Turbinas de S-CO2 podem revolucionar a geração de energia solar concentrada

26 de janeiro de 2022
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Por Gustavo Minari – Editado por Douglas Ciriaco – CanalTech – 19 de Janeiro de 2022 Reprodução/SwRI)

Pesquisadores do Southwest Research Institute (SwRI), nos EUA, desenvolveram uma nova turbina a gás de dióxido de carbono supercrítico (S-CO2), capaz de gerar energia solar concentrada (CSP).

O projeto faz parte do programa APOLLO do Departamento de Energia dos Estados Unidos, criado para melhorar o desempenho e reduzir os custos de usinas baseadas nesse sistema.

Essa tecnologia combina ciclos de energia do dióxido de carbono supercrítico com dispositivos integrados de armazenamento térmico.

Nos primeiros experimentos realizados pela equipe, as turbinas com capacidade para gerar 10 MW completaram os testes de desempenho e resistência em ambientes fechados com sucesso.

Esquema de funcionamento de uma usina de energia solar concentrada (Imagem: Reprodução/SwRI)

“A utilização do S-CO2 pode aumentar a eficiência de uma planta CSP em até 10 pontos percentuais.

Sua alta eficiência de ciclo também permite que a turbina ocupe um espaço muito menor — cerca de 1/20 do tamanho de uma turbina a vapor padrão — possibilitando sua uma instalação em qualquer ambiente”, explica o pesquisador Jason Wilkes, coautor do estudo.

Dióxido de Carbono Supercrítico

O termo “supercrítico” se refere ao estado semilíquido do dióxido de carbono quando ele é submetido a um valor acima do limite de temperatura e pressão, fazendo com que ele se comporte como um gás, mas mantenha a densidade de um líquido.

Essa característica permite que as turbinas funcionem com uma eficiência térmica muito superior.

Turbina a gás de dióxido de carbono supercrítico (Imagem: Reprodução/SwRI)

Outra vantagem é que o dióxido de carbono supercrítico é atóxico e não inflamável, além de já ser utilizado pela indústria há bastante tempo em processos de lavagem a seco, nos sistemas de refrigeração com baixas emissões de gases de efeito estufa, ou até mesmo para descafeinar café.

“As propriedades do fluido de S-CO2 em seu estado supercrítico tornam esse material inovador incrivelmente eficiente para gerar energia elétrica devido à sua alta densidade, baixa viscosidade e propriedades favoráveis de transferência de calor em condições adversas”, complementa Wilkes.

Turbinas menores e mais eficientes

A tecnologia desenvolvida pelos pesquisadores utiliza espelhos ou lentes especiais para concentrar uma grande quantidade de luz solar em receptor.

Esse dispositivo converte a luz concentrada em calor, extraindo a energia térmica para gerar eletricidade usando turbinas movidas a vapor.

As turbinas de S-CO2 possuem uma fração do tamanho de turbinas convencionais (Imagem: Reprodução/SwRI)

Esse sistema consegue armazenar a energia em forma de calor, que depois pode ser convertido em eletricidade sob demanda, utilizando os ciclos do dióxido de carbono supercrítico.

Isso garante uma eficiência melhor da rede de abastecimento e reduz os custos operacionais de produção de energias renováveis.

“As turbinas baseadas no ciclo de potência do dióxido de carbono supercrítico possuem apenas uma fração do tamanho de turbinas convencionais, além de oferecer uma eficiência de 30% a 60% superior em comparação com as turbinas usadas atualmente em termoelétricas movidas a gás natural”, encerra Jason Wilkes.

Fonte: Southwest Research Institute

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