a demanda por eletricidade, por exemplo, através do aumento do uso de veículos elétricos ou bombas de calor.

A energia solar fotovoltaica e a energia eólica são fontes de energia voláteis porque produzem diferentes quantidades de energia sazonalmente e dependem do clima. Para equilibrar a produção e a demanda, são necessárias tecnologias que possam converter essas energias em diferentes formas, armazená-las com eficiência e, em seguida, disponibilizá-las novamente na forma necessária. Isso permitiria que o excedente de energia solar no verão atendesse ao aumento da demanda no inverno. As tecnologias flexíveis de conversão e armazenamento, juntamente com soluções digitais, abririam o caminho para o que é conhecido como acoplamento de setor. Por exemplo, o hidrogênio poderia ser produzido com eletricidade barata de sistemas fotovoltaicos e usado para reabastecer caminhões. A rede elétrica do futuro será mais descentralizada, flexível e conectada.

Um ecossistema para pesquisa de energia

O mesmo deve se aplicar à pesquisa em que essa rede poderá ser construída. “Qualquer pessoa que pesquise uma única tecnologia isoladamente pode tirar conclusões limitadas”, disse o Dr. John Lygeros, professor do Laboratório de Controle Automático do Instituto Federal de Tecnologia de Zurique (ETHZ), na Suíça. “É necessário que haja um ecossistema conectado no estágio de pesquisa para testar todos os tipos de tecnologias em interação umas com as outras.” O Dr. Lygeros está liderando um dos dez projetos de pesquisa dentro da ReMaP (Plataforma de Gerenciamento Renovável e Controle em Tempo Real), que é parcialmente financiada pelo Escritório Federal Suíço de Energia e foi apresentada ao público em junho de 2019 pelo ETHZ, pelos Laboratórios Federais Suíços de Ciência e Tecnologia de Materiais (Empa) e pelo Instituto Paul Scherrer (PSI).

Essas instituições possuem uma ampla gama de infraestrutura de pesquisa, que o projeto ReMaP busca conectar e expandir. Atualmente, esta infraestrutura compreende a plataforma ESI da PSI e a plataforma ehub do Empa. Enquanto a ESI oferece, entre outras coisas, várias tecnologias para converter eletricidade em gases, a plataforma ehub oferece a oportunidade de estudar fluxos de energia nos setores residencial, de trabalho e de mobilidade. A plataforma usa dois demonstradores: NEST, uma vibrante ‘vizinhança vertical’ para construção sustentável; e o ‘move’, um posto de abastecimento de combustíveis a partir de energia renovável.

No núcleo do ReMaP estão a estrutura de controle e a estrutura de simulação. Isso permite que os usuários projetem experimentos que estabeleçam conexões em tempo real entre qualquer número de dispositivos físicos em diferentes locais, bem como modelos digitais de dispositivos, e investiguem suas interações. Os dados dos experimentos são armazenados em um banco de dados central. Dois parceiros industriais também estão envolvidos no desenvolvimento do software necessário: as soluções de rede inteligente da empresa e uma spin-off do ETHZ, a Adaptricity. O Dr. Andreas Haselbacher, professor do Departamento de Engenharia Mecânica e de Processos do ETHZ e líder do projeto ReMaP, afirmou: “No momento, não há plataforma de pesquisa comparável em qualquer lugar do mundo que nos permita entender o hardware e o software para um gama de sistemas de energia no nível da vizinhança ”.

Flexibilidade como objetivo principal

Por exemplo, o Dr. Lygeros e sua aluna de doutorado Marta Fochesato, ambos do ETHZ, podem usar tanto um eletrolisador no PSI quanto um posto de abastecimento de hidrogênio no Empa. No eletrolisador, a eletricidade divide a água em hidrogênio e oxigênio. Os dois cientistas querem otimizar o armazenamento de energia na forma de hidrogênio. Entre outras coisas, eles estão investigando como atender a uma determinada demanda de hidrogênio da maneira mais econômica possível.

Com base na eficiência do eletrolisador, na dinâmica térmica e no comportamento de controle, eles desenvolveram um controlador digital ideal: um algoritmo que decide minuto a minuto com base no preço atual da eletricidade em qual saída ele deve executar o eletrolisador. Sempre que a eletricidade é cara, o hidrogênio é produzido apenas se houver uma necessidade aguda – por exemplo, quando um carro precisa ser abastecido com hidrogênio. Quando a eletricidade é barata, a unidade produz hidrogênio para uso posterior. Isso mantém os custos gerais de eletricidade mais baixos do que se o eletrolisador entrasse em ação apenas para atender à demanda em um determinado momento. O fator decisivo no experimento é tornar a conversão flexível e o armazenamento de energia o mais eficiente possível – o que ajudaria muito a superar o problema ainda não resolvido de como armazenar energia solar ou eólica ao longo das estações de forma econômica. “Integrar a infraestrutura de diferentes instituições no mesmo experimento é um desafio. A ReMaP é única em sua capacidade de permitir a colaboração na escala que vemos aqui entre ETHZ, Empa e PSI ”, concluiu o Dr. Lygeros.

Acesse a notícia completa na página do ETHZ (em inglês).

Fonte: Leo Herrmann, ETHZ. Imagem: Pixabay.