Baterias térmicas podem reduzir pela metade os custos de energia de aquecimento industrial nos EUA

Os sectores da energia e dos transportes tendem a dominar as manchetes quando se trata de reduzir a poluição por gases com efeito de estufa (GEE), mas precisamos de enfrentar uma grande e crescente fonte de emissões para atingir os nossos objectivos climáticos: a indústria.

As instalações industriais dos EUA são directamente responsáveis ​​por cerca de um quarto das emissões de gases com efeito de estufa do país. Cerca de 84% das emissões industriais relacionadas com a energia provêm da queima de combustíveis fósseis para fornecer calor a processos de fabrico, como fusão de metais, formação de plásticos e condução de reações químicas. A descarbonização do calor industrial é crucial para cumprir os compromissos de redução de emissões dos Estados Unidos.

Felizmente, uma nova tecnologia limpa – baterias térmicas industriais – pode ser a solução para reduzir as emissões industriais de gases com efeito de estufa e reduzir os custos de energia industrial. Estas baterias poderiam reduzir o custo da eletricidade para aquecimento industrial entre 50% e 63%, alterando fundamentalmente a tomada de decisões das empresas em torno da eletrificação dos equipamentos de aquecimento de processos, ao mesmo tempo que satisfazem até 90% das necessidades de calor dos processos industriais.

Uma bateria térmica converte eletricidade em calor, armazena o calor por horas ou dias e pode fornecer calor de saída em temperaturas de até 1.500-1.700 °C quando o calor é necessário para o usuário industrial com 95% de eficiência de ida e volta. A ilustração abaixo mostra como uma bateria térmica é carregada com um aquecedor de resistência elétrica e, em seguida, libera calor por meio de gás quente ou luz visível e infravermelha.

Diagrama de bateria térmica

Uma nova pesquisa da Energy Innovation modela os custos, economias e desempenho de baterias térmicas. A investigação ilustra que estas baterias podem fornecer calor fiável a um custo de 35 a 62 dólares por megawatt-hora (MWh) de produção térmica, reduzindo os custos de produção de calor a partir de electricidade para um nível que é competitivo com a continuação do funcionamento dos equipamentos de gás natural existentes.

As bombas de calor industriais têm um impacto semelhante na relação custo-eficácia, mas as baterias térmicas funcionam numa gama de temperaturas muito mais ampla do que as bombas de calor, expandindo drasticamente os tipos de processos de aquecimento que podem ser eletrificados de forma rentável.

Para ajudar a acelerar a implantação de baterias térmicas, o governo deve usar programas de financiamento (como o Crédito de Projeto de Energia Avançada e o Programa de Implantação de Instalações Industriais Avançadas), e o IRS deve emitir orientações confirmando que as baterias térmicas são elegíveis para o Programa de Produção de Manufatura Avançada 45X. Crédito.

Em 2022, as indústrias dos EUA utilizaram cerca de 12.600 petajoules de combustíveis combustíveis (excluindo matérias-primas), quase todos para fornecer calor a temperaturas inferiores a 1.000 °C para aplicações como a produção de vapor ou equipamentos de aquecimento, como fornalhas ou fornos. As baterias térmicas são adequadas para fornecer esse calor. Embora alguns processos representem desafios para as baterias térmicas (como a produção de aço primário) ou exijam extrema precisão (como a soldagem oxi-acetileno), estes representam menos de 5% do uso de energia industrial nos EUA. Portanto, as baterias térmicas industriais têm um vasto mercado endereçável e potencial de redução de gases de efeito estufa.

Consumo de energia industrial nos EUA por faixa de temperatura 2022

Existem duas abordagens para operar baterias térmicas. As baterias de geração seguinte permitem que as instalações industriais façam melhor uso da geração eólica e solar fora da rede. As baterias térmicas que procuram preços permitem que as instalações ligadas à rede comprem a sua electricidade nas horas em que é mais barata. Híbridos dessas abordagens também são possíveis.

As indústrias que compram electricidade da rede devem pagar a taxa retalhista, que cobre não só o custo de geração de electricidade, mas também os custos associados de transmissão, distribuição e despesas gerais de electricidade. Uma instalação pode comprar eletricidade mais barata trabalhando diretamente com um projeto solar ou eólico, utilizando baterias térmicas para compensar a variabilidade solar e eólica, disponibilizando de forma confiável calor de baixo custo para uso industrial.

Essa confiabilidade é uma função das horas de armazenamento de calor da bateria e da taxa de redução de eletricidade, ou da disposição de ter geração excessiva de eletricidade nas horas mais ensolaradas e com mais vento, para que haja energia suficiente durante longos períodos de menor geração. Os componentes do custo do calor fornecido por uma bateria térmica são mostrados abaixo para um local na Califórnia que depende exclusivamente de energia solar e um local no Texas que depende de uma mistura de energia eólica e solar. Os custos são mais elevados no local que depende inteiramente da energia solar porque é necessária uma bateria térmica maior (e mais redução) para fornecer calor de forma confiável em comparação com o local servido por uma mistura de energia eólica e solar.