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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Usinas de energia solar. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de energia alternativa A quantidade total de energia solar que atinge a superfície da Terra em uma semana excede a energia de todas as reservas mundiais de petróleo, gás, carvão e urânio. O calor solar pode ser armazenado de várias maneiras. As tecnologias modernas incluem concentradores parabólicos, espelhos parabólicos solares e torres de energia solar. Eles podem ser combinados com usinas de combustão de combustíveis fósseis e, em alguns casos, adaptados para armazenamento de calor. A principal vantagem dessa hibridização e armazenamento térmico é que tal tecnologia pode fornecer programação da produção de eletricidade (ou seja, a geração de eletricidade pode ser realizada nos momentos em que for necessário). A hibridização e o armazenamento de calor podem aumentar o valor econômico da eletricidade produzida e reduzir seu custo médio. Concentradores parabólicos solares
Essas instalações utilizam espelhos parabólicos (bandejas) que concentram a luz solar em tubos receptores contendo um fluido de transferência de calor. Este líquido é aquecido a quase 400°C e bombeado através de uma série de trocadores de calor; isso produz vapor superaquecido, que aciona um gerador de turbina convencional para produzir eletricidade. Para reduzir a perda de calor, o tubo receptor pode ser circundado por um tubo de vidro transparente colocado ao longo da linha focal do cilindro. Como regra, tais instalações incluem sistemas de rastreamento solar uniaxiais ou biaxiais. Em casos raros, eles são estacionários. Construído na década de 80 no deserto do sul da Califórnia pela Luz International, nove desses sistemas constituem hoje a maior usina de energia solar térmica do mundo. Essas usinas fornecem eletricidade para a rede elétrica pública do sul da Califórnia. Em 1984, a Luz International instalou um Sistema de Geração Elétrica Solar I (ou SEGS I) de 13,8 MW em Deggett, no sul da Califórnia. Nos tubos receptores, o óleo era aquecido a uma temperatura de 343°C e era gerado vapor para gerar eletricidade. O design "SEGS I" forneceu 6 horas de armazenamento de calor. Utilizava fornos a gás natural, que eram utilizados na ausência de radiação solar. A mesma empresa construiu usinas semelhantes "SEGS II - VII" com capacidade de 30 MW. Em 1990, "SEGS VIII e IX" foram construídos em Harper Lake, cada um com capacidade de 80 MW.
As estimativas da tecnologia mostram que ela é mais cara do que as usinas solares do tipo torre e prato (veja abaixo), principalmente devido à menor concentração de radiação solar e, portanto, temperaturas mais baixas e, consequentemente, eficiência. No entanto, com mais experiência operacional, tecnologia aprimorada e custos operacionais reduzidos, os concentradores parabólicos podem ser a tecnologia mais barata e confiável do futuro próximo. Tipo de placa solar
Este tipo de usina solar é uma pilha de espelhos parabólicos (semelhantes em forma a uma antena parabólica) que concentram a energia solar em receptores localizados no ponto focal de cada prato. O líquido no receptor é aquecido até 1000 graus e é usado diretamente para gerar eletricidade em um pequeno motor e gerador conectado ao receptor. Os motores Stirling e Brayton estão atualmente em desenvolvimento. Vários sistemas piloto que variam de 7 kW a 25 kW estão em operação nos Estados Unidos. A alta eficiência óptica e o baixo custo inicial tornam os sistemas de espelho/motor a mais eficiente de todas as tecnologias solares. O motor Stirling e o sistema de espelho parabólico detém o recorde mundial para a conversão mais eficiente de energia solar em eletricidade. Em 1984, o Rancho Mirage na Califórnia alcançou uma eficiência prática de 29%.
Além disso, graças ao design modular, esses sistemas representam a melhor opção para atender às necessidades de energia tanto de consumidores autônomos (na faixa de quilowatts) quanto híbridos (na faixa de megawatts) conectados às redes elétricas. Esta tecnologia foi implementada com sucesso em vários projetos. Um deles é o projeto STEP (Solar Total Energy Project) no estado norte-americano da Geórgia. Este é um grande sistema de espelhos parabólicos que funcionou em 1982-1989. no Shenandoah. Consistia em 114 espelhos, cada um com 7 metros de diâmetro. O sistema produziu vapor de alta pressão para geração de energia, vapor de média pressão para a indústria de malharia e vapor de baixa pressão para o sistema de ar condicionado na mesma malharia. Outras empresas também se interessaram em compartilhar espelhos parabólicos e motores Stirling. Por exemplo, a Stirling Technology, a Stirling Thermal Motors e a Detroit Diesel, juntamente com a Science Applications International Corporation, formaram uma joint venture de US$ 36 milhões para desenvolver um sistema de 25 quilowatts baseado no motor Stirling. Torres de energia solar com um receptor central
Esses sistemas usam um campo rotativo de refletores helióstatos. Eles concentram a luz do sol em um receptor central construído no topo da torre, que absorve a energia térmica e aciona um gerador de turbina. Um sistema de rastreamento biaxial controlado por computador posiciona os heliostatos de modo que os raios solares refletidos fiquem estacionários e sempre caiam no receptor. O líquido que circula no receptor transfere calor para o acumulador de calor na forma de vapor. O vapor aciona uma turbina para gerar eletricidade ou é usado diretamente em processos industriais. As temperaturas do receptor variam de 538 a 1482°C. A primeira usina de torre, chamada "Solar One" perto de Barstow, no sul da Califórnia, demonstrou com sucesso a aplicação dessa tecnologia para geração de energia. A empresa operou em meados da década de 1980. Utilizou um sistema água-vapor com capacidade de 10 MW. Em 1992, um consórcio de empresas de energia dos EUA decidiu atualizar o Solar One para demonstrar um receptor de sal fundido e um sistema de armazenamento térmico. Graças ao armazenamento de calor, as usinas de torre se tornaram uma tecnologia solar única que permite o despacho de eletricidade com um fator de carga de até 65%. Nesse sistema, o sal fundido é bombeado de um tanque "frio" a 288°C e passado por um receptor onde é aquecido a 565°C e então retornado ao tanque "quente". Agora o sal quente pode ser usado para gerar eletricidade conforme necessário. Nos modelos modernos dessas instalações, o calor é armazenado por 3 a 13 horas.
A Solar Two, uma torre de energia de 10 MW na Califórnia, é o protótipo de grandes usinas industriais. Ele forneceu eletricidade pela primeira vez em abril de 1996, marcando o início de um período de 3 anos de teste, avaliação e geração piloto de energia para demonstrar a tecnologia de sal fundido. O calor solar é armazenado em sal fundido a uma temperatura de 550°C, graças ao qual a estação pode gerar eletricidade dia e noite, em qualquer clima. A conclusão bem-sucedida do projeto "Solar Two" deve facilitar a construção industrial dessas torres na faixa de capacidade de 30 a 200 MW. Comparação de especificações Torres e concentradores parabólico-cilíndricos funcionam de maneira ideal em grandes usinas conectadas à rede com capacidade de 30 a 200 MW, enquanto os sistemas do tipo disco são compostos por módulos e podem ser usados tanto em instalações autônomas quanto em grupos com capacidade total de vários megawatts. As calhas parabólicas são de longe a tecnologia de energia solar mais avançada e provavelmente serão usadas em um futuro próximo. As usinas do tipo torre, devido à sua capacidade eficiente de armazenamento de calor, também podem se tornar usinas de energia solar em um futuro próximo. A natureza modular das "bandejas" permite que sejam utilizadas em instalações menores. Torres e "pratos" permitem atingir valores de eficiência mais elevados para a conversão de energia solar em energia elétrica a um custo inferior aos concentradores parabólicos. No entanto, ainda não está claro se essas tecnologias serão capazes de alcançar a redução necessária nos custos de capital. Concentradores parabólicos são agora uma tecnologia comprovada, esperando sua chance de serem aperfeiçoados. As usinas de energia em torre precisam demonstrar a eficiência e a confiabilidade operacional da tecnologia de sal fundido usando helióstatos baratos. Para sistemas do tipo gatilho, é necessário criar pelo menos um motor comercial e desenvolver um concentrador de baixo custo.
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