Armazenamento energético de hidrogênio e gás natural (P2G) e ar comprimido (CAES) em cavernas salinas: aspectos técnico-regulatórios, proposição e simulação de metodologia

Abstract

As energias renováveis vêm ocupando um maior espaço na matriz energética mundial em função de alguns fatores, primordialmente o ambiental. Apesar do desenvolvimento tecnológico para utilização deste tipo de energia caminhar a passos largos, o ajuste entre a oferta energética renovável e demanda (de energia elétrica, por exemplo) nem sempre é possível devido à algumas restrições. Para suprir esse ajuste de oferta e demanda uma das alternativas utilizadas é o armazenamento energético em grande escala. Este trabalho tem como objetivo propor uma metodologia para avaliação de recursos e reservas energéticos em cavernas salinas, utilizando as tecnologias P2G e CAES. Para atender a este objetivo, utilizou-se como base metodológica a análise documental (portarias, resoluções, leis dentre outros), consulta a especialistas das áreas de armazenamento energético e afins, uma análise comparativa e teste da metodologia proposta com dados reais obtidos da literatura. Como resultado, duas metodologias existentes foram identificadas para serem usadas como referência: o Petroleum Resources Management System (PRMS) e o CO2 Storage Resources Management System (SRMS). Assim, como nas metodologias de referência, as fases de um projeto foram divididas em duas: subcomercial, onde as análises e cálculos foram feitos a partir de informações existentes na litertura e comercial, onde as análises e cálculos foram feitos em função das informações oriundas da implantação do projeto real. Para os projetos subcomerciais foram estabelecidos três estágios denominados de Recurso Total Possível (R3), Recurso Total Provável (R2) e Recurso Total Provado (R1). Para exemplificação da metodologia nessa fase, foram utilizadas informações de maciços salinos em Portugal e a tecnologia de armazenamento de ar comprimido. O R3 foi calculado com informações do Maciço do Carriço e seu valor foi de 3.000.000 m3. O Diapiro Rio Maior foi utilizado como exemplo para o cálculo do R2, considerando as variáveis geológicas e regulatórias e seu valor final foi de 321.951 m3, equivalendo a um potencial energético de 4,3 GWh. Finalmente, o valor de R1 foi calculado, analisando o tipo de gás utilizado e a eficiência da planta a ser inplementada e o valor volumétrico foi de 95.619,45 m3. Esse valor equivale a um potencial energético total de 1,3 GWh, e uma potência de 326 MW para 4 h de produção e 162 MW para 8 h de produção. Da mesma forma que para a fase subcomercial, para os projetos comerciais foram estabelecidos três estágios denominados de Reserva Total Possível (Re3), Reserva Total Provável (Re2) e Reserva Total Provada (Re1). Para testar a metodologia proposta para a fase comercial, foram utilizados dados de uma mineração produtora de salgema na cidade de Maceió, estado de Alagoas utilizando armazenamento de ar comprimido. A Reseva Total Possível (Re1) foi calculada em 118.046 m3 enquanto a Reserva Total Provável foi de 234.000 m3, equivalendo a um potencial energético de 4,3 GW. Já para a Reserva Total Provada (Re1) o valor encontrado foi de 69.498 m3, o que equivale a um potencial energético de 1,28 GWh que quando dividido por uma produção em 4 horas ou 8 horas fornecem uma potência de 320 MW e 160 MW, respectivamente. Os valores encontrados estão próximos aos fornecidos pelas usinas que operam comercialmente no mundo, confirmando a robustez e aderência a realidade da metodologia proposta. Conforme visto, a metodologia pode ser aplicada a casos reais e os valores encontrados apontam para a possibilidade de implantação de um projeto CAES na concessão mineral da estudada. Para isso, faz-se necessário o desenvolvimento de um estudo de caso real com os dados da empresa contemplando: todos os aspectos limitadores no cálculo da Re3, utilizando os dados da perfilagem sônica para o cálculo da Re2 e escolhendo o tipo da tecnologia CAES para calcular a Re1. Além disso, elaborar um EVTE considerando alguns tipos de fornecimento de energia para a compressão do projeto CAES a ser implantado.

Renewable energies have been occupying a larger portion of the world energy matrix due to a series of factors, primarily the environmental one. Although the technological development related to this type of energy is moving at a rapid pace, the adjustment between the renewable energy supply and demand is not always possible due to the inherent dependence on natural factors. To bridge this supply and demand adjustment one of the available alternatives is the large-scale energy storage. This paper aims to propose a methodology for the evaluation of energy resources and reserves in salt caves, using P2G (Power to Gas) and CAES (Compressor Air Energy Store) technologies. To meet this objective, bibliographic research on the proposed theme, document analysis (ordinances, resolutions, laws, among others), consultation with experts in the energy storage area, and a comparative analysis were used as methodological basis. Also, the proposed methodology was tested using real data obtained from the literature. As a result, two existing methodologies have been identified to be used as references: the Petroleum Resources Management System (PRMS) and the CO2 Storage Resources Management System (SRMS). As in the methodologies taken as reference, a storage project is divided into two phases: sub-commercial, where the analyzes and calculations are made from information obtained in the literature; and commercial, where the analyzes and calculations are made according to information obtained from the actual implementation of the project. Three stages were established for the subcommercial projects: Total Possible Resource (R3), Total Probable Resource (R2) and Total Proved Resource (R1). Information from saline massifs in Portugal and the compressed air storage technology were used to exemplify the methodology used at this phase. The R3 volume was calculated with informations from Carriço Massif and it resulted in a volumetric value of 3,000,000 m3. The Diapiro Rio Maior, considering the geological and regulatory variables, was used as an example for the R2 calculation, and its final value was 321,951 m3, the equivalent to an energy potential of 4.3 GWh. Finally, the value of R1 was calculated by analyzing the type of gas used and the efficiency of the associated plant, obtaining a volumetric value of 95,619.45 m3. This value is equivalent to a total energy potential of 1.3 GWh, and a power of 326 MW for a 4h production and 162 MW for a 8h production. Such as for the sub-commercial phase, three stages were also established for projects classified as commercial: Total Possible Reserve (Re3), Total Probable Reserve (Re2) and Total Proved Reserve (Re1). In order to test the proposed methodology for the commercial phase, data from a rock salt mining company in the city of Maceió, state of Alagoas, was used. The Total Possible Reserve (Re3) was estimated at 118,046 m3 while the Total Proved Reserve (Re2) at 234,000 m3, which is equivalent to an energy potential of 4.3 GW. For the Total Proved Reserve (Re1) the value of 69,498 m3 was found, which is equivalent to an energy potential of 1.28 GWh, which when divided by a production in 4 hours or 8 hours provides a power of 320 MW and 160 MW respectively. The values found are close to those presented by plants operating commercially around the world, confirming the robustness of the proposed methodology and its adherence to the reality. As observed, the proposed methodology can be applied to real cases and the values found in this article point to the possibility of implantation of a CAES project in the studied mineral concession. In order to accomplish this, it is necessary to develop a real case study with the company data including all limiting aspects in the calculation of Re3, using the sonic profiling data to calculate Re2 and choosing the type of CAES technology to calculate Re1. It is also necessary to prepare an Technical and Economic Feasibility Study (TEFS) considering diverse types of power supply for the compression to be implemented through the CAES project.