Concentrated Solar Power

Torres de Energia Solar Concentrada (Concentrated Solar Power Tower – CSPT)

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-gerador e Heliostast-Torre

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

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

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

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

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

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

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?  Que você acha?

9 comments to Torres de Energia Solar Concentrada (Concentrated Solar Power Tower – CSPT)

  • Fernando

    Parabéns pela matéria mostrando com clareza tecnologia relativamente simples e barata que os brasileiros deveriam avaliar! Usinas elétricas térmicas solares de grande porte foram e estão sendo montadas em vários países no exterior desde 1.970. Na maior parte do Brasil as condições de insolação permitem obter dia e noite, de forma contínua, valor prático para uso real efetivo de 100 watts por metro quadrado de terreno da usina. Este valor é bem maior do que os modestos 10 watts/m² produzidos em média pelas grandes usinas hidroelétricas em funcionamento no país. Tenho convicção que um dia qualquer minha empresa com alguns Parceiros e Universidade selecionável participará de projetos semelhantes. Peças, matéria primas, capacidade tecnológica, recursos humanos e vontade para fazer não faltam. Falta apenas política nacional favorável. Isto não depende de nossos melhores esforços!

  • Jade

    Amigo Editor do MyBelojardim
    Inicialmente quero parabenizar por este blog de alto nível e uma matéria tão bem explicada como este artigo. A maneira direta e clara como vocês escrevem, faz com que todos entendemos facilmente, mesmo assuntos complicados e de ciência.

    Sou do Nordeste, Sertanejo e fico de queixo caído em ver uma tecnologia tão avançada como esta que poderia ser desenvolvida aqui para beneficiar nosssa região.

    Esta tipo de usina de energia elétrica no seco esturricado do sertão seria uma solução vinda dos céus para todos nós nordestinos e sertanejos. Calor e sol de lascar são que não faltam na nossa terra.

    Queria dar uma sugestão: por ser uma matéria tão importante como esta, será que dava para o amigo e sua equipe re-publicarem de novo no site? Acho que agora que estão falando aqui em projetos como este, seria muito bom mais mais gente conhecer esta usina tão revolucionária.

    Agradeço todo trabalho de vocês em colocar tão valiosas informações para toda nossa gente. Não tem um dia que não visito este site.

    • Prezado Jade

      Atendendo seu pedido estamos re-publicando novamente este artigo. Você ou outros amigos do nosso MyBJ que queiram outros posts serem re-posted, por favor nos avise.

      Sugerimos tambem lerem outros artigos sobre energia solar e CSP no nosso site, como:

      Solar Power: Energia Grátis Caindo dos Céus

      Muito obrigado por sua fidelidade com nosso MyBJ.

      Equipe Admin do MyBJ

  • Job

    Excellent read, I must say. You’ve researched the topic very well 🙂

  • Cleber

    Gostaria de conhecer mais este sistema. Onde encontro mais informações ?

    Obrigado e parabéns pelo trabalho

  • Meu amigo que coisa extraordinária! Nunca imaginei que isto existisse nesta terra de Deus. Como Nordestino vejo como somos ricos e não sabemos. Imagina o solzão que temos por aqui no sertão sem chover muitas vezes um pingo o ano inteiro! Um calor arretado de derreter tudo.

    Este tipo de usina de produzir eletricidade usando o calor do sol pode transformar completamente a realidade do nosso sertão sofrido e castigado pela seca, causado pelo sol que agora aprendi pode produzir eletricidade de dar na canela. Quanta fartura e empregos isto traria para nossa terras! Sera que isto chega um dia por aqui?

  • Parabéns pelo excelente artigo. Esta tecnologia precisa chegar no Nordeste do Brasil. Imagina que sou sertanejo do sertão da Bahia onde o sol bota para lascar 365 dias por ano! E quando não chove no inverno, ai vem a seca e os flagelados são noticias no jornal nacional. Esta reportagem abriu meu olhos para esta riqueza que é nosso sol escaldante do sertão brabo.

    Este caloraço caindo dos céus dado por Deus poderia estar produzindo no sertão nordestino centenas de vezes mais eletricidade do que a CHESF produz no Velho Chico São Francisco. Imagina no Piauí?

    Soluções como estas extremamente amigas do meio ambiente têm de aparecer no nosso sertão. Quando vamos ver isto por aqui? Alguem poderia me responder?

  • ótimo artigo. Impressionante a capacidade criativa como destruitiva do ser humano, que perde tempo com guerras e acabando os recursos naturais sem pensar na continuação da vida e perceber que através do Sol temos inúmeras possibilidades de resolver o problemas da energia, que ainda não é uma realidade para todos e ficando a mercê de secas.

    Cada país pode e deve gerar sua propria energia sem depender de outros, como tambem cada estado, cada cidade, cada casa é muito interessante, até pelo fato do mundo às portas do problema de mudancas climaticas tem que despertar para a exploração inteligente dos recursos naturais que ainda temos.