S ISTEMAS TERMO SOLARES DE CONCENTRAÇÃO

A energia termosolar consiste, resumidamente, na produção de electricidade através de calor. Neste momento, e à semelhança do ocorrido com outras tecnologias renováveis na década passada (eólica, por exemplo), a produção de electricidade termosolar enfrenta o enorme desafio da passagem para um estágio comercial de tecnologias desenvolvidas ao longo dos últimos trinta anos.

Fazendo uso de sistemas ópticos de concentração para, através de fluxos de maior densidade, realizar a conversão térmica da radiação solar a média ou alta temperatura, as tecnologias de alta concentração (CSP) permitem a produção de calor a temperaturas adequadas aos ciclos termodinâmicos, convencionalmente utilizados na produção termoeléctrica.

O carácter distribuído do recurso solar torna a sua conversão térmica directa, viável apenas num domínio de temperaturas que não vai além dos 150 ˚C. A utilização de sistemas ópticos de concentração permite, através da obtenção de maiores fluxos de energia na conversão térmica, a operação a alta temperatura e viabiliza a utilização da energia solar térmica num espectro mais alargado de aplicações.

São vários os sistemas ópticos que se utilizam nesta tecnologia, de onde podemos destacar os quatro indicados na Figura 25., e que serão descritos pormenorizadamente a seguir.

 Sistemas Cilindro-Parabólicos : consiste num sistema de concentração linear de geometria

cilíndrica com reflector parabólico, concentrando a radiação solar num receptor tubular posicionado no foco da parábola (Figura 26.) Os colectores fazem o seguimento do sol em altura (apenas um eixo). Na sua utilização mais convencional o fluxo de radiação concentrado aquece um óleo térmico circulando do interior do absorsor (fluido de transporte de energia para a geração de vapor), existindo também abordagens no sentido da produção directa de vapor no absorsor, ou mesmo a utilização de um sal fundido como fluido de transferência. A temperatura de operação nestes sistemas pode atingir valores acima dos 400 ˚C, quando se recorre a ópticas de concentração secundária. Este sistema apresenta uma elevada modularidade, podendo apresentar diferentes escalas de potência, desde as dezenas de kW até à escala de MW, embora os resultados obtidos com as centrais em estudos económicos apontem para valores mínimos de potência na ordem dos 50 MW.

 Sistemas Lineares do Tipo Fresnel : são sistemas de concentração linear com reflector tipo

Fresnel, concentrando a radiação solar num receptor tubular (tubo de vácuo ou outro) normalmente colocado no interior de uma outra cavidade não evacuada que funciona com sistema secundário de concentração (Figura 27). À semelhança dos colectores cilindro- parabólicos, apresentam seguimento apenas a um eixo, mas esse seguimento é agora azimutal. Na sua utilização mais convencional, o fluxo de radiação concentrado aquece um óleo térmico circulando no interior do absorsor, existindo, tal como no sistema cilindro-parabólico, abordagens no sentido da produção directa de vapor no absorsor.

Dissertação de Mestrado

Figura 26. Instalação CSP de cilindros parabólicos, em Granada, Espanha [16]

 Sistemas de Receptor Central de Torre : são sistemas de concentração pontual dispondo de um

conjunto de heliostatos com seguimento da trajectória solar a dois eixos e direccionando a radiação para um receptor central situado num ponto elevado (Figura 28). No receptor opera-se à conversão térmica do fluxo de radiação concentrado para um fluido de transporte de calor, sendo mais usual o ar, embora o óleo adequado ou sais fundidos possam também ser utilizados, o que depende da temperatura de operação. Esta pode atingir valores na ordem dos 700 ˚C, embora continuem em cima da mesa projectos que apontam para temperaturas de operação acima dos 1000 ˚C, recorrendo a ciclos combinados e a sistemas ópticos avançados de redireccionamento da radiação para uma zona de trabalho no solo. Na versão mais convencional é um sistema com pouca modularidade, com valores mínimos na ordem dos 10 MW, para ser economicamente rentável.

 Sistemas de Disco Parabólico-Stirling : é um sistema de concentração que consiste num disco

parabólico com produção de potência, assente num motor Stirling cuja fonte quente se posiciona no foco da parábola (Figura 29.). Sistema com seguimento de trajectória solar segundo os dois eixos, apresentam temperaturas de operação na ordem dos 700 ˚C, e têm elevada modularidade, com valores mínimos de potência, comercialmente disponíveis, na ordem dos 3 kW.

Figura 28. Primeira central CSP de torre, 11 MW, Sevilha, Espanha [18]

A produção de electricidade termosolar pode ser realizada através de um ciclo de Rankine convencional, com vapor de água produzido a partir da energia recolhida no sistema de concentração utilizado. Considerando a estabilidade de funcionamento da turbina, tendo em vista não só a operação em condições de rendimento nominal mas também a minimização de necessidades de manutenção, estes sistemas dispõem de sistemas de armazenamento de energia a alta temperatura, sendo também particularmente adequados à hibridação.

A utilização e armazenamento térmico permite, para além de uma resposta pronta a instabilidades pontuais no recurso solar, o alargamento do período de operação do sistema, resultando o dimensionamento do sistema de armazenamento de uma optimização técnico- económica entre o período/volume/custo do armazenamento e a produção adicional de energia. A experiência com este tipo de centrais dispondo de armazenamento térmico mostra ainda a elevada capacidade de prevenção e desfasamento da produção eléctrica, o que representa uma enorme vantagem na ligação destes sistemas à rede eléctrica.

A utilização de um ciclo de Rankine orgânico abre a possibilidade de produção de electricidade termosolar com temperaturas de operação mais baixas, na ordem dos 150 ˚C – 250 ˚C, o que permite a utilização de sistemas ópticos de menor complexidade, estacionários ou quase, contrabalançando os menores rendimentos do ciclo termodinâmico com menores custo de produção/operação.

Assim, em determinadas zonas do globo terrestre, um km2 _{de superfície é suficiente para} gerar 100 a 120 GWh/ano, através do CSP, o equivalente à energia anual produzida por uma central termoeléctrica convencional de 50 MW [20]. O CSP oferece o menor custo para a produção e electricidade a partir de energia solar, sendo esperado que esse preço continue a decrescer, dados os incentivos e desenvolvimentos da tecnologia. Com o preço da electricidade proveniente das tecnologias convencionais a aumentar (muito por fruto do aumento do custo das energias primárias) e com o aumento das preocupações ambientais, o interesse no CSP é cada vez maior. Portugal é exemplo e como tal, é importante referir os PIP aprovados em 2010 para a instalação de 30 MW de CSP, nas diferentes tecnologias, referidos na Tabela 3 [21].

PROMOTOR SISTEMA CSP / LOCALIZAÇÃO POTÊNCIA (MW)

Ramada Holdings, SGPS Stirling / Quinta Solar Alentec 1,5 Hyperion Energy Portugal Stirling / - 1,5

Selfenergy Stirling / Odelouca 1

Bragalux Stirling / Alcanizes 1,5

Efacec Central de Torre / - 4

Abengoa / Fomentinvest Central de Torre / Moura 4 Energena SLU Cilindro-Parabólico / Évora 4 Martifer Energia Cilindro-Parabólico / Évora 4

Dalkia Fresnel Linear / Faro 4

Tom Fresnel Linear / Moura 4

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