Baterias são uma tecnologia de armazenamento de energia escalonável

Nós da Anderson Optimization estamos dando continuidade a nossa série de parceria com a ASES, na qual examinamos as implicações de uma rede elétrica baseada predominantemente em energia renovável. Em nosso último artigo, “Superando os Desafios Renováveis”, na edição de verão de 2018 da Solar Today, descrevemos as dificuldades relacionadas à integração de massa renovável. Neste artigo, discutimos a crescente importância do armazenamento de energia e das baterias e como essas tecnologias podem resolver algumas dessas preocupações.

fundo
A natureza não despachável da energia renovável dificulta a adoção generalizada devido a questões econômicas e de volatilidade causadas pelo congestionamento e pela dependência de recursos flutuantes. No passado, essas dificuldades tornaram a obtenção de uma grade 100% renovável muito desafiadora. No entanto, o armazenamento de energia e a tecnologia de baterias estão melhorando e aumentando a viabilidade da integração renovável em massa.

As baterias fornecem uma oportunidade significativa para o setor de energia renovável. Outras formas de armazenamento de energia, como a hidroelétrica bombeada e a térmica, já são bastante prevalentes para utilidades como o balanceamento de carga. No entanto, essas tecnologias são difíceis de escalar.

Instalações de armazenamento bombeado e térmicas geralmente consistem em sistemas industriais maciços que são aproximadamente do tamanho de uma usina tradicional. Eles também exigem, por exemplo, reservatórios de água em grande escala, que não são viáveis ​​para uma grade mais distribuída do futuro. Em contraste, as baterias são uma tecnologia de armazenamento razoavelmente escalável porque são comparativamente pequenas e fáceis de fabricar.

A utilização em massa dessas tecnologias apresenta uma importante oportunidade para a operação da rede. À medida que o armazenamento e as baterias chegam à escala, não é mais necessário usar a eletricidade assim que é produzida. A geração e a carga de energia sempre mantiveram um equilíbrio quase constante. As energias renováveis ​​nunca foram consideradas viáveis ​​como a base dos sistemas de energia porque são incapazes de fornecer uma fonte de energia constante.

Baterias Reduzem Desafios da Integração Renovável
Os sistemas tradicionais de energia lidam com flutuações de carga usando plantas de pico e seus recursos de despacho. O armazenamento fornece recursos renováveis ​​com essa funcionalidade, o que reduz os problemas de congestionamento e flutuação de recursos. As baterias podem fornecer isso para renováveis ​​distribuídas e residenciais, que os sistemas tradicionais de armazenamento não podem devido ao seu tamanho.

As baterias permitem que as instalações de geração renovável armazenem energia quando um recurso estiver disponível e o forneçam à rede posteriormente. Isso reduz o congestionamento porque os operadores são capazes de armazenar energia quando as linhas estão com capacidade e distribuí-la quando a oferta e o congestionamento associado diminuem.

No passado, a energia fluiria imediatamente para a rede, causando congestionamento em áreas com abundância de geração renovável. Sem uma maneira de gerenciar esse estouro, simplesmente não foi possível desenvolver uma grade 100% renovável. Mesmo hoje, há um longo caminho a percorrer antes que uma rede totalmente renovável seja uma solução ótima, mas estamos começando a ver as tecnologias que, pelo menos, tornarão viável tal grade. As baterias fornecem flexibilidade aos locais renováveis ​​para despachar energia para a rede e permitir que os operadores controlem os problemas de congestionamento.

Baterias reduzem a volatilidade renovável
Obviamente, as renováveis ​​dependem de condições climáticas adequadas para gerar energia. Em outras palavras, as fazendas solares não geram eletricidade à noite e os parques eólicos são eficazes apenas em dias de vento. A dependência de padrões climáticos em constante mudança cria volatilidade na rede quando comparada a fontes de energia não renováveis. Baterias fornecem uma solução para esse problema. Eles permitem que as energias renováveis ​​gerem energia quando as condições climáticas são favoráveis ​​e as despacham automaticamente à medida que a disponibilidade de recursos flutua.

Isso permite que as fontes renováveis ​​forneçam fluxos de energia mais estáveis ​​para a rede, já que o clima muda em intervalos de tempo sub-horários devido a nuvens ou outras mudanças climáticas. Ele também permite a mudança de tempo de produção e uso para lidar com as flutuações recorrentes no fornecimento e na carga para cenários como a “curva de pato”.

Em última análise, a tecnologia de baterias resolve dois dos principais problemas que as redes elétricas totalmente renováveis ​​enfrentam. As baterias reduzem o congestionamento e a volatilidade de mudanças nos padrões climáticos ao fornecer recursos renováveis ​​às capacidades de despacho. Isso aumenta significativamente a estabilidade das energias renováveis ​​e, por sua vez, possibilita uma rede 100% renovável.

As baterias reduzem o congestionamento e a volatilidade de mudanças nos padrões climáticos ao fornecer recursos renováveis ​​às capacidades de despacho. © Associação Americana de Energia Pública
Baterias e armazenamento ainda não são perfeitas
É fácil ler essa visão geral e pensar que as concessionárias podem simplesmente construir inúmeras baterias e imediatamente passar para uma rede 100% renovável. Embora as tecnologias de bateria e armazenamento sejam promissoras, ainda há obstáculos significativos que a indústria deve considerar para a integração em massa ser viável.

Custo: as baterias ainda são caras. Há muitos casos em que são financeiramente viáveis, mas nem sempre é esse o caso.
Fornecimento: a fabricação de baterias está melhorando, mas ainda não há capacidade suficiente para suportar a adoção em massa da rede.
Planejamento e modelagem: Como o armazenamento de energia e as baterias ainda são relativamente novas, os desenvolvedores ainda estão determinando as práticas recomendadas para otimizar o tamanho, o posicionamento e o impacto da grade.
Agendamentos de Despacho: Além de modelar baterias, ainda é difícil determinar a operação ideal da bateria e as estratégias de despacho.
Seguindo em frente
À medida que a geração renovável atinge um estado bastante maduro, o armazenamento e as baterias estão experimentando um crescimento rápido, dada sua capacidade de resolver alguns dos inconvenientes associados. Apesar disso, a armazenagem térmica e hídrica em larga escala é difícil de escalar, e as baterias ainda não são totalmente viáveis ​​em escala. Em nosso próximo artigo, examinaremos mais detalhadamente esses desafios e discutiremos como a indústria está lidando com eles para continuar o crescimento de uma rede renovável.

O futuro é brilhante

Tive a sorte de visitar a Array Technologies e aprender sobre sistemas de rastreamento, carregamento de vento e design bifacial. Junto com um punhado de outros excursionistas, passei alguns dias em Albuquerque, Novo México, aprendendo sobre Array, seus valores, tecnologia e inovação em todas as coisas solares. A Array é uma empresa que produz rastreadores solares de grande escala e é conhecida por ser líder em inovação de tecnologia solar, que eu pude ver em primeira mão!

Começamos a turnê com Ron Corio, que fundou a Array Technologies e foi pioneiro na tecnologia de rastreamento solar em Albuquerque em 1989. Desde então ele passou a liderança da empresa para o novo CEO Jim Fusaro, para que ele possa se concentrar em mais pesquisa, desenvolvimento e e inovação dentro da empresa.

Grupo de passeio andando por campos solares. © Cortesia de Array Technologies
Depois do meet and greet, a turnê foi para as instalações da Array, onde vimos como os rastreadores são construídos. A atenção da Array aos detalhes em tudo, desde os parafusos até a fácil montagem para o usuário final, é polida e bem mantida. Corio e sua equipe de engenheiros da Array melhoraram o sistema de rastreamento de seu design original. Por exemplo, eles agora usam um tubo de torque octogonal em vez de esférico para melhorar a integridade estrutural; Ele também oferece um visual elegante. Array fez outras melhorias para aumentar a eficiência, minimizar a manutenção e eliminar as lacunas para usar menos terra.

Em seguida, observamos uma resposta dinâmica ao carregamento de vento (ventos fortes). Os rastreadores da Array são tão sensíveis às mudanças no clima que as matrizes solares montadas nos rastreadores se moverão para uma posição menos vulnerável durante ventos fortes para minimizar danos estruturais ao sistema. Array consegue isso através do design do sistema; não requer os motores dos rastreadores – crucial se a energia se apagar como resultado de uma tempestade. Sendo um pouco de um novato de tecnologia solar, aprendendo isso só me surpreendeu! Uma de suas matrizes possui 90 módulos solares por fileira, e eles são mantidos juntos por um parafuso por módulo, tornando o sistema extremamente fácil de montar e manter.

O grupo de mídia da Array Technologies percorre uma instalação exibindo os painéis da Array, e Carly Cipolla, diretor de serviços de afiliação da ASES, é o quinto da esquerda. © Carly Cipolla
Estou ansioso por outras oportunidades para ver e tocar outras aplicações e tecnologias solares “de perto e pessoal”! Trabalhar para o ASES tem seus benefícios!

Artigos energéticos e ambientais, cursos escolares e reuniões públicas concentram-se rotineiramente na energia fotovoltaica e na energia eólica como energia renovável para poupar dinheiro, fornecer resiliência e reduzir os gases de efeito estufa. Mas isso é como dizer que as asas de um avião são a única parte importante do vôo. Não tão.Nos últimos dezoito anos, minha empresa trabalhou com clientes em todo o mundo para otimizar todo o portfólio de eficiência energética, armazenamento de energia e energia renovável. E nos últimos oito anos, meu ensino na Universidade George Washington concentra-se no mesmo.Então, pensei em abordar as incríveis contribuições para o progresso das energias renováveis ​​a partir dos edifícios, para garantir que todos estejam cientes de seu sucesso e importância em nosso mundo.“Em 2015, os americanos usaram 3945 trilhões de unidades térmicas britânicas (BTUs) aquecendo suas casas e mais 731 trilhões de ar-condicionado para resfriá-los. Grande parte dessa demanda de aquecimento foi atendida pelos altos combustíveis de carbono extraídos do solo. Isso precisa mudar - não apenas nas residências, mas também nas instalações comerciais. E vai. As perguntas são como e quando. As respostas dependerão de quais tecnologias são usadas para chegar lá. ”Kevin Stickney, da AltEnergyMag, explica o assunto.Iluminação Solar Diurna e Iluminação Energeticamente EficienteA iluminação LED é projetada para alcançar uma participação de mercado de 84% das vendas de lúmen-hora no mercado geral de iluminação até 2030, reduzindo o consumo de energia elétrica em apenas 40%, para uma economia de 3,0 quads (261 terawatts-hora). vale mais de US $ 26 bilhões aos preços atuais da energia. E isso é uma conquista enorme, e os benefícios da luz solar solar também são significativos.Tecnologias avançadas que usam lentes, refletores e concentradores estão surgindo para fornecer luz de alta qualidade durante o dia, que é igual ou melhor que a iluminação elétrica tradicional, seja incandescente, LED ou fluorescente. Essas tecnologias podem "zerar" o uso de eletricidade para iluminação durante os dias ensolarados e nublados - durante as horas do dia, quando a maioria dos edifícios comerciais e industriais está operando.A indústria dos EUA tem mais de 60 empresas dos EUA que oferecem produtos de iluminação de edifícios específicos que transportam luz natural para edifícios. Pelo menos três empresas nacionais contratam agências governamentais federais e estaduais para integrar a tecnologia a fim de atingir metas ambientais e de eficiência energética. Um estudo realizado pelo Heschong Mahone Group, de Sacramento (www.h-m-g.com), constatou que as vendas foram 40% maiores nas lojas com boa luz natural. A produtividade do trabalhador, grande parte da qual pode ser diretamente correlacionada com a luz do dia, pode aumentar em 20% com um bom design ou diminuir em 20% com um design ruim.Aquecimento solar de águaDe acordo com o Departamento de Energia dos EUA, os aquecedores solares geralmente economizam dinheiro ao longo do tempo, dependendo de variáveis ​​como a quantidade de água quente consumida pelo consumidor e o custo dos combustíveis convencionais. Em média, os usuários podem reduzir as contas de aquecimento de água em 50 a 80%. Melhor ainda, a economia faz sentido para um refinanciamento.O mercado global de aquecedores solares de água pode chegar a US $ 4,13 bilhões até 2025, segundo um novo relatório da Grand View Research. O tamanho do mercado dos EUA foi avaliado em US $ 2,05 bilhões em 2016 e prevê-se uma taxa de crescimento anual composta (CAGR) de 8,1% até 2025, de acordo com a Grandview Research e estimativa de custo e eficiência energética de um aquecedor solar de água.A SRCC (Solar Rating and Certification Corporation) é um organismo de certificação terceirizado credenciado pela ISO 17065, com programas para certificação e classificação de desempenho de turbinas eólicas e solares pequenas. Certificações SRCC e classificações são aceitasem toda a América do Norte. Os padrões SRCC são especificados por dezenas de programas de incentivo, regulamentos e leis nos níveis local, estadual e federal e códigos de construção. A SRCC também fornece programas de listagem que auxiliam os profissionais de imposição de código a determinar se os produtos e sistemas solares térmicos estão em conformidade com os códigos e normas aplicáveis. A associação comercial dos EUA para o setor de energia solar e um consórcio nacional de escritórios estaduais de energia e órgãos reguladores colaboraram para fundar o SRCC e em 1980 o SRCC foi incorporado como uma organização sem fins lucrativos cujo objetivo principal era o desenvolvimento e implementação de avaliações nacionais. normas e programas de certificação para equipamentos de energia solar térmica. Em novembro de 2014, a SRCC tornou-se parte da Família de Empresas da ICC, dedicada à construção de estruturas seguras, sustentáveis, acessíveis e resilientes (http://solar-rating.org/about/index.html).Solar, Biomassa, GeoExchange, e Calor de Resíduos e Aquecimento RadianteDe acordo com a Agência Internacional de Energia (AIE), “O calor é responsável por mais de 50% do consumo final de energia e permanece basicamente baseado em combustível fóssil. O crescimento no calor renovável tem sido constante, mas lento, e um aumento de 32% seria necessário entre 2014 e 2025 para atender às metas globais de emissões ”.O uso direto de fontes renováveis ​​de calor (biomassa moderna, solar térmica e geotérmica) aumentou 8%, de 13,2 exajoules (EJ) em 2010 para 14,2 EJ em 2014. Mais de um terço desse aumento foi devido ao consumo de energia renovável. calor na China, principalmente através do rápido crescimento das instalações solares térmicas. Atualmente, a União Européia é a maior consumidora de fontes renováveis ​​de calor, com quase 15% de sua demanda de calor suprida por renováveis.O aquecimento em edifícios residenciais e comerciais oscila em torno de 30% do uso de energia, dependendo do clima e do uso da construção. As caldeiras de biomassa podem substituir as caldeiras a óleo ou a gás para aquecer a água quente e os radiadores (ou sob o piso aquecido). Eles queimam troncos, aparas de madeira, pellets de madeira ou outras formas de biomassa. Eles controlam a quantidade de combustível e ar fornecidos à câmara de combustão. Um ótimo recurso é o Calor de Biomassa: Guia de Projeto de Construção Inteira.Os sistemas de piso radiante assistido por energia solar podem fornecer até 80% da carga de aquecimento de um prédio, mas com mais frequência eles são projetados para compensar 50% a 60% do uso de combustível.O sistema solar térmico desloca parte da carga de aquecimento circulando o fluido do circuito de piso através dos coletores solares. A EPA recomenda bombas térmicas solares, de biomassa e geotérmicas para sistemas radiantes (https://www.epa.gov/rhc/renewable-space-heating). De acordo com o Departamento de Energia dos EUA, o aquecimento radiante tem várias vantagens. É mais eficiente que o aquecimento de rodapée geralmente mais eficiente do que o aquecimento de ar forçado, pois elimina as perdas do duto. Pessoas com alergias geralmente preferem o calor radiante porque não distribuem alérgenos como os sistemas de ar forçado. De acordo com um relatório de 17 de agosto de 2017 da Global Market Insights, Inc., o Mercado de Aquecimento Subaquático Global Hydronic deverá ultrapassar US $ 5 bilhões até 2024. O resfriamento de espaços em edifícios responde de 15% a 20% do uso de energia, dependendo de cujos números você usa e quais são as normas climáticas. As opções renováveis ​​são: resfriamento movido a energia solar, se você está gerando eletricidade normalmente para uma bomba de calor sem duto (como faço em meu prédio) ou uma bomba de calor geotérmica (que faço em minha casa em Arlington, VA) ou um resfriamento solar sistemas que utilizam coletores concentradores ou coletores de tubos evacuados. Neste último caso, a energia solar aquece um fluido que fornece calor ao gerador de um resfriador de absorção e é recirculado de volta para os coletores. O calor fornecido ao gerador gera um ciclo de resfriamento que produz água gelada. A água gelada produzida é usada para grandes resfriamentos comerciais e industriais. Além disso, algumas empresas inovadoras usaram energia de baixo custo para armazenar gelo no local e aproveitar seu final no dia para o resfriamento: essa técnica também é econômica.GeoExchange ou bombas de calor geotérmicas são extremamente eficientes e confiáveis. A Zion Market Research divulgou um novo relatório em 26 de julho de 2018 intitulado “Mercado de bombas de calor geotérmicas por tecnologia (sistemas de circuito aberto e sistemas de circuito fechado), pelo uso final (residencial e comercial): perspectiva da indústria global, análise abrangente e previsão De 2017 a 2024 ”. Segundo o relatório, o mercado global de bombas de calor geotérmicas foi avaliado em US $ 70,61 bilhões em 2017 e deve chegar a US $ 187,72 bilhões em 2024, crescendo a uma taxa CAGR de 13% entre 2018 e 2024.Todo sistema geotérmico de aquecimento e resfriamento possui três principais subsistemas ou partes: uma bomba de calor geotérmica para movimentar o calor entre o prédio e o fluido na conexão à terra, uma conexão à terra para transferir calor entre seu fluido e a terra e um subsistema de distribuição. aquecimento ou arrefecimento com o edifício.O desperdício de calor nos sistemas de construção é uma enorme perda de energia. O aquecimento ambiente é o maior uso final de energia na maioria dos tipos de construção. "O fato surpreendente é que há muito desperdício de calor que não é utilizado", diz Cory Duggin, engenheiro de consultoria e especificação. Os sistemas de co-geração usam calor, vapor ou gases residuais para produzir energia elétrica e térmica. A fermentação produz resfriamento, bem como eletricidade e calor. E, nesses casos, o calor residual do processo de geração de eletricidade pode ser transformado em energia de resfriamento por um resfriador de absorção. A recuperação de calor residual está usando qualquer calor que seria desperdiçado. Existem vários meios nos sistemas construtivos dos quais o calor pode ser recuperado: ar, água, refrigerante. O calor residual também pode ser usado para gerar eletricidade usando motores de combustão externa, como o Ciclo Rankine Orgânico (ORC) ou Kalina, e para calor industrial através de motores Stirling ou Motores de Ciclo Brayton. (https://bit.ly/2QL2Vin) E os motores de calor - Ciclo Rankine Orgânico, Stirling, Kalina e Brayton - são muito subestimados, subutilizados e incompreendidos.A Wiseguy divulgou um relatório de 2018 afirmando que “nos últimos anos, o mercado global de geração de calor para geração de energia aumentou de forma estável, com uma taxa média de crescimento de 6,2%. Em 2016, a receita global de Waste Heat to Power foi de aproximadamente US $ 1,767 bilhão. A classificação do Waste Heat to Power inclui Ciclos de Rankine Orgânicos, Ciclo de Rankine de Vapor e Ciclo de Kalina. A proporção de Ciclos de Rankine Orgânicos em 2016 foi de cerca de 65%, e a proporção está em tendência de flutuação de 2012 a 2016. O calor residual é amplamente utilizado na indústria, incluindo a indústria química, metalurgia, petróleo e gás, galvanoplastia e outros. indústrias pesadas.Iluminação renovável, aquecimento de água, aquecimento e resfriamento de espaços e o uso otimizado de calor residual para aquecimento e geração de eletricidade são absolutamente essenciais para atingir metas de resiliência, estabilizar custos de energia e reduzir emissões reguladas e emissões de gases de efeito estufa. Essas tecnologias têm um custo menor do que as alternativas fósseis convencionais. No entanto, eles precisam de uma maior adesão do governo local para acelerar o desenvolvimento de códigos, padrões e educação, acesso ao PACE, financiamento por conta e outras abordagens de alavancagem oferecidas a PV, energia eólica e outras opções de eficiência energética de alto valor.Ao aconselhar meus alunos e clientes, precisamos otimizar e integrar todo o portfólio de eficiência energética, armazenamento de energia e energia renovável para a saúde de nossa economia, a saúde de nossos filhos e para estabilizar nosso clima. A hora é agora.

Artigos energéticos e ambientais, cursos escolares e reuniões públicas concentram-se rotineiramente na energia fotovoltaica e na energia eólica como energia renovável para poupar dinheiro, fornecer resiliência e reduzir os gases de efeito estufa. Mas isso é como dizer que as asas de um avião são a única parte importante do vôo. Não tão.

Nos últimos dezoito anos, minha empresa trabalhou com clientes em todo o mundo para otimizar todo o portfólio de eficiência energética, armazenamento de energia e energia renovável. E nos últimos oito anos, meu ensino na Universidade George Washington concentra-se no mesmo.

Então, pensei em abordar as incríveis contribuições para o progresso das energias renováveis ​​a partir dos edifícios, para garantir que todos estejam cientes de seu sucesso e importância em nosso mundo.

“Em 2015, os americanos usaram 3945 trilhões de unidades térmicas britânicas (BTUs) aquecendo suas casas e mais 731 trilhões de ar-condicionado para resfriá-los. Grande parte dessa demanda de aquecimento foi atendida pelos altos combustíveis de carbono extraídos do solo. Isso precisa mudar – não apenas nas residências, mas também nas instalações comerciais. E vai. As perguntas são como e quando. As respostas dependerão de quais tecnologias são usadas para chegar lá. ”Kevin Stickney, da AltEnergyMag, explica o assunto.

Iluminação Solar Diurna e Iluminação Energeticamente Eficiente
A iluminação LED é projetada para alcançar uma participação de mercado de 84% das vendas de lúmen-hora no mercado geral de iluminação até 2030, reduzindo o consumo de energia elétrica em apenas 40%, para uma economia de 3,0 quads (261 terawatts-hora). vale mais de US $ 26 bilhões aos preços atuais da energia. E isso é uma conquista enorme, e os benefícios da luz solar solar também são significativos.

Tecnologias avançadas que usam lentes, refletores e concentradores estão surgindo para fornecer luz de alta qualidade durante o dia, que é igual ou melhor que a iluminação elétrica tradicional, seja incandescente, LED ou fluorescente. Essas tecnologias podem “zerar” o uso de eletricidade para iluminação durante os dias ensolarados e nublados – durante as horas do dia, quando a maioria dos edifícios comerciais e industriais está operando.

A indústria dos EUA tem mais de 60 empresas dos EUA que oferecem produtos de iluminação de edifícios específicos que transportam luz natural para edifícios. Pelo menos três empresas nacionais contratam agências governamentais federais e estaduais para integrar a tecnologia a fim de atingir metas ambientais e de eficiência energética. Um estudo realizado pelo Heschong Mahone Group, de Sacramento (www.h-m-g.com), constatou que as vendas foram 40% maiores nas lojas com boa luz natural. A produtividade do trabalhador, grande parte da qual pode ser diretamente correlacionada com a luz do dia, pode aumentar em 20% com um bom design ou diminuir em 20% com um design ruim.

Aquecimento solar de água
De acordo com o Departamento de Energia dos EUA, os aquecedores solares geralmente economizam dinheiro ao longo do tempo, dependendo de variáveis ​​como a quantidade de água quente consumida pelo consumidor e o custo dos combustíveis convencionais. Em média, os usuários podem reduzir as contas de aquecimento de água em 50 a 80%. Melhor ainda, a economia faz sentido para um refinanciamento.

O mercado global de aquecedores solares de água pode chegar a US $ 4,13 bilhões até 2025, segundo um novo relatório da Grand View Research. O tamanho do mercado dos EUA foi avaliado em US $ 2,05 bilhões em 2016 e prevê-se uma taxa de crescimento anual composta (CAGR) de 8,1% até 2025, de acordo com a Grandview Research e estimativa de custo e eficiência energética de um aquecedor solar de água.

A SRCC (Solar Rating and Certification Corporation) é um organismo de certificação terceirizado credenciado pela ISO 17065, com programas para certificação e classificação de desempenho de turbinas eólicas e solares pequenas. Certificações SRCC e classificações são aceitas
em toda a América do Norte. Os padrões SRCC são especificados por dezenas de programas de incentivo, regulamentos e leis nos níveis local, estadual e federal e códigos de construção. A SRCC também fornece programas de listagem que auxiliam os profissionais de imposição de código a determinar se os produtos e sistemas solares térmicos estão em conformidade com os códigos e normas aplicáveis. A associação comercial dos EUA para o setor de energia solar e um consórcio nacional de escritórios estaduais de energia e órgãos reguladores colaboraram para fundar o SRCC e em 1980 o SRCC foi incorporado como uma organização sem fins lucrativos cujo objetivo principal era o desenvolvimento e implementação de avaliações nacionais. normas e programas de certificação para equipamentos de energia solar térmica. Em novembro de 2014, a SRCC tornou-se parte da Família de Empresas da ICC, dedicada à construção de estruturas seguras, sustentáveis, acessíveis e resilientes (http://solar-rating.org/about/index.html).

Solar, Biomassa, GeoExchange, e Calor de Resíduos e Aquecimento Radiante
De acordo com a Agência Internacional de Energia (AIE), “O calor é responsável por mais de 50% do consumo final de energia e permanece basicamente baseado em combustível fóssil. O crescimento no calor renovável tem sido constante, mas lento, e um aumento de 32% seria necessário entre 2014 e 2025 para atender às metas globais de emissões ”.

O uso direto de fontes renováveis ​​de calor (biomassa moderna, solar térmica e geotérmica) aumentou 8%, de 13,2 exajoules (EJ) em 2010 para 14,2 EJ em 2014. Mais de um terço desse aumento foi devido ao consumo de energia renovável. calor na China, principalmente através do rápido crescimento das instalações solares térmicas. Atualmente, a União Européia é a maior consumidora de fontes renováveis ​​de calor, com quase 15% de sua demanda de calor suprida por renováveis.

O aquecimento em edifícios residenciais e comerciais oscila em torno de 30% do uso de energia, dependendo do clima e do uso da construção. As caldeiras de biomassa podem substituir as caldeiras a óleo ou a gás para aquecer a água quente e os radiadores (ou sob o piso aquecido). Eles queimam troncos, aparas de madeira, pellets de madeira ou outras formas de biomassa. Eles controlam a quantidade de combustível e ar fornecidos à câmara de combustão. Um ótimo recurso é o Calor de Biomassa: Guia de Projeto de Construção Inteira.

Os sistemas de piso radiante assistido por energia solar podem fornecer até 80% da carga de aquecimento de um prédio, mas com mais frequência eles são projetados para compensar 50% a 60% do uso de combustível.

O sistema solar térmico desloca parte da carga de aquecimento circulando o fluido do circuito de piso através dos coletores solares. A EPA recomenda bombas térmicas solares, de biomassa e geotérmicas para sistemas radiantes (https://www.epa.gov/rhc/renewable-space-heating). De acordo com o Departamento de Energia dos EUA, o aquecimento radiante tem várias vantagens. É mais eficiente que o aquecimento de rodapé
e geralmente mais eficiente do que o aquecimento de ar forçado, pois elimina as perdas do duto. Pessoas com alergias geralmente preferem o calor radiante porque não distribuem alérgenos como os sistemas de ar forçado. De acordo com um relatório de 17 de agosto de 2017 da Global Market Insights, Inc., o Mercado de Aquecimento Subaquático Global Hydronic deverá ultrapassar US $ 5 bilhões até 2024. O resfriamento de espaços em edifícios responde de 15% a 20% do uso de energia, dependendo de cujos números você usa e quais são as normas climáticas. As opções renováveis ​​são: resfriamento movido a energia solar, se você está gerando eletricidade normalmente para uma bomba de calor sem duto (como faço em meu prédio) ou uma bomba de calor geotérmica (que faço em minha casa em Arlington, VA) ou um resfriamento solar sistemas que utilizam coletores concentradores ou coletores de tubos evacuados. Neste último caso, a energia solar aquece um fluido que fornece calor ao gerador de um resfriador de absorção e é recirculado de volta para os coletores. O calor fornecido ao gerador gera um ciclo de resfriamento que produz água gelada. A água gelada produzida é usada para grandes resfriamentos comerciais e industriais. Além disso, algumas empresas inovadoras usaram energia de baixo custo para armazenar gelo no local e aproveitar seu final no dia para o resfriamento: essa técnica também é econômica.

GeoExchange ou bombas de calor geotérmicas são extremamente eficientes e confiáveis. A Zion Market Research divulgou um novo relatório em 26 de julho de 2018 intitulado “Mercado de bombas de calor geotérmicas por tecnologia (sistemas de circuito aberto e sistemas de circuito fechado), pelo uso final (residencial e comercial): perspectiva da indústria global, análise abrangente e previsão De 2017 a 2024 ”. Segundo o relatório, o mercado global de bombas de calor geotérmicas foi avaliado em US $ 70,61 bilhões em 2017 e deve chegar a US $ 187,72 bilhões em 2024, crescendo a uma taxa CAGR de 13% entre 2018 e 2024.

Todo sistema geotérmico de aquecimento e resfriamento possui três principais subsistemas ou partes: uma bomba de calor geotérmica para movimentar o calor entre o prédio e o fluido na conexão à terra, uma conexão à terra para transferir calor entre seu fluido e a terra e um subsistema de distribuição. aquecimento ou arrefecimento com o edifício.

O desperdício de calor nos sistemas de construção é uma enorme perda de energia. O aquecimento ambiente é o maior uso final de energia na maioria dos tipos de construção. “O fato surpreendente é que há muito desperdício de calor que não é utilizado”, diz Cory Duggin, engenheiro de consultoria e especificação. Os sistemas de co-geração usam calor, vapor ou gases residuais para produzir energia elétrica e térmica. A fermentação produz resfriamento, bem como eletricidade e calor. E, nesses casos, o calor residual do processo de geração de eletricidade pode ser transformado em energia de resfriamento por um resfriador de absorção. A recuperação de calor residual está usando qualquer calor que seria desperdiçado. Existem vários meios nos sistemas construtivos dos quais o calor pode ser recuperado: ar, água, refrigerante. O calor residual também pode ser usado para gerar eletricidade usando motores de combustão externa, como o Ciclo Rankine Orgânico (ORC) ou Kalina, e para calor industrial através de motores Stirling ou Motores de Ciclo Brayton. (https://bit.ly/2QL2Vin) E os motores de calor – Ciclo Rankine Orgânico, Stirling, Kalina e Brayton – são muito subestimados, subutilizados e incompreendidos.

A Wiseguy divulgou um relatório de 2018 afirmando que “nos últimos anos, o mercado global de geração de calor para geração de energia aumentou de forma estável, com uma taxa média de crescimento de 6,2%. Em 2016, a receita global de Waste Heat to Power foi de aproximadamente US $ 1,767 bilhão. A classificação do Waste Heat to Power inclui Ciclos de Rankine Orgânicos, Ciclo de Rankine de Vapor e Ciclo de Kalina. A proporção de Ciclos de Rankine Orgânicos em 2016 foi de cerca de 65%, e a proporção está em tendência de flutuação de 2012 a 2016. O calor residual é amplamente utilizado na indústria, incluindo a indústria química, metalurgia, petróleo e gás, galvanoplastia e outros. indústrias pesadas.

Iluminação renovável, aquecimento de água, aquecimento e resfriamento de espaços e o uso otimizado de calor residual para aquecimento e geração de eletricidade são absolutamente essenciais para atingir metas de resiliência, estabilizar custos de energia e reduzir emissões reguladas e emissões de gases de efeito estufa. Essas tecnologias têm um custo menor do que as alternativas fósseis convencionais. No entanto, eles precisam de uma maior adesão do governo local para acelerar o desenvolvimento de códigos, padrões e educação, acesso ao PACE, financiamento por conta e outras abordagens de alavancagem oferecidas a PV, energia eólica e outras opções de eficiência energética de alto valor.

Ao aconselhar meus alunos e clientes, precisamos otimizar e integrar todo o portfólio de eficiência energética, armazenamento de energia e energia renovável para a saúde de nossa economia, a saúde de nossos filhos e para estabilizar nosso clima. A hora é agora.