A coleta e o uso da energia solar são uma das maiores conquistas da humanidade em termos de energia. A principal dificuldade agora não está nem em coletar a energia solar, mas sim em armazená-la e distribuí-la. Se conseguirmos resolver essa questão, as usinas tradicionais que operam com combustíveis fósseis poderão se aposentar.
A SolarReserve é uma empresa que oferece o uso de sal fundido em usinas solares e está trabalhando em uma solução alternativa para os problemas de armazenamento. Em vez de usar a energia solar para gerar eletricidade e armazená-la em painéis solares, a SolarReserve propõe redirecioná-la para acumuladores térmicos (torres). A torre de energia irá receber e armazenar energia. A capacidade do sal fundido de permanecer em forma líquida o torna um meio perfeito para armazenamento térmico.
O objetivo da empresa é provar que sua tecnologia pode tornar a energia solar uma fonte acessível de energia, operando 24 horas por dia (como qualquer usina funcionando com combustíveis fósseis). A luz solar concentrada aquece o sal na torre a 566 °C, e ele é armazenado em um enorme tanque isolado, até ser usado para gerar vapor para acionar uma turbina.
No entanto, vamos por partes.
Início
William Gould, o principal técnico da SolarReserve, passou mais de 20 anos desenvolvendo a tecnologia CSP (energia solar concentrada) com sal fundido. Na década de 1990, ele foi o chefe do projeto da instalação demonstrativa Solar Two, construída com o apoio do Departamento de Energia dos EUA no deserto de Mojave. Uma década antes, lá mesmo, testou-se uma estrutura que confirmou os cálculos teóricos sobre a possibilidade de geração comercial de energia utilizando heliostatos. A tarefa de Gould era desenvolver um projeto semelhante, onde o sal aquecido substituísse o vapor, além de encontrar evidências de que a energia poderia ser armazenada.
Ao escolher a capacidade de armazenamento de sal fundido, Gould hesitou entre duas opções: um fabricante de caldeiras com experiência em usinas de eletricidade tradicionais movidas a combustíveis fósseis e a empresa Rocketdyne, que fabricava motores de foguete para a NASA. A escolha recaiu sobre os construtores de foguetes, em parte porque, no início de sua carreira, Gould trabalhou como engenheiro nuclear na gigantesca empresa de construção Bechtel, que trabalhava nos reatores da Califórnia em San Onofre. Ele acreditava que não encontraria tecnologia mais confiável.
O bocal do motor a jato, de onde escapam gases quentes, é, na verdade, composto por duas cascas (interna e externa), cujos canais fresados transportam os componentes de combustível na fase líquida, resfriando o metal e impedindo que o bocal derreta. A experiência da Rocketdyne no desenvolvimento de dispositivos semelhantes e no trabalho na área de metalurgia de alta temperatura foi valiosa ao desenvolver a tecnologia de uso de sal fundido em uma usina solar.
O projeto Solar Two, com uma capacidade de 10 MW, funcionou com sucesso por vários anos e foi desativado em 1999, confirmando a viabilidade da ideia. Como admite o próprio William Gould, o projeto tinha alguns problemas a serem resolvidos. Mas a tecnologia básica usada no Solar Two ainda está em operação em usinas modernas como Crescent Dunes. A mistura de sais nitratos e as temperaturas de operação são idênticas, a única diferença está na escala da usina.
A vantagem da tecnologia de uso de sal fundido é que ela permite fornecer energia sob demanda, e não apenas quando o sol brilha. O sal pode armazenar calor por vários meses, assim, um dia nublado ocasional não afeta a disponibilidade de eletricidade. Além disso, as emissões da usina são mínimas e, claro, não há resíduos perigosos gerados como subproduto do processo.
Princípios de funcionamento
A usina solar utiliza 10.347 espelhos (heliostatos) instalados em 647,5 hectares (mais de 900 campos de futebol) para concentrar a luz solar em uma torre central de 195 metros, preenchida com um "recheio" salino. Este sal é aquecido pelos raios solares a 565 °C, e o calor é armazenado e então utilizado para transformar água em vapor e para acionar geradores que produzem eletricidade.
Os espelhos são chamados de heliostatos porque cada um pode inclinar-se e girar para direcionar com precisão seu feixe de luz. Dispostos em círculos concêntricos, eles focam a luz solar em um "receptor" no topo da torre central. A própria torre não brilha; o receptor é de cor preto fosco. O efeito luminoso ocorre devido à concentração dos raios solares que aquecem o reservatório. O sal quente desce para um tanque de aço inoxidável com capacidade de 16 mil m³.
Heliostato
O sal, que a essas temperaturas se assemelha e flui quase como água, passa por um trocador de calor para gerar vapor que aciona um gerador de turbina convencional. O tanque contém sal fundido suficiente para operar o gerador por 10 horas. Isso equivale a 1.100 megawatts-hora de armazenamento, ou quase 10 vezes mais do que os maiores sistemas de baterias de íon-lítio que foram instalados para armazenamento de energia renovável.
Caminho difícil
Apesar da promessa da ideia, não se pode dizer que a SolarReserve teve sucesso. De muitas maneiras, a empresa permaneceu como uma startup. Embora uma startup vibrante e dinâmica em todos os sentidos. Afinal, a primeira coisa que você verá ao olhar para a usina Crescent Dunes é a luz. Tão brilhante que é impossível olhar. A fonte de luz é a torre de 195 metros, orgulhosamente erguendo-se sobre as terras desérticas de Nevada, aproximadamente a meio caminho entre a pequena cidade de Reno e Las Vegas.
Como era a usina em diferentes estágios de construção
2012, início da construção
2014, o projeto está quase concluído
Dezembro de 2014, Crescent Dunes quase pronta para operação
Usina concluída
A cerca de uma hora de viagem daqui, encontra-se a famosa Área 51, uma instalação militar secreta que neste verão foi alvo de ameaças de ataque por toda a Internet, com o intuito de "salvar" os extraterrestres das garras do governo americano. Essa proximidade leva a que os viajantes, ao verem uma luminosidade extraordinariamente intensa, eventualmente perguntem aos moradores locais se testemunharam algo incomum ou até mesmo alienígena. E então, ficam sinceramente desapontados ao descobrirem que se trata apenas de uma usina solar, cercada por um campo de espelhos com quase 3 km de largura.
A construção da Crescent Dunes começou em 2011, graças a empréstimos do governo e investimentos da NV Energy, a principal companhia de serviços públicos de Nevada. A usina foi concluída em 2015, aproximadamente dois anos após a data prevista. Mas mesmo após a construção, enfrentou dificuldades. Por exemplo, nos dois primeiros anos, as bombas e transformadores para os heliostatos frequentemente quebravam e não funcionavam corretamente, pois eram insuficientemente potentes. Portanto, a potência de saída da Crescent Dunes foi abaixo do planejado nos primeiros anos de operação.
Havia também outra dificuldade — com os pássaros. Ao serem expostos à "mira" da luz solar concentrada, o pobre pássaro . Segundo representantes da SolarReserve, conseguiram evitar a "cremação" regular e maciça de pássaros em suas usinas. Em colaboração com várias organizações nacionais, foi desenvolvido um plano especial para mitigar quaisquer ameaças potenciais à usina. Este programa foi aprovado em 2011 e visa reduzir o risco potencial para pássaros e morcegos.
Mas o maior problema para a Crescent Dunes foi o vazamento no tanque de armazenamento de sal quente, descoberto no final de 2016. De acordo com a tecnologia, um anel gigante, sustentado por pilares no fundo do tanque, distribui o sal fundido à medida que é recebido do receptor. Os próprios pilares deveriam estar soldados ao fundo, e o anel precisava de capacidade de deslocamento, pois as mudanças de temperatura causam expansão/compressão dos materiais. Em vez disso, devido a um erro dos engenheiros, toda essa estrutura foi solidamente soldada. Como resultado, com as mudanças de temperatura, o fundo do tanque cedeu e vazou.
A fuga de sal derretido, por si só, não representa um grande perigo. Ao entrar em contato com a camada de cascalho sob o tanque, o sal derretido esfriou imediatamente, transformando-se em sal. No entanto, a interrupção da usina se estendeu por oito meses. Foram investigadas as causas da fuga, os responsáveis pelo incidente, as consequências do acidente e outras questões.
No entanto, os problemas da SolarReserve não terminaram. A produtividade da usina ficou abaixo do planejado em 2018, com um coeficiente médio de capacidade de 20,3%, em comparação com o coeficiente de capacidade planejado de 51,9%. Como resultado, o Laboratório Nacional de Energias Renováveis dos EUA (NREL) iniciou uma pesquisa de 12 meses sobre os custos do projeto CSP, concentrando-se nos problemas de desempenho e despesas imprevistas. Como resultado, a empresa foi processada e forçada a trocar de liderança e, em 2019, foi obrigada a declarar falência. .
Isso ainda não é o fim
Mas mesmo isso não colocou um ponto final no desenvolvimento da tecnologia. Existem projetos semelhantes em outros países. Por exemplo, tecnologias similares são usadas no Parque Solar de Mohammed bin Rashid Al Maktoum - a maior rede de usinas solares do mundo, unidas em um único espaço em Dubai. Ou, digamos, Marrocos. Lá há ainda mais dias ensolarados do que nos EUA, e por isso a eficiência da usina deve ser maior. E os primeiros resultados mostram que isso realmente é verdade.
A torre CSP Noor III, com capacidade de 150 MW no Marrocos, superou as metas planejadas em desempenho e armazenamento nos primeiros meses de operação. E os custos de financiamento dos projetos para armazenamento de energia na torre estão de acordo com as previsões, garante Xavier Lara, consultor sênior de CSP do Grupo de Engenheiros Empresarios Agrupados (EA).
Usina Noor III
Inaugurada em dezembro do ano passado, a usina Noor III demonstra desempenho notável. A Noor III, instalada pela espanhola SENER e pela corporação de construção energética chinesa SEPCO, é a maior usina de torre em operação do mundo e a segunda em termos de integração da tecnologia de armazenamento de sal derretido.
Especialistas acreditam que dados confiáveis sobre o desempenho, flexibilidade de geração e integração de armazenamento do Noor III devem reduzir os problemas de confiabilidade das torres CSP e de armazenamento, além de diminuir o custo de capital para projetos futuros. Na China, o governo já anunciou um programa para criar 6000 MW de CSP com armazenamento. A SolarReserve está colaborando com a estatal Shenhua Group, que atua na construção de usinas movidas a carvão, para desenvolver 1000 MW de geração de CSP com sal fundido. Mas será que torres de armazenamento desse tipo serão construídas no futuro? É uma questão em aberto.
Recentemente, a empresa Heliogen, de Bill Gates, anunciou uma grande conquista no uso de energia solar concentrada. A Heliogen conseguiu aumentar a temperatura de 565 °C para 1000 °C, abrindo assim a possibilidade da utilização da energia solar na produção de cimento, aço e produtos petroquímicos.
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Usina de sal fundido é
Tecnologia em declínio
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Fonte: habr.com
