Energia heliotérmica

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A energia heliotérmica, após o processo de concentração dos raios solares e a subsequente transmissão do calor para o fluido térmico, a energia solar térmica passa por uma transformação em energia elétrica. Além disso, o calor remanescente, transportado por meio de um circuito de refrigeração independente, onde ocorre a condensação do vapor, permitindo seu retorno ao estoque de água.

Essa etapa do processo, muito semelhante àquela utilizada em outras usinas de energia. No entanto, a distinção ocorre no tipo de fonte de calor utilizada. Enquanto nas usinas termoelétricas convencionais o vapor gerado – a partir da queima de combustíveis fósseis – nas usinas de energia heliotérmica. Assim, obtido exclusivamente a partir do calor gerado pelo acúmulo dos raios solares.

Entretanto, devemos ressaltar que a energia heliotérmica, proveniente dos sistemas solares térmicos, pode ser utilizada para a geração de eletricidade. Para atingir esse objetivo, há a necessidade de alcançar temperaturas relativamente altas.

Essas temperaturas, podem ser alcançadas por meio da concentração da radiação solar em uma área reduzida ou em partes específicas das superfícies coletoras. Essa concentração é realizada com o auxílio de espelhos especiais.

Assim nos últimos anos, os avanços tecnológicos nessa área têm permitido que sistemas movidos a energia solar, como os baseados em espelhos parabólicos, torres de energia solar e discos solares, contribuam significativamente para a produção de eletricidade a partir da energia heliotérmica. Em todas essas tecnologias, a energia solar, direcionada para um ponto específico através de um meio de aquecimento, como água ou óleo, que então aquecido por um gerador de vapor e utilizado para acionar geradores de vapor que, por sua vez, geram eletricidade.

Energia heliotérmica, situação no Brasil

De acordo com a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), a matriz elétrica brasileira, composta principalmente por energia hidrelétrica (68,1%), seguida de biomassa (8,2%), energia eólica (5,4%), energia solar (0,01%), gás natural (9,1%), derivados de petróleo (3,7%), energia nuclear (2,6%) e carvão e derivados (2,9%). Apesar da baixa participação da energia solar na matriz atualmente, houve um aumento de 8o% em 2022. Dessa maneira, demonstrando o avanço constante dessa fonte de energia, mesmo em meio à crise econômica e à falta de incentivos na área.

O Brasil, por estar localizado em uma região tropical, apresenta pouca variação nas taxas de incidência solar ao longo do ano, tornando seu território altamente propício para a instalação de sistemas que aproveitam a irradiação solar como fonte de energia, entretanto, podemos perceber que há uma subutilização desse modal.

Energia heliotérmica: Espelhos Parabólicos

A tecnologia utilizada dos espelhos parabólicos, considerada a mais madura entre as tecnologias atualmente disponíveis na energia heliotérmica. Esses sistemas, compostos por um conjunto de espelhos curvos interligados em formato parabólico, podendo atingir até 100 metros de comprimento.

Esses espelhos, conectados a um sistema de rastreamento que acompanha o movimento da radiação solar em um único eixo, formando canais com várias colunas paralelas de norte a sul. Cada refletor possui um diâmetro de aproximadamente 5 a 6 metros.

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Calhas parabólicas com fluido de transferência de calor de sal fundido de alta temperatura. Ao circular sais fundidos dentro dos receptores de calha parabólica, podem aproveitar os benefícios consideráveis do armazenamento direto de energia térmica e temperaturas de trabalho de até 565°C.

Espelhos tubulares parabólicos, usados para coletar a luz solar e concentrá-los em um tubo transparente que passa por cada recipiente. O suporte gira durante o dia para manter o espelho focado, seguindo a órbita do sol. Como resultado, o líquido (óleo) que circula na tubulação é aquecido e vaporizado por meio de um trocador de calor.

O vapor, por sua vez, alimenta uma turbina a vapor, que gera eletricidade. A energia fornecida diretamente à rede elétrica. Entretanto, o seu excedente pode ser armazenado na forma de calor para continuar o fornecimento à noite. Ou a depender da região canalizado para uma usina de dessalinização de água do mar próxima.

Energia heliotérmica: Torre de Energia Solar

Outra tecnologia utilizada na energia heliotérmica é a dos espelhos tubulares parabólicos. Esses espelhos são responsáveis por coletar a luz solar e concentrá-la em um tubo transparente que passa por cada refletor. Para manter o espelho focado no sol, o suporte do sistema gira durante o dia, acompanhando a trajetória solar.

O conjunto de espelhos planos distribuídos – geralmente – na forma de campo circular, sendo esses controlados eletronicamente para rastrear o sol. Os espelhos se movem em dois eixos de forma independente, refletindo o máximo de radiação possível para um receptor de calor, localizado no topo da torre central.

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A usina Cerro Dominador, Chile, ocupa uma área circular com mais de 700 hectares (Fonte).

Dessa maneira, ao absorver o calor em temperaturas de 800°C a 1.000°C o receptor o transfere para um fluido circulante (vapor, ar ou sais fundidos). O fluido aquecido, conduzido a um bloco de potência, onde o vapor superaquecido é gerado acionando uma turbina e gerando eletricidade.

Todavia, as altas temperaturas que esse sistema é capaz de atingir permitem a utilização de turbinas de alta potência o que lhe proporciona maior eficiência de conversão de energia mecânica na turbina a vapor em energia elétrica no gerador.

Energia heliotérmica: Disco solar

O disco solar utiliza um conjunto de espelhos para refletir e concentrar a luz solar no receptor, atingindo a temperatura necessária para o funcionamento eficiente da conversão de calor. Esse sistema requer que o disco solar siga o sol em dois eixos. A radiação solar concentrada, absorvida pelo receptor e transferida para uma máquina, como uma máquina Stirling, que converte diretamente o calor em eletricidade.

Após o processo de concentração dos raios solares e transferência de calor para o fluido térmico, a energia solar, convertida em energia elétrica. Dessa maneira, o excesso de calor restante, direcionado para um circuito de refrigeração separado, onde ocorre a condensação do vapor, permitindo que ele retorne ao reservatório de água.

A radiação solar reflete do concentrador para um receptor central, aquecendo um fluido térmico circulante. O fluido aquecido então passa por um trocador de calor para criar água quente, vapor de alta temperatura ou outros fluidos de alta entalpia (Fonte).

Esse processo, semelhante ao utilizado em outras usinas, com a diferença de que, em uma usina termoelétrica convencional. Assim, o vapor gerado pela queima de combustíveis fósseis, enquanto em uma usina de energia heliotérmica. Assim, sendo obtido por meio do calor proveniente da concentração dos raios solares.

Portanto, o processo de concentração dos raios solares e a subsequente transformação em energia elétrica na energia heliotérmica seguem princípios semelhantes aos de outras usinas. No entanto, a fonte de calor utilizada é exclusivamente o calor proveniente da concentração dos raios solares, diferentemente das usinas termoelétricas convencionais que queimam combustíveis fósseis.

Referências:

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