Energia solar salgada

A extração e uso de energia solar é uma das realizações mais importantes do homem do ponto de vista energético. A principal dificuldade agora não é nem mesmo na coleta de energia solar, mas em seu armazenamento e distribuição. Se esse problema puder ser resolvido, as empresas tradicionais de combustíveis fósseis poderão ser aposentadas.

A SolarReserve é uma empresa que oferece o uso de sal fundido em usinas de energia solar e está trabalhando em uma solução alternativa para problemas de armazenamento. Em vez de usar energia solar para gerar eletricidade e depois armazená-la em painéis solares, o SolarReserve sugere redirecioná-la para dispositivos de armazenamento de calor (torres). A torre de energia receberá e armazenará energia. A capacidade do sal fundido de permanecer na forma líquida o torna o produto perfeito para armazenamento térmico .

O objetivo da empresa é provar que sua tecnologia pode tornar a energia solar uma fonte acessível de energia que funciona 24 horas por dia (como qualquer usina de combustível fóssil). A luz solar concentrada aquece o sal na torre a 566 ° C e é armazenada em um tanque isolado gigante até ser usada para criar vapor para iniciar a turbina.

No entanto, as primeiras coisas primeiro.

Iniciar

O principal tecnólogo da SolarReserve, William Gould, passou mais de 20 anos desenvolvendo a tecnologia CSP (energia solar concentrada) com sal fundido. Nos anos 90, ele era o gerente de projetos da planta de demonstração Solar Two, construída com o apoio do Departamento de Energia dos EUA no deserto de Mojave. Uma década antes, o prédio foi verificado ali, o que confirmou os cálculos teóricos sobre a possibilidade de produção comercial de energia usando heliostáticos. A tarefa de Gould era desenvolver um projeto semelhante no qual o sal aquecido é usado em vez do vapor e também encontrar evidências de que a energia pode ser armazenada.

Ao escolher um tanque para armazenar sal fundido, Gould hesitou entre duas opções: um fabricante de caldeiras com experiência em usinas tradicionais de combustíveis fósseis e a Rocketdyne, que produzia motores de foguetes para a NASA. A escolha foi feita a favor dos cientistas de foguetes. Em parte devido ao fato de que, no início de sua carreira, Gould trabalhou como engenheiro nuclear na gigante empresa de construção Bechtel, que trabalhava nos reatores da Califórnia San Onofre. E ele pensou que não encontraria uma tecnologia mais confiável.

O bico do motor a jato, do qual os gases quentes escapam, na verdade consiste em duas conchas (internas e externas), nos canais fresados ​​em que os componentes do combustível são bombeados na fase líquida, resfriando o metal e impedindo que o bico derreta. A experiência de Rocketdyne no desenvolvimento de tais dispositivos e o trabalho no campo da 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, opera com sucesso há vários anos e foi desativado em 1999, confirmando a viabilidade da ideia. Como o próprio William Gould admite, o projeto teve alguns problemas que precisavam ser resolvidos. Mas a tecnologia principal usada no Solar Two também funciona em estações modernas como Crescent Dunes. A mistura de sais de nitrato e as temperaturas operacionais são idênticas, a diferença está apenas na escala da estação.

A vantagem da tecnologia de sal fundido é que ela permite fornecer energia sob demanda, e não apenas quando o sol está brilhando. O sal pode reter calor por vários meses; portanto, um dia nublado às vezes não afeta a disponibilidade de eletricidade. Além disso, as emissões da usina são mínimas e, é claro, não há resíduos perigosos gerados como subproduto do processo.

Princípios de trabalho

A usina solar usa 10.347 espelhos (heliostáticos) instalados em 647,5 hectares (são mais de 900 campos de futebol) para concentrar a luz do sol em uma torre central de 195 metros de altura e cheia de sal "recheio". Esse sal é aquecido pelo sol a 565 ° C, e o calor é armazenado e depois usado para converter água em vapor e operar geradores que produzem eletricidade.



Os espelhos são chamados heliostáticos, pois cada um deles pode ser inclinado e girado para direcionar com precisão seu feixe de luz. Localizados em círculos concêntricos, eles focam a luz do sol no "receptor" na parte superior da torre central. A torre em si não está acesa, o receptor possui uma cor preta fosca. O efeito de brilho surge precisamente devido à concentração de luz solar que aquece o tanque. O sal quente flui para um tanque de aço inoxidável com capacidade de 16 mil m³.


Heliostat

O sal, que olha e flui a essas temperaturas da mesma maneira que a água, passa através de um trocador de calor para gerar vapor para um turbogerador padrão. O tanque contém sal fundido suficiente para operar o gerador por 10 horas. Isso equivale a 1.100 megawatt-hora de armazenamento, ou quase 10 vezes mais que os maiores sistemas de bateria de íon de lítio que foram instalados para armazenar energia renovável.

Maneira difícil

Apesar da promessa da idéia, não se pode dizer que o SolarReserve teve sucesso. De várias maneiras, a empresa permaneceu uma startup. Embora seja uma startup enérgica e vibrante em todos os sentidos. Afinal, a primeira coisa que você verá quando olhar para a usina de Crescent Dunes é leve. Tão brilhante que é impossível olhar para ele. A torre de 195 metros, orgulhosamente erguida sobre os territórios desérticos de Nevada, a meio caminho entre a pequena cidade de Reno e Las Vegas, serve como fonte de luz.


A cerca de uma hora de carro daqui está a famosa Zona 51, uma instalação militar secreta que eles ameaçaram invadir a Internet por todo o Internet neste verão, a fim de "salvar" estrangeiros das mãos do governo americano. Esse bairro leva ao fato de que viajantes que vêem um brilho extraordinariamente brilhante às vezes perguntam aos moradores locais se eles testemunharam algo incomum ou mesmo alienígena. E então eles ficam sinceramente chateados ao saber que esta é apenas uma estação de energia solar, cercada por um campo de espelhos com 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 eles construíram uma usina 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 heliostáticos, que não eram suficientemente potentes, muitas vezes quebravam e não funcionavam corretamente. Portanto, a produção de energia em Crescent Dunes foi menor do que o planejado nos primeiros anos de operação.

Havia mais uma dificuldade - com os pássaros. Ficando sob a "visão" da luz solar concentrada, o infeliz pássaro virou pó . Segundo representantes da SolarReserve, sua usina conseguiu evitar a “cremação” regular e maciça de pássaros. Juntamente com várias organizações nacionais, um plano especial foi desenvolvido para mitigar possíveis ameaças à usina. Este programa foi aprovado em 2011 e foi projetado para reduzir o risco potencial de pássaros e morcegos.

Mas o maior problema para Crescent Dunes foi um vazamento no tanque de armazenamento de sal quente, descoberto no final de 2016. De acordo com a tecnologia, um anel gigante apoiado em postes no fundo do tanque distribui sal fundido à medida que chega do receptor. Os próprios pilares tiveram que ser soldados no chão, e a possibilidade de deslocamento era necessária para o anel, pois as mudanças de temperatura causam expansão / contração dos materiais. Em vez disso, devido a um erro cometido pelos engenheiros, toda a fazenda foi fervida em conjunto. Como resultado, com as mudanças de temperatura, o fundo do tanque cedeu e vazou.

O vazamento de sal fundido por si só não é particularmente perigoso. Quando entra na camada de cascalho sob o tanque, o derretimento esfria imediatamente, transformando-se em sal. No entanto, a paralisação da usina foi adiada por oito meses. As causas do vazamento, os autores do incidente, as consequências da emergência e outros problemas foram estudados.

Os problemas do SolarReserve não terminaram aí. A capacidade da planta foi menor do que o planejado em 2018, com um fator de potência médio de 20,3% em comparação com o fator de potência planejado de 51,9%, C. Como resultado, o Laboratório Nacional de Energia Renovável dos EUA (NREL) lançou um estudo de 12 meses do custo do projeto CSP, com foco em questões de desempenho e contingências. Como resultado, inicialmente a empresa foi processada e forçada a mudar de liderança e, em 2019, foi obrigada a admitir sua falência .

Ainda não acabou

Mas mesmo isso não acabou com o desenvolvimento da tecnologia. Afinal, existem projetos semelhantes em outros países. Por exemplo, tecnologias semelhantes são usadas no parque solar com o nome de Mohammed Ibn Rashid Al Maktoum - a maior rede mundial de usinas de energia solar, unidas em um único espaço em Dubai. Ou, digamos, Marrocos. Há dias ainda mais ensolarados do que nos EUA e, portanto, a eficiência da usina deve ser maior. E os primeiros resultados mostram que isso é verdade.

A torre CSP Noor III de 150 MW no Marrocos excedeu sua capacidade planejada e capacidade de armazenamento nos primeiros meses de operação. E os custos de financiamento dos projetos de armazenamento de energia das torres estão alinhados com as expectativas, diz Xavier Lara, consultor sênior do CSP Empresários Agrupados Engineering Group (EA).


Lançada em dezembro do ano passado, a usina Noor III mostra desempenho notável. A Noor III, estabelecida pelo SENER espanhol e pela empresa chinesa de construção de energia SEPCO, é a maior planta operacional de torres do mundo e a segunda maior integração da tecnologia de armazenamento de sal fundido.

Os especialistas acreditam que dados confiáveis ​​de desempenho inicial do Noor III sobre desempenho, flexibilidade de geração e integração de armazenamento devem reduzir os problemas de confiabilidade da torre e do armazenamento CSP e reduzir o custo de capital para projetos futuros. Na China, o governo já anunciou um programa para criar um CSP de 6.000 MW com armazenamento. A SolarReserve está em parceria com o Shenhua Group, uma estatal, uma usina a carvão, para desenvolver 1.000 MW de produção de sal fundido por CSP. Mas essas torres de armazenamento serão construídas ainda mais? Pergunta

No entanto, apenas outro dia, a empresa Heliogen de Bill Gates anunciou seu avanço no uso de energia solar concentrada. Heliogen foi capaz de aumentar a temperatura de 565 ° C para 1000 ° C. Assim, abrindo a possibilidade de uso de energia solar na produção de cimento, aço, produtos petroquímicos.

O que mais é útil para ler no blog do Cloud4Y

→ Configurando top no GNU / Linux
→ Pentesters na vanguarda da segurança cibernética
→ Startups que podem surpreender
→ Ecofantasticismo para proteger o planeta
→ Segurança da informação do data center

Assine o nosso canal Telegram para não perder outro artigo! Escrevemos não mais do que duas vezes por semana e apenas a negócios. Também lembramos que você pode testar as soluções em nuvem Cloud4Y gratuitamente.