Hidrobombeamento como armazenamento
Usinas Hidrelétricas Reversíveis (UHR) constituem uma tecnologia que permite oferta de potência com a flexibilidade necessária para o atendimento à variação da carga no curto prazo, além de oferecer benefícios sistêmicos relacionados à economia, segurança e qualidade no fornecimento de energia elétrica (serviços ancilares), a sua participação na cesta de ofertas da matriz elétrica brasileira poderá constituir, num futuro próximo, uma opção para garantir uma expansão do sistema elétrico de forma econômica e sustentável. 

Fig 1: Esquema de uma usina reversível
Fig. 2: Operação de uma usina reversível*

* No instante 1, a água é bombeada do reservatório inferior para o superior. 
  No instante 2, a água é enviada de volta ao reservatório inferior e a carga na ponta é suprida

Usinas reversíveis  são os Sistemas de Armazenamento mais antigos e maiores em sistemas de energia. As unidades de armazenamento hidráulico bombeado geralmente têm dois reservatórios, um em alta superior e outro inferior. Nos horários de pico, a água armazenada na no reservatório superior  é liberada, e sua energia potencial correspondente  é convertida em energia cinética usando turbinas. As turbinas acopladas geradores síncronos e elétricos convertem a energia mecânica em eletricidade.

Fora do horário de pico, as bombas são ativadas e a água reservada é transferida do reservatório inferior para o superior. Consequentemente, evita-e que o sistema fique com estados de sobrefrequência. Além disso, uma vez "valley-filling" e "peak shave" são executados em um período operacional de 24 horas, as reversíveis ajudam o perfil de consumo a ser mais estável. O desempenho de uma reversível típica é representado durante um período operacional diário. Vale ressaltar que a classificação típica da capacidade de uma UHR é 1.000 MW com eficiência de 75% a 82%. A diferença de altura entre o reservatório superior e inferior deve ter pelo menos 300 m de maneira a que a construção de um empreendimento sejaé justificada. Já sua vida útil  é 80 anos.

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 Classificação das Reversíveis
Centrais Puras de Acumulação: Neste caso, o volume de água ascendente nas horas de bombeamento ou de turbinagem, é praticamente o mesmo, a menos das perdas hidráulicas e por evaporação. Centrais Mistas de Acumulação: Já para este caso, o reservatório a montante recebe água por meios naturais, como, por exemplo, de centrais construídas ao longo do curso de um rio. Assim, a energia desenvolvida pelas turbinas é maior do que a acumulada pelas bombas, ou porque a água a montante da usina não vem somente por bombeamento ou porque o desnível das turbinas é maior do que o das bombas.

As usinas reversíveis podem atuar como "baterias" na forma de armazenamento de água em reservatórios superiores, quando a geração de outras renováveis são economicamente mais vantajosas, conforme apresentado na Figura a seguir:
Não foi fornecido texto alternativo para esta imagem 

                                     Fig. 3: Reversível atuando como bateria 
Capacidade instalada mundial

 A maior UHR atualmente existente encontra-se nos Estados Unidos, usina de Bath Country, com 3.003 MW, porém, até 2021 a China completará a implantação do Projeto Fengning com  3.600 MW. A figura a seguir mostra alguns dados sobre os países com maior armazenamento de energia , bem como dados gerais da maior UHR do mundo, em fase final de implantação.
Fig. 3 - Dez países com maior capacidade instalada de UHR

                                             Fig. 4 - Distribuição mundial das UHR's (276 GW)


Fig. 5 - Distribuição mundial das UHR's em operação (166 GW)                       

Fig. 6 - Distribuição mundial das UHR's em desenvolvimento (109 GW)
           

Reversíveis no Brasil





 Características dos Sistemas de Armazenamento de Usinas Reversíveis

  • Power capacity: De acordo com o banco de dados do SANDIA, consultado em 14/09/2019, existem aproximadamente 300 UHR's em operação, totalizando 166 GW, 20 entre anunciadas, em construção e contratada, totalizando 109 GW. Já entre descomissionadas e em reparo, estão 5 empreendimentos, totalizando 276 MW.
  • Energy storage capacity: Estima-se 9,000 GWh de energia armazenada (IHA, 2019)
  • Efficiency: 75% a 85%
  • Response time: Como reserva girante, reversíveis podem ir de 50% da carga até a carga total em aproximadamente 15 segundos. Já como reserva não girante, estima-se como tempo de resposta em aproximadamente 2 minutos.
  • Discharge duration: Pode-se estimar considerando a energia armazenada pela potência. Ex: Mundo -> 9.000 GWh/166 GW = 54 dias. UHR: Gold 8,48 GWh/1060 MW = 8 dias
  • Specific power/Energy density: 0.5–1.5Wh/kg
  • ESS lifetime: 40-60 anos



Referências


[1] Estudos de Inventário de usinas hidrelétrica reversíveis (UHR) EPE 2019
Disponível em http://www.epe.gov.br/pt/publicacoes-dados-abertos/publicacoes/nt-006-2019-estudos-de-inventario-de-usinas-hidreletricas-reversiveis
Acessado em 02/09/2019

 [2] LINSLEY, R. K.; FRANZINI, J. B. Engenharia de Recursos Hídricos. Tradução e                           adaptação: Luiz Américo Pastorino. São Paulo: Ed. USP, 1978 apud [3]

 [3] Princípios básicos das Usinas Hidrelétricas Reversíveis (UHR’s) 
 Acessado em 02/09/2019

[4] As Usinas Hidrelétricas Reversíveis Pelo Mundo e Outras Considerações.
Disponível em:
http://bit.ly/2lWiNAP           
Acessado em 02/09/2019

 [5] DOE Global Energy Database 
Disponível em: https://www.energystorageexchange.org/
Acessado em: 11/09/2019
[6] Energy Storage at Different Voltage Levels: Technology, integration, and market aspects                Rezaei, N, et. all Chapter 1 Overview of energy storage technologies

[7]Pumped Hydro Energy Storage - EERA Joint Program SP4 - Mechanical Storage, European Energy Research Alliance, Nov 2016

 [8] International Hydropower Association. 

Acessado em: 18/09/2019



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