Geração de Energia Solar Concentrada

Enquanto a Alemanha fecha a usina nuclear, o Japão lida com a reação de Fukushima e os governos norte-americanos instituem regulamentações ambientais que tornam a geração de energia a carvão mais cara, o apelo da exploração de fontes alternativas de energia torna-se ainda maior.

A geração de energia solar é um método preferido nas latitudes com muita luz solar, e certamente não é uma nova tecnologia, mas o desafio da tecnologia fotovoltaica é o armazenamento. É bom ter toda essa energia enquanto o sol está alto, mas o que acontece quando o sol se põe? O armazenamento em baterias e outros dispositivos é muito caro e ineficiente.

Com a energia térmica solar concentrada, o armazenamento não é um problema tão grande, porque a tecnologia é basicamente semelhante à de qualquer produção de energia gerada por vapor e existem métodos comprovados de armazenamento de energia térmica. Em vez de usar a radiação solar para gerar energia elétrica convertendo diretamente a radiação solar em corrente elétrica usando semicondutores, o concentrado térmico solar concentra a energia da radiação solar para aquecer a água em vapor, que por sua vez opera uma turbina para gerar energia.

Existem duas categorias diferentes de plantas térmicas solares concentradas. As usinas térmicas de foco de linha geram calor da luz solar concentrada pelo uso de superfícies espelhadas nos tubos que transportam o fluido de transferência de calor para os trocadores de calor. Sistemas de foco pontual, ou torres de energia, coletam a luz do sol de uma série de espelhos voltados para um colecionador em uma torre de energia. O coletor pode utilizar sal fundido que é então usado para aquecer a água para girar as turbinas ou ter água que é diretamente aquecida e transformada em vapor.

Desafios Técnicos e Soluções

Embora o sensor solar pareça bastante simples, ainda há desafios de engenharia que os fabricantes de válvulas e controles devem superar ao lidar com os sais fundidos e outros fluidos de transferência de calor que são usados ​​no processo. Outros desafios têm a ver com as variações de pressão e temperatura devido à quantidade de luz solar capturada e focada nos coletores.

No caso de sistemas de foco pontual, o sal fundido é superaquecido na torre de energia. É então alimentado por gravidade para um tanque de armazenamento, onde é enviado para ser usado para criar vapor, ou pode ser armazenado no tanque. O sal fundido fornece um excelente meio para concentrar e armazenar a energia térmica. Seja usado imediatamente ou armazenado, o sal fundido é controlado pelo uso de válvulas.

Conversamos com Bradford Haines, gerente sênior de projetos e especialista em energia solar térmica da Flowserve, e perguntamos a ele sobre os requisitos especiais para esse serviço. “Válvulas usadas em aplicações de sal derretido freqüentemente experimentam flutuações extremas de temperatura, seja de abertura e fechamento em horários indeterminados ou devido a mudanças nas condições de operação diurnas e noturnas. Devido aos fatores de estresse extremo impostos à válvula durante o evento de ciclagem térmica, é essencial que os materiais de construção da válvula sejam selecionados. Cada um dos componentes da válvula deve exibir taxas de crescimento semelhantes durante o ciclo térmico para que a válvula funcione adequadamente durante a excursão térmica. ”

Bill D'Andrea, Gerente Regional Ocidental da DFT Inc., acrescentou. “Nas torres de energia, com sal derretido, o inox regular não serve. Quando fica muito quente, você também recebe algumas secreções sulfúricas, então há reações com o calor. Você tem que subir. No nosso caso, usamos uma válvula de retenção assistida por mola sem golpe tanto na Alloy 20 quanto na Hastelloy C-276 ”.

                  Direitos autorais da imagem e cortesia da Flowserve

Haines continuou: “Um desafio adicional é que o sal derretido tem uma tendência a solidificar quando a temperatura do sal cai abaixo do ponto de fusão do sal. Isso pode causar danos aos componentes de vedação, sistemas de embalagem e hastes, especialmente nas áreas do capô e da embalagem. Uma solução para este problema é utilizar uma vedação de fole de metal para isolar o fluido do processo no corpo da válvula, onde ele permanece aquecido, evitando que ele atinja a área de embalagem. Além disso, sistemas de rastreamento térmico são instalados na válvula para manter a temperatura do corpo da válvula acima do ponto de fusão do sal, para eliminar a possibilidade de "congelamento" e subsequentemente o travamento da válvula. "

No caso de plantas de foco de linha, o processo de coleta utiliza um fluido de transferência de calor (HTF). O próprio HTF cria um desafio significativo porque, embora seja excelente para coletar o calor, é também uma substância muito penetrante. Haines elaborou: “Devido à natureza das soluções de empacotamento padrão HTF, portanto, não são adequados projetamos conjuntos de empacotamento especiais para fluidos de transferência de calor que proporcionam uma vedação mais confiável, mesmo com os desafios dos ambientes de campo e ciclos térmicos”.

Embora a coleta de calor seja um desafio considerável para a usina termelétrica solar, as válvulas usadas na parte de vapor e água de alimentação da usina são como aquelas usadas na maioria das usinas e devem atender aos mesmos requisitos de alta pressão e alta temperatura desse processo. .

Com as usinas solares térmicas sendo construídas em todo o mundo, esse método de geração de energia pode ser muito importante para o crescimento da energia renovável. Mais melhorias e inovações tecnológicas contribuirão para tornar a energia solar competitiva com outras tecnologias de geração.