Energia Solar Concentrada - CSPT (Concentrated Solar Power Tower)

Quase um século atrás, o engenheiro americano Frank Shuman ergueu cinco imensas calhas em forma de espelhos na cidade de Meadi, no Egito. Os refletores parabólicos concentraram a luz solar em um tubo suspenso a 70 metros de altura.

A água dentro do tubo ferveu e criou vapor. O vapor acionou um motor de 65 cavalos, o qual bombeou 6.000 litros de água por minuto a partir do rio Nilo para os campos de algodão nas proximidades. Estava inventada a primeiro usina thermal de Energia Solar Concentrada (CSP) do mundo.

Energia Solar Concentrada (CSP) tecnologia utiliza espelhos para concentrar (ou focalizar) energia da luz do sol e convertê-la em calor para produzir vapor que aciona turbinas que geram energia elétrica.

CSP Sistemas: Calha, Parabólica/Motor e Heliostat-Torre

Na realidade, os sistemas CSP geram energia elétrica usando espelhos para concentrar a energia do sol e convertê-la em calor de alta temperatura. Esse calor é depois canalizada para um gerador convencional. As usinas CSP consistem em duas partes: a) uma que coleta a energia solar e converte em calor, b) e a outra que converte a energia do calor em eletricidade. Existem quatro tipos de CSP sistemas: torre, calha plana, calha curva e parabólica/motor-gerador. Vamos falar neste artigo sobre o sistemas de torre -CSPT

Torres de Energia Solar Concentrada (Concentrated Solar Power Tower – CSPT) geram energia elétrica concentrando os raios solares no top de uma torre. Esta torre tem um receptor-trocador de calor que aquece um liquido condutor (uma mistura de sais em estado liquido) que circula no sistema.

Diagrama Simplificado-Esquemático 

de uma Usina de Geração de Eletricidade CSPT

O calor contido no liquido condutor vaporizado passa por turbinas e move geradores convencionais para produzir eletricidade. Do mesmo modo que a agua de uma represa passa (move) nas turbinas de uma hidroelétrica. Nas usinas CSPT o vapor produzido pelo aquecimento solar do liquido condutor, movem as turbinas dos geradores de eletricidade.

Usina CSPT no Deserto

A usina CSPT de geração de eletricidade utiliza centenas de milhares de espelhos rotatórios controlado por computadores chamados Heliostats. Os Heliostats têm um sistema automático que permite que os espelhos estejam sempre voltados direto para o sol girando e acompanhado o sol de frente: do amanhecer ao anoitecer e enquanto tiver radiação solar. Os Heliostats ficam sempre refletindo e concentrando radiação solar focalizando no receptador na parte de superior da torre. Esta concentração corresponde a centenas de sois focalizados em um ponto.

Heliostasts Concentrando Raios Solares numa Torre CSPT

As Torres de Energia Solar Concentrada - CSPT - são mais adequadas para aplicações de larga escala entre 30-800 Mega-watts. Para você ter uma ideia, a pioneira usina hidroelétrica de Paulo Afonso I, em Paulo Afonso no Rio São Francisco tem uma capacidade de 180 Mega-watts, isto é, quando tem agua suficiente no Velho Chico (rio) para movimentar todas suas turbinas. Nos períodos de grandes secas esta capacidade chegar a baixar para 20% ou menos.

CSPs usam como elemento de absorção e retenção de calor um liquido condutor. Este liquido é uma mistura de dois sais composto de: 60% de nitrato de sódio 60 por cento e 40 % do nitrato de potássio. A mistura liquidifica-se a 220 º C (428 º F) e é mantido em estado liquido a (290 º C/554 º F) no “tanque de armazenamento esfriado”.

Usina de CSPT de Geracao de Eletricidade - Heliostasts e Torre

O liquido condutor é bombeado do “tanque de armazenamento esfriado” até o receptor de calor no top da torre. Ao circular na parte superior da torre o liquido condutor é aquecido a 565 º C (1.049 º F) indo em seguida para os tanque armazenadores de liquido superaquecido. Nesta tanque o liquido fica estocado armazenando calor ou vai alimentar as turbinas do sistema.

Quando as turbinas precisam de calor, o liquido condutor é bombeado para as vaporizadoras que produzem vapor superaquecido que se expandem e vão movimentar as turbinas-geradores de produção de eletricidade.

Após circular nas turbinas geradores de vapor, e trocar-liberar calor, o liquido condutor “esfriado” volta para os tanques de “estocagem esfriado” onde fica armazenado até ser novamente bombeado e re-aquecido no top da torre. E ai começa tudo novamente.

Usina CSPT de Gerar Eletricidade na Espanha

Para que a central-usina CSPT continue produzindo eletricidade continuadamente, o liquido condutor é termicamente armazenado (os tanques sao revestidos de isolantes térmicos) durante períodos nublados ou à noite. Isto permite a usina CSPT operar 24 horas por dia..

O dimensionamento dos tanques de estocagem e retenção de calor é um fator super importante no dimensionamento das usinas CSPTs. Os tanques de alta temperatura se bem isolados podem estocar o liquido condutor por até 13 horas ou um pouco mais.

Usina Solar de Geracao de Eletricidade 

CPST em Seville - Espanha

Atualmente existem várias CSPTs sistemas funcionando no mundo inteiro. Nos USA, plantas CSPT vêm operando comercialmente de forma contínua e confiável por mais de 15 anos produzindo eletricidade em estados como California e Nevada.

A empresa privada, Arizona Power Company, estar construindo uma CSPT no deserto do Mohave para uma capacidade de 280 Mega-watts ou para abastecer 70.000 casas.

O maior CSPT ate agora construída esta na cidade de Sevilla na Espanha. A usina CSPT no Sul de Espanha, conhecida como Andasol 1, começou a operar em novembro passado e agora produz 50 mega-watts de potência, energia suficiente para abastecer 50,000 a 60,000 casas.

Como vimos no artigo anterior, os elétrons viajam centenas-milhares de quilômetros das termal-hidroelétricas ate chegarem nas nossas casas. Quando é que nossos lideres vão descobrir que o sol esta sobres nossas cabeças todo dia derramando energia solar para todos os lados e a todo tempo. Sera que um dia vamos aproveitar tudo isto de formar racional, tecnológica e eficiente? 

Este mês o grupo de energia do Google propôs que para os Estado Unidos reduzirem a dependência de combustíveis fósseis (USA importa quase 70% do petróleo que consume) precisam gerar energia usando Solar Power, tanto em forma de fotovoltaica (PV) como energia solar concentrada (CSP). Para isto esta previsto que os USA tenham uma capacidade instalada de PV e CSP no ano de 2030 de 250 Giga-Watts (250,000 Mega-watts). 

Estudos recentes estimam que em 2050, 15% da total demanda de energia mundial poderá ser suprida por CSP sistemas. Para ter uma ideia, recentemente uma empresa do Arizona assinou um contrato com a China pra produzir 2.000 megawatts de energia solar no interior do deserto da Mongólia . O projeto prever o fornecimento de energia suficiente para abastecer 3 milhões de casas. China planeja produzir 20 gigawatts de energia solar até 2020.

Quantas cidades de paises em desenvolvimento poderiam ser completamentes autosuficientes e independentes na produção de eletricidade e bio-eletricidade usando PV e CSP tecnologias associadas com green-bio-combustiveis.Quando vamos despertar para todo este potencial solar caindo todo dia dos ceus nas nossas comunidades?