A extração e utilização da energia solar é uma das conquistas humanas mais importantes em termos energéticos. A principal dificuldade agora não reside nem na captação de energia solar, mas no seu armazenamento e distribuição. Se esta questão puder ser resolvida, as indústrias tradicionais de combustíveis fósseis poderão ser aposentadas.
A SolarReserve é uma empresa que propõe a utilização de sal fundido em centrais solares e está a trabalhar numa solução alternativa para problemas de armazenamento. Em vez de utilizar a energia solar para gerar eletricidade e depois armazená-la em painéis solares, a SolarReserve propõe redirecioná-la para dispositivos de armazenamento térmico (torres). A torre de energia receberá e armazenará energia. A capacidade do sal fundido de permanecer na forma líquida o torna um meio de armazenamento térmico ideal..
O objetivo da empresa é provar que sua tecnologia pode tornar a energia solar uma fonte de energia acessível que funciona 566 horas por dia (como qualquer usina de combustível fóssil). A luz solar concentrada aquece o sal na torre a XNUMX°C, que é armazenado em um tanque gigante isolado até ser usado para criar vapor para acionar a turbina.
No entanto, as primeiras coisas primeiro.
começo
O tecnólogo-chefe da SolarReserve, William Gould, passou mais de 20 anos desenvolvendo a tecnologia CSP (energia solar concentrada) de sal fundido. Na década de 1990, ele foi gerente de projeto da instalação de demonstração Solar Two, apoiada pelo Departamento de Energia dos EUA, no deserto de Mojave. Uma década antes, ali foi testada uma estrutura que confirmou cálculos teóricos sobre a possibilidade de geração comercial de energia por meio de helióstatos. O desafio de Gould era desenvolver um projeto semelhante que usasse sal aquecido em vez de vapor e encontrar evidências de que a energia pudesse ser conservada.
Ao selecionar um recipiente para armazenar sal fundido, Gould vacilou entre duas opções: um fabricante de caldeiras com experiência em usinas tradicionais de combustíveis fósseis, e a Rocketdyne, que fabricava motores de foguete para a NASA. A escolha foi feita em favor dos cientistas de foguetes. Em parte porque Gould trabalhou no início de sua carreira como engenheiro nuclear para a gigante da construção Bechtel, trabalhando nos reatores de San Onofre, na Califórnia. E ele acreditava que não encontraria uma tecnologia mais confiável.
O bico de um motor a jato, de onde escapam os gases quentes, consiste na verdade em duas carcaças (interna e externa), em cujos canais fresados são bombeados os componentes do combustível na fase líquida, resfriando o metal e evitando que o bico derreta. A experiência da Rocketdyne no desenvolvimento de dispositivos semelhantes e no trabalho em metalurgia de alta temperatura foi útil no desenvolvimento de tecnologia para o uso de sal fundido em uma usina de energia solar.
O projeto Solar Two de 10 MW funcionou com sucesso durante vários anos e foi desativado em 1999, confirmando a viabilidade da ideia. Como o próprio William Gould admite, o projeto apresentava alguns problemas que precisavam ser resolvidos. Mas a tecnologia central usada no Solar Two também funciona em estações modernas como Crescent Dunes. A mistura de sais de nitrato e as temperaturas de operação são idênticas, a única diferença está na escala da estação.
A vantagem da tecnologia de sal fundido é que ela permite que a energia seja fornecida sob demanda, e não apenas quando o sol está brilhando. O sal pode reter o calor durante meses, por isso um dia nublado ocasional não afecta a disponibilidade de electricidade. Além disso, as emissões da central eléctrica são mínimas e, claro, não existem resíduos perigosos criados como subproduto do processo.
Princípios de trabalho
A usina solar utiliza 10 espelhos (helióstatos) espalhados por 347 hectares (o tamanho de mais de 647,5 campos de futebol) para concentrar a luz solar em uma torre central, de 900 metros de altura e cheia de sal. Este sal é aquecido pelos raios solares até 195°C e o calor é armazenado e depois usado para converter água em vapor e acionar geradores para produzir eletricidade.
Os espelhos são chamados de helióstatos porque cada um pode inclinar 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 torre em si não brilha; o receptor é preto fosco. O efeito de brilho ocorre justamente pela concentração da luz solar que aquece o recipiente. O sal quente flui para um tanque de aço inoxidável com capacidade para 16 mil m³.
heliostato
O sal, que se parece e flui como água nessas temperaturas, passa por um trocador de calor para produzir vapor para acionar um turbogerador padrão. O tanque contém sal fundido suficiente para operar o gerador por 10 horas. Isto equivale a 1100 megawatts-hora de armazenamento, ou quase 10 vezes mais do que os maiores sistemas de baterias de íons de lítio já instalados para armazenar energia renovável.
Difícil caminho
Apesar da promessa da ideia, não se pode dizer que a SolarReserve tenha alcançado sucesso. Em muitos aspectos, a empresa permaneceu uma startup. Embora a startup seja enérgica e brilhante em todos os sentidos. Afinal, a primeira coisa que você vê quando olha para a Usina Crescent Dunes é a luz. Tão brilhante que é impossível olhar para ele. A fonte de luz é uma torre de 195 metros que se ergue orgulhosamente acima dos territórios desérticos de Nevada, aproximadamente a meio caminho entre a pequena cidade de Reno e Las Vegas.
Qual era a aparência da usina em diferentes estágios de construção
2012, início da construção
2014, o projeto está quase concluído
Dezembro de 2014, Crescent Dunes está quase pronto para uso
Estação pronta
A cerca de uma hora de carro daqui fica a famosa Área 51, uma instalação militar secreta que toda a Internet ameaçou invadir neste verão para “salvar” alienígenas das mãos do governo americano. Essa proximidade leva ao fato de que os viajantes que veem um brilho incomumente brilhante às vezes perguntam aos residentes locais se testemunharam algo incomum ou mesmo estranho. E então ficam sinceramente chateados ao saber que se trata apenas de uma usina solar, cercada por um campo de espelhos de quase 3 km de largura.
A construção de Crescent Dunes começou em 2011 com empréstimos do governo e investimentos da NV Energy, a principal empresa de serviços públicos de Nevada. E a usina foi construída em 2015, cerca de dois anos depois do planejado. Mas mesmo após a construção, nem tudo correu bem. Por exemplo, nos primeiros dois anos, bombas e transformadores para helióstatos, que não eram suficientemente potentes, avariavam frequentemente e não funcionavam correctamente. Portanto, a produção de energia em Crescent Dunes foi inferior ao planejado nos primeiros anos de operação.
Houve outra dificuldade - com os pássaros. Caindo sob a “visão” da luz solar concentrada, o infeliz pássaro . Segundo representantes da SolarReserve, sua usina conseguiu evitar a “cremação” regular e em massa de aves. Um plano especial foi desenvolvido em conjunto com diversas organizações nacionais para mitigar quaisquer ameaças potenciais à central eléctrica. Este programa foi aprovado em 2011 e visa reduzir riscos potenciais para aves e morcegos.
Mas o maior problema para Crescent Dunes foi um vazamento num tanque de armazenamento de sal quente descoberto no final de 2016. A tecnologia usa um anel gigante sustentado por postes no fundo do tanque para distribuir o sal derretido à medida que ele flui de um recipiente. Os próprios pilares tiveram que ser soldados ao chão, e o anel precisava ser capaz de se mover conforme as mudanças de temperatura faziam com que os materiais se expandissem/contraíssem. Em vez disso, devido a um erro dos engenheiros, a coisa toda foi bem soldada. Como resultado, com as mudanças de temperatura, o fundo do tanque cedeu e vazou.
O vazamento de sal fundido em si não é particularmente perigoso. Ao atingir a camada de cascalho sob o tanque, o derretimento esfriou imediatamente, transformando-se em sal. No entanto, a paralisação da usina se arrastou por oito meses. Foram estudadas as causas do vazamento, os responsáveis pelo incidente, as consequências da emergência e outras questões.
Os problemas da SolarReserve não terminaram aí. O desempenho da planta ficou abaixo da meta em 2018, com um fator de capacidade médio de 20,3% em comparação com um fator de capacidade planejado de 51,9%, C. Como resultado, o Laboratório Nacional de Energia Renovável dos EUA (NREL) iniciou um estudo de custo de 12 meses de o projeto CSP, com foco em questões de desempenho e custos inesperados. Como resultado, a empresa foi primeiro processada e forçada a mudar de gestão e, em 2019, foi completamente forçada a admitir a sua .
Ainda não acabou
Mas mesmo isso não pôs fim ao desenvolvimento da tecnologia. Afinal, existem projetos semelhantes em outros países. Por exemplo, tecnologias semelhantes são usadas no Parque Solar Mohammed bin Rashid Al Maktoum - a maior rede mundial de usinas de energia solar, unidas em um único espaço em Dubai. Ou, digamos, Marrocos. Há ainda mais dias de sol lá do que nos EUA e, portanto, a eficiência da usina deveria ser maior. E os primeiros resultados mostram que este é realmente o caso.
A torre CSP Noor III de 150 MW em Marrocos excedeu as metas de desempenho e capacidade de armazenamento nos primeiros meses de operação. E o custo de financiamento de projetos de armazenamento de energia em torres está em linha com as projeções esperadas, garante Xavier Lara, consultor sênior da CSP Engineering Group Empresarios Agrupados (EA).
Usina Noor III
Comissionada em dezembro do ano passado, a usina Noor III demonstrou um desempenho notável. Noor III, instalada pela SENER da Espanha e pela empresa de construção de energia da China SEPCO, é a maior planta de torre operacional do mundo e a segunda a integrar tecnologia de armazenamento de sal fundido.
Os especialistas acreditam que os dados robustos de desempenho inicial do Noor III sobre desempenho, flexibilidade de geração e integração de armazenamento devem reduzir os problemas de confiabilidade de armazenamento e torre CSP e reduzir 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 fazendo parceria com o Grupo estatal Shenhua, que constrói usinas elétricas movidas a carvão, para desenvolver 1000 MW de geração de sal fundido CSP. Mas será que essas torres de armazenamento continuarão a ser construídas? Pergunta.
Porém, ainda outro dia, a empresa Heliogen, de propriedade de Bill Gates, anunciou seu avanço no uso de energia solar concentrada. A Heliogen foi capaz de aumentar a temperatura de 565°C para 1000°C. Abrindo assim a possibilidade de utilização da energia solar na produção de cimento, siderurgia e produtos petroquímicos.
O que mais você pode ler no blog?
→
→
→
→
→
Assine o nosso -channel para não perder o próximo artigo! Escrevemos no máximo duas vezes por semana e apenas a negócios. Também lembramos que você pode soluções em nuvem Cloud4Y.
Apenas usuários registrados podem participar da pesquisa. por favor
A usina de sal líquido é
-
Tecnologia morrendo
-
Direção da perspectiva
-
Inicialmente um absurdo
-
Sua versão (nos comentários)
97 usuários votaram. 36 usuários se abstiveram.
Fonte: habr.com