Sete novas tecnologias ou formas para captar, estocar e utilizar a energia solar de forma eficiente e confiável
Resumo e justificativas
Inicialmente, peço-vos desculpas, pois sei que este artigo é um pouco longo (29 páginas), talvez ou necessariamente para desestimular os apenas “curiosos” (o resumo já é bem detalhado), além de bem especificado e até de difícil leitura imediata e não-programada, mas suplico paciência para vossas atenções fundamentais (também há muitos termos, acho que até então desconhecidos pela maioria e alguns links técnicos em português e em inglês). Ele foi construído com muito carinho e muitas pesquisas (a maioria, infelizmente, externas) para reconhecimentos, analises e consultas por nossos técnicos, parceiros e até empresários ou mesmo para apresentar e até desafiar meus leitores freqüentes (graças a vocês, sou o 2º mais lido do site, o que muito me honra) sobre o que há de mais moderno em termos de diversas energias solar mais muito da moderna, rápida e eficiente singaseificação limpa e realmente rápida para a produção de singas com bom teor de hidrogênio (até 45%) altamente energético em até 20 minutos (não da lenta gaseificação para biogás entre 17 e 41 dias e com até 45% de metano), a partir das aqui chamadas de matérias-primas sujas (biomassas cultivadas, ou não, para tanto mais resíduos de seus processamentos, podas de jardins e de árvores, sobras de alimentos, detritos e resíduos de chão-de-fábrica, quaisquer lixos, fezes animais e humanas, esgotos etc., todas pré-desidratadas, pré-misturadas e até pré-enriquecidas no local); mais um pouco de eólicas e outras energias. Propomos apresentar apenas parte das tecnologias modernas, baratas, realmente sustentáveis e muito eficientes para projetos socioambientais/energéticos também de mini, pequeno e médio porte, simples ou híbridos, desde que realmente sustentáveis, honestos, em benefícios reais do futuro da humanidade e para permitir ao Brasil ser, mais uma vez, exemplo ambiental e energético para o Mundo.
Assim, para tanto, este artigo na forma de diagnostico, apresenta sete (7) novas tecnologias, dentre outras, já funcionando plenamente ou em pesquisa e desenvolvimento final e que irão ampliar as capturas e os usos (próprios ou principalmente para vendas), honestos e reais (até 30 anos de usos e por até 24 horas/dia nos sistemas híbridos e alguns pelo Sistema de gerenciamento térmico Termoflex por 22 horas/dia e até fora da rede) da energia solar em prol, real, do meio ambiente e do futuro da humanidade. Ele bem detalha as seguintes formas de captura/utilizações para a mesma fonte:
1) Fluidos Minerais e alguns Óleos Vegetais super refinados, altamente estocadores térmicos circulantes que aquecem entre 370º C e 600º C entre 5 e 40 minutos em sistemas coletores térmicos solar e/ou em singaseificadores rápidos e altamente eficientes das chamadas matérias-primas sujas e/ou em caldeiras (bem descritas no inicio) mais em “fire tubes” e similares; fluidos esses que, após aquecidos, demoram de 4 a 15 horas/ciclo térmico para esfriar, produzindo, via vapor, aquecimento direto e/ou refrigeração reversa e/ou eletricidade e/ou dessalinizações rápidas até precisar de nova recarga térmica ou de forma continuada;
2) Calhas Parabólicas (raio igual) captadoras anteriores, simples ou duplas, mas já altamente concentradoras térmicas solar (possível temperatura na caixa-coletora térmica, acima e próxima e situada entre 80 e 110 cm acima ou adiante e de até 50 vezes mais do que na sua base) mais para produção rápida de água quente até 220º C (opcionalmente para fluido térmico circulante até 370º C), tudo para aquecimento/refrigeração/geração elétrica/dessalinização;
3) Calhas Parabolóides (semi-elipticas ou ovais) recentes e duplas, captadoras e altamente concentradoras térmicas solar (possível temperatura de até 70 vezes mais na caixa-coletora especial térmica e próxima, situada entre 60 e 80 cm acima ou adiante, do que na base) mais para a produção rápida de fluido térmico circulante ou estocável em até 370º C para uso por até 22 horas/dia – Sistema Termoflex - ou de água quente para uso diurno com temperatura de até 220º C (inclusive nas usinas DSG), tudo para aquecimento/refrigeração/geração elétrica/dessalinização (aqui com previstos usos de nossa futura caixa-estufa coletora inovadora, hermética e captadora térmica em mais +10% a +15% do que na anterior - patente solicitada);
4) Sistema produtor térmico RURAL e HIBRIDO (acoplado à Rede, ou não, que neste caso se chama de “off-grid”) de captura ideal heliotérmica solar intensa (em alguns casos e locais, também possível com captura fotovoltaica, inclusive com algumas baterias) mais singaseificador rápido de matérias-primas sujas – pré-desidratadas e pré-misturadas/enriquecidas - mais possível minieólico mais possível PCH etc.. em pequenos e médios projetos no mesmo local ou grupal ou de vizinhos - para aquecimentos ou geração elétrica principal ou complementar (se ligado à rede no sistema “grid-tied” ou “on-grid”), tanto via reaquecimento de fluido térmico circulante a 370º C por até 24 horas/dia (somente possível nos híbridos), como por água quente até 220º C por 6 a 10 horas/dia, isto em locais com poucos residentes e/ou baixa insolação e/ou muita poluição/sombras/chuvas/florestas e/ou isolados e/ou com difícil acesso;
5) Sistema produtor térmico URBANO ou PERIURBANO HIBRIDO (acoplado à Rede) de pequeno ou médio porte, de captura ideal em calhas com fluido térmico para produção de vapor (geração rankine) e/ou, opcionalmente até em sistema solar fotovoltaico com poucas baterias, tudo para capturas mais gerações hibridizadas/somadas com aquecimento sou gerações por singaseificador rápido e eficiente, locais ou externos, de poucos a médios volumes das aqui chamadas matérias-primas sujas e/ou em caldeiras (bem descritas no inicio) e a serem instalados em locais com pequena área disponível ou com baixa oferta somada de resíduos ou com altos riscos para instalação de singaseificadores com singas para pequenas moto-gerações despoluídas (grupo de residências, prédios residenciais e públicos, condomínios, shoppings, presídios, pequenas agroindústrias, clubes, escolas, hospitais, postos de combustíveis etc..) ou de não possível instalação de turbinas das calhas solar; e para finalidades múltiplas (aquecimento predial direto, inclusive de piscinas, e/ou refrigeração reversa por chiller de absorção e/ou geração elétrica própria, compensável no “grid-tied” ou para vendas à rede e/ou dessalinização rápida de água salgada). Alternativamente, o grupo ou condomínio ou a construtora pode realizar a sua singaseificação e/ou de vizinhos em outros locais mais baratos e mais amplos (lotes, areas rurais, contêineres como nos EUA e no norte da Europa) e de lá entregar ou vender apenas a eletricidade à rede (sistema “grid-tied”) para receber/compensar na conta do prédio ou dos locais acima;
6) Usinas mistas solar/petroquímicas (diesel ou gás natural) para aquecimentos continuados de fluidos térmicos para usos por até 24 horas/dia e/ou de água quente para usos diurnos (também para aquecimentos ou gerações elétricas) e/ou com geração complementar pelo GLP ou gás natural em turbinas a gás;
7) Novíssimo sistema solar não-misto e não-hibrido – ainda sem dados comparativos de eficiências e de custos - para captura térmica solar na primavera e verão para estocagens e usos noturnos (como nos atuais fluido térmicos acima) no próximo inverno e/ou por até 18 anos.
Notas explicativas:
Antes de leres este artigo é recomendável a leitura do meu artigo anterior “vem ai, a barata e confiável energia solar parabólica de pequeno porte” neste mesmo site e com acesso pelo link a seguir: https://www.agrolink.com.br/colunistas/coluna/vem-ai--a-barata-e-confiavel-energia-solar-parabolica-de-pequeno-porte_411821.html .
Repetindo o aviso do artigo anterior, em absoluto, não quero nem estou jogando pedra nas vidraças dos outros, mas apenas divulgando as evoluções cientificas e cobrando pela seriedade cientifica e por resultados dos propósitos industriais, comerciais e governamentais, tudo pela necessária revolução ambiental mais evolução humana, honestas e sérias e, com que todos, certamente, mais do que concordam.
Em meus 14 livros publicados pela antiga BMF-Bovespa sobre as cadeias dos agronegócios (“e-books” não mais disponíveis) entre 2002 e 2007 sempre iniciei com o prefácio do eminente cientista e autor, Prof. Peter Drucker, que conheci pessoalmente e que citava que os técnicos, os executivos e as empresas vencedoras seriam, cada vez mais, movidos apenas pelos conhecimentos (inicio do conceito mundial de “think tank”) e que seus funcionários e diretivos podiam tudo, menos serem desonestos com seus clientes/acionistas nem terem preguiças de leitura nem obsolescência de conhecimento. Tal obsolescência fatal viria cada vez mais cedo (em ciências e negócios, a cada 3 a 5 anos, pois tudo muda muito rápido e muitos, mesmo que bem avisados, ainda acham que sabem, mas, na pratica, já estão desatualizados e até desconhecedores, se tornando facilmente substituíveis/descartáveis/não-promovíveis). Vale muito a pena ver acerca em: http://www.administradores.com.br/artigos/carreira/peter-drucker-03/22608/ mais em: http://www.folhavitoria.com.br/economia/blogs/gestaoeresultados/2015/08/14/trabalhadores-do-conhecimento-a-visao-de-peter-drucker/ mais em: https://core.ac.uk/download/pdf/30369886.pdf .
Também, neste artigo, além de incentivarmos e de muito colaborarmos para a causa ambiental, social e a sustentabilidade real dos projetos (principais credos), nossos principais objetivos são muito contribuir - orientando e incentivando - para reduzir a demanda brasileira pelas atuais energias não-sustentáveis (algumas renováveis) e com altas perdas e altos custos, de implantação/manutenção -, tudo de forma progressiva mas rápida, consistente, responsável e honesta e via implantação de milhões de mini, pequenos e médios projetos ambientais-energéticos “caseiros”, prediais, condominiais, agroindustriais, industriais etc..
Ao optar pelas energias – hoje sabidamente não-sustentáveis – hidroelétricas, termoelétricas, petróleo e gás, o Brasil ampliou muito seu conhecimento apenas focado, mas também seus custos de distribuição e idem as perdas de transportes e de distribuição energética, o que não ocorrerá em nossos micros, pequenos e médios projetos aquecedores, refrigeradores, geradores, dessalinizadores etc.. humildes, mas locais, grupais e micro-regionais.
A maioria das nossas hidroelétricas e PCH (também algumas fazendas eólicas e solar heliotérmicas de médio e grande porte) situam-se no interior e em locais com muitas chuvas, muitas florestas, declives/aclives acentuados e, pior, muito distantes dos principais centros consumidores e industrializadores/processadores (cerca de 80% da população brasileira mora até 300 km da beira-mar). Pelo lado de nossos sustentáveis projetos solar – simples ou híbridos – ou para singaseificação rápida e altamente eficiente de matérias-primas sujas a idéia é produzir muito aquecimento ou energia elétrica para usos locais ou no máximo a 30 km de distância entre a fonte e o consumo (ou entrega a rede).
Com isto, além de aumentarmos a oferta local ou micro-regional (baratas, seguras e com menos quedas de ofertas) e de reduzirmos a demanda total (permitindo maior desenvolvimento do País), pretendemos liberar as novas e grandes ofertas – sobretudo pelas futuras grandes fazendas eólicas e solar heliotérmicas, desde que realmente sustentáveis e com baixos custos e perdas mínimas - para novos projetos de desenvolvimento socioeconômico ambientalmente corretos do País. Também, boa parte de nossa produção e de industrialização agropecuária ainda se mostra elevadamente poluente, em que pretendemos e podemos muito contribuir para reduzir/mitigar/eliminar tais níveis nos antigos e novos projetos, tanto rurais, como agroindustriais.
Assim, em termos ambientais reais e imediatos mais produtivos de carnes, lácteos, ovos, peixes, legumes e frutas processadas/embalados etc.., imaginem o grande impacto positivo que possibilitaremos ao limpar e transformar rápida e sustentavelmente (em até 20 minutos e apenas eliminando vapor e CO2 normais), a maioria das fezes, camas, detritos industriais e de chão-de-fábrica das milhares de granjas e de processadoras do País, de qualquer porte.
Além disso, há de se devolver muita água quase limpa (via máquinas rápidas e eficientes indianas e chinesas, chamadas de CDDM (“cow-dung dewatering machine”) ou apenas “cow dung” (ainda inexistentes no Brasil) para re-tratamentos e reusos locais. Melhor ainda é que cada projeto poderá gerar seus próprios aquecimentos diretos mais refrigerações indiretas mais gerações próprias pelas singaseificações rápidas das aqui chamadas de matérias-primas sujas. Enquanto no singaseificador o tempo de trânsito total até a produção de singas cm alto teor de hidrogênio (o combustível do futuro), já totalmente limpo e purificado, varia de 5 a 20 minutos, no antigo biogaseificador de fezes e de lixos triturados demora de 17 a 42 dias para produzir metano (um combustível do passado, altamente poluente e com alto nível de risco de produções e de usos em locais inadequados).
É este o futuro brilhante que prevemos e lutamos pelo Brasil e que será, mais uma vez, lição ambiental e energética para o Mundo.
Antes de entrarmos no mérito principal (pequenas e médias plantas rurais ou urbanas/periurbanas, aquecedoras ou geradoras unitárias, grupais, condominiais e até prediais), vejamos a seguir um pouco sobre o crescimento constante das captações solar heliotérmicas no Mundo (a maioria em calhas PTC e para reaquecer fluidos térmicos circulantes) em moderníssimas, caríssimas, grandes e até gigantes usinas em muitos países (ainda não temos tais técnicas e plantas no Brasil, mas há algumas recentes e grandes no Piauí, na Bahia e em Minas Gerais, mas todas ainda com captura fotovoltaica e por 6 a 10 horas/dia).
Sempre é bom lembrar que, segundo o Depto. de Engenharia Elétrica e Computação da Universidade da Universidade de Illinois (EUA), as capturas térmicas solar do tipo heliotérmico em calhas, discos ou espelhos etc.. do tipo CSP (“Concentrated Solar Power”), altamente refletoras e concentradores térmicos de fluidos térmicos reaquecíveis, circulantes ou estocáveis no sistema TES (“Thermal Energy Storage”), além de permitirem a geração durante os períodos de maior demanda e/ou até sem sol a plena carga de irradiância (períodos vespertino, noturno ou em dias nublados, com chuvas, granizos, com sombras, areias e poeiras etc.. aumentam “consideravelmente” (possíveis +35,9%) o valor econômico da energia produzida e podem compensar os custos adicionais de investimento em tais heliotérmicas (aquecendo ou gerando por até 22 horas/dia como previsto no Sistema Termoflex com fluidos térmicos, o mais usado – vide a seguir), ante as capturas (não gerações) e valores das usinas fotovoltaicas de médio e grande porte (não as caseiras e grupais), que também estão crescendo muito ultimamente em países e locais com alto nível de captação horária.
Tais usinas recentes no Brasil para capturas apenas fotovoltaicas estão ampliando, mesmo sem as caríssimas estocagens em baterias, isto é, só aquecendo ou gerando por até 10 horas/dia (crescimentos esses somente graças aos sistemas “grid-tied” (ou “on grid”), ou seja, de forma compensada, pois são necessariamente ligadas e, muitas vezes, altamente dependentes da rede fornecedora usual, estas muito mais baseadas em energias não-sustentáveis. Assim, sem entrar no mérito, as concorrentes suspeitam que o maior objetivo de tais fotovoltaicas e/ou aquecedoras, de todos os portes e locais, sejam apenas a importação e a venda de painéis solar mais seus inversores, baterias e outros componentes e, pior, que podem ser itens já reciclados e até com elevado risco ambiental (vide acerca a seguir). Igualmente, infelizmente, tais painéis solar fotovoltaicos ou apenas captadores térmicos, além de terem baixo nível de captação bruta de no máximo 360W (watts hora) por painel são caríssimos e têm baixo rendimento real e apenas cerca de 15,0% de captura elétrica e isto mesmo nas usinas de médio e grande porte (vide diversas provas a seguir).
Segundo o site Energias Renováveis há potencial elevadíssimo para as energias sustentáveis no Brasil (ainda chamam de renováveis, embora nem toda a energia sustentável seja realmente sustentável como se vê na maioria das hidroelétricas, etanol, biodiesel e até em algumas solar, eólicas etc..).
Segundo eles “há um potencial solar somente fotovoltaico gerador elétrico gigante de 28.500 GWh (talvez incluindo aquecimentos equivalentes) mais de 440 GWh da geração eólica mais apenas de 172 GWh de novas hidroelétricas no Brasil”.
Ainda segundo eles, “90% dos brasileiros sonham em gerar a própria energia e os entes públicos devem ajudar a realizar essa meta” (no que concordamos). Contudo, reclamam muito que as grandes geradoras elétricas convencionais mais as distribuidoras locais fazem tudo para dificultar o avanço das energias sustentáveis no Brasil (solar de qualquer tipo, mais fotovoltaicas mais biomassas etc..), pois temem perder mercado comprador, sobretudo, com o forte avanço previsto dos sistemas próprios ou grupais. Vide artigo “Lobby no Brasil quer impedir crescimento da energia solar fotovoltaica” em: https://www.portal-energia.com/lobby-no-brasil-quer-impedir-crescimento-da-energia-solar-fotovoltaica/ .
Em termos de custos comparativos, diversas plantas recentes, apenas fotovoltaicas, de médio e grande porte no Mundo tiveram custos médios parecidos com as recentes do Brasil – abaixo - entre Us$ 0,85 milhão/MWh e Us$ 1,7 milhões/MWh (exclusive custos com entregas reais, fora as elevadas perdas de captações, transporte e distribuição final - vide a seguir caso da China).
Contudo, as usinas heliotérmicas completas (captura e intensa reflexão/concentração solar para reaquecimentos fluidos térmicos circulantes ou estocados – tipo Termoflex - para gerações rankine por vapor), mas para realmente gerar com alta segurança de oferta e por até 22 horas/dia (e não captar por 6 a 10 horas/dia com baixa segurança de oferta diária), chegam a custar, atualmente, após seguidas quedas de preços, entre US$ 3,0 milhões/MWh e US$ 5,0 milhões/MWh (inclusive custos com entregas e também com elevadas perdas), a depender da tecnologia e do local.
Entretanto, na pratica, é muito difícil checar e comparar tais custos e tais tecnologias e seus resultados reais, pois se tratam de segredos e de estratégias empresariais (quase um tabu).
Em termos percentuais (%) de eficiência final da captura solar para geração por diversas formas (excluindo perdas de captura e perdas geradoras e transmissoras), os melhores resultados obtidos e detectados, pela ordem, em usinas de Almeria (Espanha) e também em Las Vegas - Nevada (EUA) foram:
1) Usinas parabólicas com geração hibridas do tipo PTC-GT (calhas “Parabolic trough collector”, mas para acionar turbina a gás, tipo GT “gás turbine”) com rendimento aproximado de 44% (calhas parabólicas coletoras e concentradoras em que o ar comprimido após a geração e na saída do compressor é direcionado para o campo solar, onde é pré-aquecido antes de entrar na câmara de combustão de turbina a gás, sendo que o ciclo de vapor não é modificado);
2) Usinas solar com espelhos e torres centrais também com gerações hibridas do tipo CT-air (Torre Central = Central Tower captadora da média reflexão/concentração de espelhos ao longe, mas para ar comprimido) com 42% de rendimento (espelhos refletores para torres centrais para aquecimento e maior pressionamento de ar - vide antes);
3) Usinas parabólicas com geração simples a vapor do tipo PTC-DSG (calhas “Parabolic trough collector”, mas para aquecimento direto de água para vapor – tipo DSG “Direct Steam Generation” simples e diurno - vide após) com rendimento de 32% (calhas parabólicas coletoras e concentradoras e com geração direta por vapor);
4) Usinas simples do tipo CT-DSG (Torre Central = Central Tower, captadora da média reflexão/concentração de espelhos ao longe, mas para aquecimento direto de água para vapor – tipo DSG “Direct Steam Generation” simples e diurno - vide após com 30% (espelhos refletores para torres centrais e com geração direta com vapor);
5) Bem abaixo ficaram os rendimentos finais das Usinas simples do tipo LFR-DSG (discos refletores Fresnel lineares - tipo LFR “Linear Fresnel Reflectors”, mas para aquecimento direto de água para vapor – tipo DSG “Direct Steam Generation” simples e diurno - vide após) com rendimento de 22% (discos refletores lineares Fresnel e com geração direta com vapor);
6) Usinas hibridas do tipo LFR-GT (discos refletores Fresnel lineares - tipo LFR “Linear Fresnel Reflectors” e acionando uma turbina a gás – tipo GT “gás tubine”) com rendimento final de apenas 9% (discos refletores lineares Fresnel com a geração (calhas parabólicas coletoras e concentradoras em que o ar comprimido após a geração e na saída do compressor é direcionado para o campo solar, onde é pré-aquecido antes de entrar na câmara de combustão de turbinas a gás, sendo que o ciclo de vapor não é modificado);
Atualmente, há dezenas de usinas heliotérmicas de grandes a gigantes portes para produções de aquecimentos e gerações elétricas e por até 22 horas/dia no Sistema Termoflex – vide após (sendo de 6 a 15 horas dia sem a presença do sol e graças às elevadíssimas e altamente eficientes, mas caríssimas, estocagens termoquímicas-elétricas pelos fluidos térmicos). Há usinas gigantes no Mundo para gerar desde 30 MWh até 1.500 MWh.
Em 2016, segundo o Depto de Engenharia Elétrica e Computação da Universidade de Illinois – EUA (https://courses.engr.illinois.edu/ece333/fa2017/handouts/Lecture17.pdf ), a geração total por usinas concentradoras solar captadoras com espelhos, calhas, discos solar etc.. (usinas CSP “Concentrated Solar Power”) e com estocagens térmicas por fluidos circulantes (“TES - Thermal Energy Storage”) já atingia 5,01 GWh (5.017 MWh), liderados pela Espanha, EUA e Austrália e, mais recente, pela China, Japão e Emirados Árabes.
Diferentemente da captura térmica direta ou da energia fotovoltaica em tubos evacuados ET (“evacuated tubes” ou “pipe tubes”) ou em placas planas FT (“flate plates”) ainda com altíssimas perdas, pouca eficácia real, baixa vida útil e altos custos), as tais usinas heliotérmicas - embora bem mais caras no inicio – captam com menores perdas a energia solar por 6 a 10 horas diurnas e após a refletem e a concentram para promover aquecimentos térmicos de fluido térmicos circulantes a serem estocados localmente, principalmente para possibilitar gerações elétricas efetivas - mesmo sem sol - e por até 22 horas/dia pelo chamado Sistema Termoflex (já sendo possível estocar por 01 a 30 anos – vide ultimo capitulo) e em alguns casos de água quente (usinas aquecedoras/refrigeradoras ou geradoras do tipo DSG - vide a seguir).
O Brasil já tem 04 usinas do tipo apenas fotovoltaico por custos baixíssimos e em locais com elevada irradiância diária comprovada (o que pode compensar as tais perdas elevadas -, como descritas a seguir em projetos também fotovoltaicos na China -, pois são usinas bem no interior dos Estados), sendo duas da italiana ENEL Green Power (ENEL Brasil) próximas à cidade de Bom Jesus da Lapa – BA (usina BJL para captar 80 MWh mais usina Lapa para 78 MWh), totalizando 158 MWh (baixíssimo custo de Us$ 175 milhões – igual a US$ 1.100 mil /01 MWh – com 500 mil painéis, mas apenas para captação fotovoltaica e diurna).
Uma terceira foi inaugurada, recente, pela mesma ENEL, em Ribeira do Piauí – alto nível de irradiância real - para gerar 290 MWh (maior usina solar da America Latina e, novamente, com baixíssimo custo de US$ 300 milhões igual a Us$ 1.034 mil/01 MWh) e com mais de 1.000.000 de painéis fotovoltaicos instalados em 690 hectares (novamente somente para capturas diurna – não geradas).
Em setembro/2018, novamente, a ENEL começou a construir uma usina fotovoltaica gigante para captar 475 MW (não gerar) por, previstos, baixíssimos US$ 400 milhões em São Gonçalo da Gurgueia - PI, valor igual a apenas US$ 842 mil/01 MWh, embora para produção elétrica, aparentemente, e somente por 6 a 10 horas/dia.
“No Estado da Bahia, a ENEL já opera 264 MW de capacidade eólica e, atualmente, está construindo os parques solar Horizonte e Ituverava (254 MW), assim como os projetos eólicos Morro de Chapéu (172 MW), Delfina (180 MW), e Cristalândia (90 MW).”
“No total, o Grupo ENEL, por meio de suas subsidiárias EGPB e ENEL Brasil, possui uma capacidade instalada total em renováveis no País de 1.464 MW, dos quais 401 MW de energia eólica, 170 MW de energia solar e 893 MW de energia hidrelétrica, bem como outros 442 MW eólicos e 649 MW solar de capacidade atualmente em execução.”
Recente, em Minas Gerais, a empresa SolaireDirect (parte da ENGIE S.A.) investiu elevados R$ 679 milhões (R$ 5,14 milhões/01 MWh igual a elevados US$ 1,35 milhões/01 MWh para este tipo de planta solar) em um conjunto de 04 plantas para gerar 132 MWh (quatro usinas, com construção progressiva, para gerar 33 MWh cada), mas tudo, novamente, apenas de forma fotovoltaica e com geração apenas diurna, infelizmente.
Com tal penetração das fotovoltaicas gigantes e apenas diurnas (bastante subsidiadas e incentivadas nos leilões da ANEEL mais com empréstimos baratos e em prazo longínquo pelo BNDES e outros subsídios e benefícios estaduais) já se nota o inicio de uma clara briga, até de baixo nível, entre as geradoras tradicionais e estas novas solar apenas fotovoltaicas, ditas, por eles, como “oportunistas”.
Sem entrar nos méritos, as antigas geradoras e distribuidoras tradicionais também reclamam muito, com certa razão, de que as entregas compensadas da geração distribuída de energia pelo sistema “grid-tied” (“on grid”) estão desnivelando os mercados e competindo desigualmente com elas e que têm que arcar com toda a construção e os custos das redes de distribuição até o consumidor final (rede esta usada pelas fotovoltaicas e não querem remunerar adequadamente, acho eu, porque já têm altas perdas de geração e de transportes, como se verá a seguir em usinas similares na China). Além de somente investirem localmente, as fotovoltaicas “grid-tied” geram e entregam a rede, exatamente, nos horários de boas demandas comerciais e até industriais (maiores e melhor remuneradas, sobretudo se forem vendas adicionais – fora do contrato com a ANEEL nos leilões - no chamado mercado livre), enquanto as demais têm que gerar e entregar, obrigatoriamente, por 24 horas mais no mercado cativo (também para a elevada e baixamente remunerada demanda noturna publica, privada e rural) sem poder estocar e, inclusive, havendo que entregar bem mais eletricidade para usos públicos e nos horários da chamada demanda-pico das 18:00 às 21:00 horas (em geral, demandas mais por residenciais), estas com maiores preços de vendas, mas também com maiores custos.
Segundo as geradoras e distribuidoras antigas, “em junho de 2016, apenas 4,4 mil unidades consumidoras do país recebiam créditos por injetar no sistema mais energia do que a consumida (sistema chamado de captação/geração distribuída). Em agosto de 2018, o número da captação/geração distribuída saltou 1.168% ante o anterior, para 51,5 mil. Em 23 de novembro de 2018, já eram 63,5 mil, alta de 23% em três meses. Do total, quase 90% dos créditos são relativos à captura solar por painéis fotovoltaicos. Assim, “nos próximos cinco anos, teremos mais mudanças do que as que ocorreram nos últimos 50”, afirma Dirigente da Entidade das geradoras antigas. O desafio, portanto, é fazer a regulação acompanhar a velocidade das transformações. “Segundo a ANEEL, são adesões de apenas 130 novos sistemas de geração distribuída unitária por dia e, assim, dentro de um universo de 82,0 milhões de consumidores conectados às distribuidoras do país, os 60 mil que recebem créditos (em nov./2018) eram uma gota no oceano”, mas, a meu ver, tudo que amplia muito, e rápido, um dia chega lá”.
Com tal impasse, já se prevê algumas mudanças nos marcos regulatórios da energia solar mais eólica a partir de 2019 e com as fotovoltaicas tendo que pagar um preço justo pelo uso das redes das distribuidoras (inclusive pela não obrigatoriedade de entrega noturna e nas demanda-pico) , sendo tudo negociado ou arbitrado pela ANEEL. Também, os leilões de compra, os subsídios, os prazos dos créditos, gerais, concedidos e os incentivos praticados por alguns Estados podem ser alterados.
Contudo, a bem da verdade, é bom esclarecer que nem sempre estas altíssimas captações solar fotovoltaicas ou captações heliotérmicas para gerações, via fluido térmico para vapor ou mesmo por líquidos de sistemas ORC, chegam aos consumidores, pois há elevados custos com captações e gerações mais significativas perdas com captações, gerações, transportes até a rede coletora e ainda com distribuição etc.. até o consumidor final (quem paga tudo, obviamente, é sempre o consumidor final, inclusive pela geração noturna, mas isto - quando elevado - gera sérios desequilíbrios diretos na socio-economia e, indiretos e bem mais prejudiciais, no meio-ambiente, dai a nossa grande luta pela geração própria ou grupal ou predial ou condominial etc.. em pequenos e médios projetos simples ou híbridos). Sem deméritos, sabe-se que uma coisa é o potencial captador ou gerador de campo e outra, bem diferente, é a entrega real ao consumidor final.
Ao bem da verdade, no caso das capturas solar, tanto nas fotovoltaicas (diurnas e baratas), como na maioria das heliotérmicas (por 22 horas no sistema Termoflex com reaquecimento e estocagens de fluidos térmicos, mas caras) - a maioria de grande porte e distante dos centros consumidores - já há fortes criticas técnico-financeiras de que as elevadíssimas perdas apenas pelos transportes já inviabilizam tais projetos (as perdas detectadas chegam a 86% da geração local em usinas fotovoltaicas, como no vídeo a seguir de grande usina na China). Tais resultados negativos já levam a não mais incentivos pelo Governo chinês para tais tipos de usinas. Tudo isto muito difere de nossas propostas de instalar milhões de pequenos projetos para gerações locais com baixos custos e perdas mínimas, se possível com nossas calhas PTC já parabolóides, duplas e ovais, para reaquecimentos de fluidos térmicos circulantes em até 370º C ou de água quente até 220º C, simples ou hibridizadas, localmente, com a gaseificação eficiente e rápida - 5 a 20 minutos até a geração real (ante 17 a 41 dias pelos biodigestores antigos para biogás) - de matérias-primas sujas - também para fluidos térmicos circulantes, mas agora a 600º C, em projetos tanto unitários ou até isolados, como grupais, prediais, condominiais e coletivos próximas, no máximo até 30 km, e assim, praticamente, sem perdas de transportes elétricos e/ou de gerações.
Ao todo, visando a um futuro mercado gigante e inovador com milhões de futuros mini, pequenos e médios projetos ambientais-energéticos positivos e honestos - isolados ou grupais, com baixas perdas e baixos custos, próprios ou para vendas - no Brasil e na América Latina, já tenho 07 patentes ambientais-energéticas, inovadoras e exclusivas, requeridas para tanto no Brasil com meus melhoramentos técnicos; mais minhas inovações tecnológicas; reduções de porte; reduções de custos com materiais nacionais, tropicais e outros; adaptações para nossas condições etc.., tudo muito bem pesquisado e desenvolvido a partir de máquinas e equipamentos já bem testados e bem funcionando no exterior (mas, a maioria em médio e grande porte - não lhes interessando reduzir -; mais com altos e elevadíssimos custos - mão-de-obra com custos bem mais elevados e pagamentos semanais nos EUA, Canadá, Europa, Japão, Coréia, Austrália e outros; mais ainda com necessários pagamentos de diversos impostos de entrada que inviabilizam suas importações; idem quanto aos difíceis usos seguros e continuados, pois, além de, possivelmente, não se terem peças de reposição garantidas e disponíveis rapidamente, também não há garantias de assistência técnica barata e eficiente no Brasil (tudo isto apenas no aguardo de parcerias, reais e sérias, para as necessárias fabricações e testes de nossos protótipos para as obtenções das necessárias licenças ambientais e industriais, previamente exigidas para se colocar os produtos nas prateleiras negociais).
Vide a seguir link em português para usina heliotérmica de grande porte, fotovoltaica, na China (200 MWh), mas com taxa efetiva de captação de apenas 14,7%, devido à longa distância até a entrega final - https://www.bbc.com/portuguese/amp/vert-fut-45766319.
Assim, também o País e o nosso meio-ambiente são bem melhor atendidos eletricamente com as capturas solar em calhas CSP mais estocagens TES, abaixo melhor detalhadas, do que com outros sistemas de pequeno ou grande porte (captadores fotovoltaicos caseiros e/ou distantes dos locais consumidores).
No Brasil, ao contrário da China e de países da Europa e dos EUA, não se conseguem dados fáceis sobre tais 03 perdas reais, isoladas ou somadas, de cada projeto (quase um tabu) e os imensos potenciais das pequenas e médias gerações solar não-fotovoltaicas hibridizadas com minieólicas mais PCH até em fio d’água/mini-plataformas mais, principalmente, com a singaseificação muito rápida e plena de biomassas e com imensas limpezas ambientais (lixos, fezes animais, esgotos, detritos etc..) - individuais ou coletivas e por até 24 horas/dia nos sistemas híbridos, até fora da rede, com mínimos valores a investir, baixos custos e quase sem perdas -, seguem esquecidas e até perseguidas.
Artigo
Como a demanda energética mundial ainda deve ampliar 140% entre 2000 até 2060, segundo a multinacional Shell (só a população deve ampliar +25%, chegando a 8,0 bilhões), ainda muito tem que ser feito, e urgente, para se obter novas aquecimentos/refrigerações e gerações elétricas sustentáveis nos próximos anos.
Sem deméritos, o Brasil parece que estacionou suas pesquisas e usos com suas fontes energéticas antigas e baratas (hidroelétricas e PCH, a maioria já com sérios problemas ambientais e que impedem novos médios e grandes projetos) e mais recente com o seu gás natural mais o petróleo do pré-sal (todos altamente poluentes, não sustentáveis e escassos), embora tenha aumentado – temporária e até beneficamente - sua fonte energética a partir de produtos agrícolas – apenas renováveis, mas, também, não sustentáveis ambiental e socialmente, como o etanol e biodiesel (altamente concorrentes por terras férteis com a fundamental produção de alimentos).
Além disso, diversos autores afirmam que a era do petróleo, do gás natural e até do carvão estará morrendo/findando nos próximos 30-50 anos, sendo substituída, progressivamente, por novas energias e que o Brasil ainda pouco conhece, pesquisa ou domina (hidrogênio; biomassas cultivadas/certificadas para tanto ou de seus muitos resíduos de processamentos; biocombustiveis de palmáceas mais de raízes renováveis e de madeiras certificadas e renováveis; solar heliotérmica de muitos portes; geotérmica; eólica de muitos portes; energia das ondas e das marés, algumas PCH etc..,) Assim, não faz muito sentido estacionarmos nossa economia na total dependência energética por petróleo/gás/etanol/biodiesel mais incentivarmos nossas empresas e, pior, educarmos nossa juventude e futuros profissionais apenas com visões ambientais-energéticas antigas e já em clara e rápida substituição.
Assim, ainda se vê uma grande “crise de identidade” e de difícil solução do Brasil - ainda pobre ou subdesenvolvido - por ser, ao mesmo tempo, o Pais que detém o maior patrimônio socioambiental em águas circulantes e subterrâneas do Mundo mais de imensas terras férteis (ainda só cultivamos, sem repetições na mesma área, 85 milhões hectares totais, sendo 64 milhões com lavouras de grãos e outros segundo a NASA, isto é, apenas 23% do total disponível e conhecida = cerca de 370 milhões de hectares disponíveis e de 850 milhões hectares totais do País) mais grandes e muitas reservas e florestas gigantes, mas, também ainda é um dos maiores poluidores do Mundo, inclusive muito contribuindo para a continuidade da insustentável poluição mundial, via gás e petróleo.
Os países nossos concorrentes no Mundo pesquisam intensamente, desenvolvem rapidamente e injetam bilhões de recursos em energias alternativas como a solar, térmica, eólica, biomassas cultivadas ou residuais, lixos, marés, hidrogênio etc.. A maioria já quase abandonou a fonte nuclear e quer sair rápido da dependência por gás natural, petróleo e carvão.
Por outro lado, no Brasil, de nada adianta reduzirmos a degradação florestal, agropecuária e ambiental nos campos e nos entornos das cidades e as poluições das cidades, se também expulsamos, crescentemente, os homens dos campos para as periferias das cidades, onde, invariavelmente, eles passam a ser quase uma bomba ambiental, além de consumidora de energias totais e com caro e difícil controle. No Brasil, hoje, cerca de 75% da população já mora a
até 350 km da beira mar e apenas 25% ainda residem nos campos (em alguns estados do Sul, Sudeste e Nordeste – altamente demandantes e de tudo - já cerca de 90% moram próximos ao mar).
Contudo, infelizmente, nem toda a nova energia mundial é realmente limpa ou eficaz como se promete. Por exemplo, sem deméritos (sempre se pode melhorar/surpreender mesmo que em longo prazo) e embora pouco divulgado, a captura solar para aquecimento e/ou para geração elétrica fotovoltaica enfrenta, pelo menos, cinco sérios problemas difíceis de transpor, a não ser que mudando o sol, a saber:
1) Há poucos dias realmente ensolarados no ano, sobretudo nos países mais frios (entre 5 e 21 dias na média de dezembro a fevereiro nos países do Norte);
2) Mesmo nestes dias ensolarados, a captura real somente ocorre por 6 a 10 horas/dia;
3) Mesmo durante este período, a captura eficaz, quase integral, se resume a 3 a 4 horas/dia e isto somente em dias realmente ensolarados (isto é, sem nuvens, sem chuvas ou neblinas, sem neves, sem poeiras ou areia, sem sombras ou poluições etc..);
4) Também, as perdas de captura fotônicas são elevadíssimas (78% a 85%), mesmo utilizando novos compostos minerais mais outros materiais moderníssimos – vide a seguir;
5) As baterias para estocagem da energia fotovoltaica captada mesmo com todas as dificuldades acima, chegam a custar metade do valor dos projetos e somente duram até 5 anos (prazo de validade concedido pelos fabricantes).
Em setembro/2018, o Departamento de Engenharia e Ciência Aplicada da Universidade da Califórnia (UCLA) dos EUA divulgou o resultado inédito de desenvolvimento e de fabricação, em parceria com pesquisadores chineses, de uma nova célula solar recorde e revolucionária, construída por uma mistura de cobre mais índio e gálio em camadas duplas, e com a capacidade recorde de captar, apenas, 22,4% da energia de entrada do sol, ou seja, com elevadíssimas perdas reais de 77,6% de captura. (vide artigo “nova célula solar bate recorde de eficiência” no site http://engenhariae.com.br/category/meio-ambiente/ ).
Vide também a corajosa tese de mestrado em Engenharia Civil pela UNIVATES (atual Universidade Vale do Taquari - Lajeado - RS) em 2015, mostrando, comparando e provando, também com dados do INMETRO, as baixas capturas solar reais em diversas residências de Lageado - RS entre maio e outubro de 2015 por uma série de fatores.
Vide: https://www.univates.br/bdu/bitstream/10737/932/1/2015MateusLongo.pdf (Tese: “Análise da produção de energia elétrica através de sistema fotovoltaicos ligados a rede instalados na cidade de Lajeado/RS”). Principais conclusões: ...A eficiência dos dois sistemas não atingiu a marca esperada....O registro de maior eficiência ocorreu no sistema da Univates no mês de julho com 12,46%, abaixo dos 13,5% aferidos pelo INMETRO que classifica os módulos fotovoltaicos do presente estudo como classe A... .A menor marca de eficiência ocorreu no sistema 85 residencial no mês de outubro (com captura real) de apenas 7,75% que pode ser explicada pela alta incidência de chuva e dias nublados... Percebeu-se que mesmo em meses onde a oferta de radiação é alta, a produção dos sistemas não correspondeu ao esperado devido a altos índices pluviométricos no período...
Também, a bem da verdade e da ciência real, tenho que dizer que as perdas não reveladas com captação e geração de energia eólica chegam a 80%, conforme o exposto pela corajosa e experiente empresa Neolica no seu diagnostico: “Como dimensionar o seu sistema eólico?” disponível no site http://www.neoeolica.com.br/dimensionar.htm .
Igualmente, recente, um reconhecido site brasileiro já alertou para o grande problema ambiental e em ampliação (descartes de painéis fotovoltaicos) que se aproxima no Mundo, em especial no Japão, com milhões de painéis fotovoltaicos sem usos e que não há formas baratas e fáceis de reciclar ou de se descartar. “Em 2016, o Ministério do Meio Ambiente do Japão alertou que o país produzirá 800.000 mil toneladas de resíduos solar até 2040, sendo que o Japão ainda não consegue lidar com esse grande volume de materiais.
Ainda em 2016, a Agência Internacional de Energia Renovável calculou que já haviam 250 mil toneladas métricas de painéis solar no mundo e que esse número iria crescer +75 milhões até 2050. Cientistas disseram que o lixo composto por painéis solar está crescendo muito rápido e com o tempo será um grande problema. No mercado global é possível encontrar diversos tipos de painéis solar, sendo que a maioria desses materiais possui prata, alumínio, vidro e um material elástico chamado de etileno-vinil acetato.
A grande questão é que os painéis de energia solar podem também contar com materiais mais perigosos e em alguns casos podem até causar câncer, como o chumbo e o cádmio. Esses materiais são vedados com vidro e bastante seguro, no entanto, quando o vidro se quebra os painéis acabam se danificando e as substâncias podem vazar. O risco das substâncias perigosas vazar dos painéis solar é maior em locais com clima extremo, especialmente em locais com furacões e granizo”. Vide em https://www.portal-energia.com/paineis-solar-desperdicio/ .
Assim, entendemos que o Governo brasileiro precisa estar bem atento para impedir que tais materiais altamente perniciosos socioambientalmente entrem no País principalmente sob a forma de itens reciclados. Sabemos de antemão que, parece que, algumas empresas asiáticas estão pouco ou nada preocupadas, realmente, em solucionar a questão ambiental no Mundo.
Agora, antes de adentrarmos nos assuntos principais (sete novas tecnologias solar), vejamos – de forma pratica e operacional - um pouco sobre as possíveis demandas de vapor quente para as diversas finalidades aqui previstas com a captura solar simples ou hibrida com a singaseificação rápida e altamente eficiente de matérias-primas sujas (para aquecimentos diretos e/ou refrigerações indiretas por chiller de absorção e/ou gerações elétricas e/ou dessalinizações rápidas).
Como tudo passa pela produção necessária e água quente ou pelo vapor muito quente, vejamos uma oferta típica de turbinas chinesas baratas, com baixo consumo proporcional de vapor quente e pressionado e completas (exceto recuperador de vapor, mas possível de se incluir quando necessário) para gerações elétricas entre 01 KWh e 500 KWh (já descontadas as perdas).
Assim, de forma pratica e realmente operacional, é fundamental que façamos um pequeno estudo técnico preliminar sobre as demandas de vapor ou de água quente para aquecimentos locais e/ou usos industriais e/ou gerações elétricas nas turbinas (com ou sem dessalinização posterior e complementar) “versus” as ofertas necessárias de fluido térmico super aquecido até 370º C com captura diurna e para usos por 4 horas até 15 horas/ciclo ou de água até 220 o C para usos por até 6 a 10 horas/dia em cada calha parabólica ou calha paraboloide ou no gaseificador das chamadas matérias-primas sujas (agora como fluido reaquecido por até 23 horas/dia, circulante ou estocado a 600º C) ou em ambos, de forma hibrida, como veremos a seguir, para produzir tal vapor ou água quente em diversos tipos de projetos, inclusive para dessalinizações e reaquecimentos rápidos e estocados de quaisquer tipos e volumes de piscinas.
Também, modernamente, cada projeto pode ser usado, adicionalmente, para refrigerações locais, via os chamados chiller de absorção (já como partes de muitos projetos solar de laboratórios médicos mais de fabricas de lácteos e até em aeroportos da Holanda, Suíça, Alemanha).
Por exemplo, para gerar apenas 01 KWh em micro projetos, o consumo de vapor é elevado e em torno de 80,0 kg/01 KWh (igual a 0,4 ton. hora/01 KWh ou 80 ton. hora/01 MWh) e com vapor a 180º C e sobre pressão de 01 bar (0,98 mpa). Já para gerar 20 KWh em pequenos projetos para realmente eletrificar por até 22 horas/dia (Sistema Termoflex) até 70 residências classe média ou com consumos médios semelhantes, o consumo de vapor baixa e fica em torno de 53,0 kg/01 KWh (igual a 0,5 t. hora/20 KWh ou 25 ton. hora/01 MWh) e com vapor a 180º C e sobre pressão de 01 bar (0,98 mpa).
Para a geração de 300 KWh em médios projetos para realmente eletrificar por até 22 horas/dia (Sistema Termoflex) cerca de 1.000 residências classe média ou predios/escritorios/condomínios//agroindústrias/clubes/hospital/aeroportos/prisão etc.., o consumo proporcional de vapor baixa e fica em torno de apenas 13,0 kg/01 KWh (agora igual a 2,2 t. hora/300 KWh ou 7,3 ton. hora/01 MWh) agora com vapor a 330º C e sobre pressão de 16 bar = 1,60 mpa (então já possível gerar de forma eficiente e
barata, via projetos simples/isolados e com fluido térmico circulante e reaquecido em até 400º C, em nossas futuras calhas parabólicas ou calhas parabolóides solar, com produção de 60 a 90 kg de fluido super quente/hora por calha coletora/refletidora/concentradora dupla e com apenas 2,00 m comprimento, e/ou em projetos híbridos de solar mais nossos gaseificadores rápidos de pequeno ou médio porte para processar as aqui chamadas de matérias-primas sujas. - já com nossos pedidos de patentes no Brasil).
Para a geração máxima de 500 KWh, também em médios projetos para para realmente eletrificar por 22 horas/dia (Sistema Termoflex) cerca de 1.000 residências classe média ou prédios/ escritórios/condomínios//agroindústrias/clubes/ hospital/aeroportos/prisão etc.., o consumo proporcional de vapor baixa ainda mais e fica em torno de apenas 9,8 kg/01 KWh (igual a 3,2 ton. hora/500 KWh ou 6,4 ton. hora/01 MWh), mas a temperatura necessária amplia muito para 390º C e sobre pressão de 24 bar = 2,35 mpa (agora só possível via projetos com fluido térmico circulante e reaquecido em até 400º C em nossas futuras calhas parabólicas ou calhas parabolóides solar, com produção de 60 a 90 kg de fluido super quente/hora por calha forte coletora/refletidora/concentradora dupla e com apenas 2,00 m comprimento).
No Mundo, há diversos casos documentados de baixos consumos de vapor por turbinas geradoras elétricas e produzido em temperaturas e pressões diferenciadas por diversas fontes térmicas, inclusive por calhas solar.
Iniciemos pelas demandas e ofertas de vapor pressionado ou de água quente medidos em kg hora para gerar 01 KWh liquido.
No Canadá há oferta de turbina especial movida a vapor a 250º C e pressionado a 9 ou 10 bar e com consumo de apenas 6,8 ton./hora de vapor para gerar 1,0 MW igual a apenas 6,8 kg/hora/01 KWh e a 0,11 kg por minuto/KWh) se com recuperação da água (condensado). Quando possível em alta pressão (30-50 bar) e a 400º C, o consumo de vapor reduzia para apenas incríveis 4,6 ton./hora para gerar 1,0 MWh (igual a 4,6 kg/hora de vapor quente e pressionado/01 KWh).
Na Holanda, uma pequena empresa fabrica pequenas turbinas a vapor para gerar de 1,5 KWh a 15,0 KWh. A pequena turbina (custo cerca de 47 mil euros posta no Brasil, mas sem a caldeira) com peso de apenas 25 kg, gira a 26.000 RPM para gerar 15,0 KWh e consome elevados 9,8 kg hora/01 KWh (igual a 9,8 ton./hora/01 MWh e a 0,16 kg/minuto) de vapor com pressão de 10-12 bar e em até 220º C.
Na China, uma empresa de Shandong fabrica micro turbinas baratas - vide mais detalhes após - para gerar desde 01 KWh em micro projetos, o consumo de vapor é elevado e em torno de 80,0 ton. hora/01 MWh e com vapor a 180º C e sobre pressão de 01 bar (0,98 mpa). Já para gerar 20 KWh, o consumo de vapor baixa e fica em torno de 25,0 ton. hora/01 MWh e com vapor a 180º C e sobre pressão de 01 bar (0,98 mpa). Para a geração de 300 KWh, o consumo de vapor baixa e fica em torno de apenas 7,3 ton. hora/01 MWh agora com vapor a 330º C e sobre pressão de 16 bar = 1,60 mpa. Já para a geração máxima prevista de 500 KWh, o consumo de vapor baixa ainda mais e fica em torno de apenas de apenas 6,4 ton. hora/01 MWh, mas a temperatura necessária amplia muito para 390º C e sobe pressão de 24 bar = 2,35 mpa.
Tal empresa de Shandong fabrica e vende, de forma ainda barata (entre US$ 20,0 mil e US$ 50,0 mil FOB CHINA, exceto cerca de mais 35% de impostos totais e de 2 fretes até o Brasil, igual à cerca de US$ 28.000 a US$ 68.000/ud postas no Brasil) 8 modelos de turbinas a vapor incluindo seus geradores para até 500 KWh. Interessante é que o consumo, a pressão e a temperatura do vapor variam conforme a geração média desejada.
Ainda na China diversas outras empresas fabricantes ofertam turbinas geradoras com baixo consumo de vapor entre 5,0 ton./hora e 6,6 ton. hora/01 MWh (no máximo, iguais a 6,6 kg hora para 1,0 KWh).
Há diversas outras ofertas com índices de efetividades e de preços semelhantes por outras empresas da China, da Índia, da Croácia, da Turquia e mesmo do Canadá, dos EUA, estas finais bem mais caras e com raras ofertas para gerar abaixo de 300 KWh (setor muito cartelizado; praticante contumaz de altíssimas margens-de-lucros; fornecedor mais para projetos públicos ou de estatais e muito seletivo dos EUA, Canadá, maioria da U.E., Brasil etc., além de raramente fabricarem para gerar abaixo de 300 KWh).
Vejamos as demandas e ofertas de vapor em outras atividades.
Na China, a maior parte das turbinas rankine geradoras a vapor de diversas fontes, inclusive de queima de biomassa e de lixo urbano (a lei chinesa ainda permite isto), instaladas em indústrias consumidoras de eletricidade (não em usinas co-geradoras a partir de bagaço de cana ou cavacos/NDF de madeira como a seguir) demandam no mínimo 6,0 ton. de vapor por hora em até 560º C para gerar 1,0 MWh e em baixa pressão, iguais a apenas 6,0 kg hora para gerar 1,0 KWh).
Na Tailândia, as usinas co-geradoras com base em bagaço de cana consomem apenas entre 3,4 ton. hora de vapor/01 MWh e 4,0 ton. hora de vapor/ 01 MWh (iguais a 4,0 kg hora/01 KWh), conforme a temperatura média do vapor produzido (entre 440º C e 540º C) e, principalmente, a capacidade da caldeira (entre 45 Kg/cms2 e 105 Kg/cms2).
No Brasil, segundo diagnósticos de Ericson Marino em 2013, a oferta de vapor a 530º C por caldeira antiga na usina São Martinho (co-geração de grande porte em Piracicaba-SP) era equivalente a apenas 3,8 ton./hora/1,0 MWh (iguais a 3,9 kg hora/01 KWh). Já segundo Celso Foekel, em 2001, em empresas de co-geração elétrica com cavacos de eucalipto, uma usina com rendimento elétrico apenas de 30% (turbina mono axial ou similares) mais rendimento térmico na turbina de 65% teria uma demanda de 10,0 ton./hora de vapor a apenas 10 bar para gerar 3,0 MWh, ou seja, apenas de 3,3 ton./hora de vapor para gerar 01 MWh, chegando a apenas 4,0 ton./hora/01 MWh (iguais a 4,0 kg hora/01 KWh) em algumas situações. Já segundo estudos da Empresa Bermo, divulgados pela FIESC, são necessários 584.000 kcal/ton. de energia para produzir 01 ton. de vapor a 10 bar. Com este volume possível de 16 ton./hora de vapor seria possível gerar, então, pelo menos 4,8 MWh, iguais a apenas 3,3 ton. hora de vapor para gerar 1,0 MWh (iguais a 3,3 kg hora/01 KWh).
Conforme diagnostico de campo em 2017 pela Universidade de Madras na Índia em projeto com 216 mini PTC - vide após -, produzindo vapor industrial via água quente do tipo DSG, mas com apenas 01 tubo coletor, o fluxo Maximo de vapor em horário com maior irradiância diária foi de elevados 0,060 kg/s iguais a elevados 3,6 kg minuto ou 2.160 kg/hora por cada mini calha (em temperatura de 100º C e pressão de 20 bar). Tal oferta igual a 3,6 kg minuto de vapor por cada mini calha PTC com 1,0 metro de comprimento e apenas 01 tubo absorvedor com diâmetro de 2,20 cm (cerca de ¾ pol.) - convertida para 7,2 kg por nossa futura prevista calha já com pedido de patente - com 2,00 metros comprimento - fica muito acima de nossa oferta máxima prevista inicialmente de 1,5 kg minuto de vapor por cada de nossas futuras calhas com 2,0 m comprimento e 6 tubos absorvedores com 3/4 pol. cada e também das calhas dos projetos de campo do prof. Sergiy Yurko na Ucrânia em que cada calha produzia 0,45 litros/minuto de água quente (cerca de 27 litros/hora).
Assim, as previstas ofertas, acima calculadas, de 1,0 litro minuto/01 KWh - cerca de 970 gramas minuto 01 KWh - de água quente até 220º C ou de 1,2 kg a 1,5 kg minuto = 1.500 gramas minuto/01 KWh de fluido térmico até 370º C por cada uma de nossas futuras calhas - para, após, produzir vapor e acionar as turbinas geradoras - são consentâneas com as dos principais equipamentos geradores similares em todo o Mundo.
Então, com base nas diversas demandas e ofertas de vapor quente e pressurizado, acima descritas, as ofertas horárias de vapor pelas nossas futuras e modernas calhas parabólicas anteriores e duplas ou parabolóides ovais e duplas para abastecer e acionar as turbinas geradoras a vapor, precisarão atingir no máximo cerca de 6,0 ton. hora de vapor pressionado para gerar 01 MWh (igual a apenas 6,0 kg hora/01 KWh e a 100 gramas minuto para gerar 01 KWh).
Vejamos, então, diversas análises sobre cada nova tecnologia ou forma de uso solar (principais objetivos deste diagnóstico) e um pouco já apresentadas no resumo:
1) Fluidos Minerais e alguns Óleos Vegetais super refinados, altamente estocadores térmicos circulantes que aquecem entre 400º e 600º C entre 5 e 40 minutos em sistemas solar e/ou em gaseificadores rápidos e altamente eficientes das chamadas matérias-primas sujas (bem descritas no inicio) e/ou em caldeiras mais em “fire tubes” e similares; fluidos que demoram de 4 a 15 horas/ciclo térmico para esfriar, produzindo, via vapor, aquecimento direto e/ou refrigeração reversa e/ou eletricidade e/ou dessalinizações rápidas até precisar de nova recarga térmica ou de forma continuada -
As estocagens termoquímicas são até naturais, baratas e muito efetivas (vulcões, gêiseres, rios térmicos de superfície ou subterrâneos etc..) e antecedem as estocagens eletroquímicas em baterias ou em outras formas com usos restritos e pouco tempo de vida util.
Contudo, somente recente e sob formas artificiais (termoquímicas minerais e vegetais), elas estão sendo muito utilizadas, após se descobrir os poderes do aquecimento muito rápido e da elevada retenção térmica temporal da carga inicial por alguns produtos químicos (a maioria, minerais ou compostos do tipo de fertilizantes agrícolas ou alguns óleos vegetais, estes já usados como isolantes em alguns transformadores de tensão) e, melhor, que podem ser recarregados a qualquer momento nas fontes térmicas produtoras adequadas, desde que ambiental e socioeconomicamente positivas e seguras.
Ainda segundo o Depto de Engenharia Elétrica e Computação da Universidade da Universidade de Illinois – EUA, as principais vantagens mundiais das estocagens termoquímicas de fluidos térmicos nas usinas com estocagens térmicas de energias TES (“Thermal Energy Storage”) são:
1) Há possibilidades de implantação do armazenamento de energia térmica (TES) para utilizar o excesso em uso posterior;
2) O sistema TES fornece flexibilidade na produção de energia solar capturada e concentrada/temperatura ampliada na calha, disco ou espelho do tipo CSP (“Concentrated Solar Power”), mediante usos de fluidos térmicos reaquecíveis, circulantes ou estocáveis no TES;
3) O TES permite que uma usina CSP produza eletricidade mesmo fora dos períodos de menor demanda de energia do CSP e mesmo em casos de ocorrências de cobertura de nuvens (“idem de sombras, poluições, poeiras, tempestades de areias, chuvas, neves etc..”);
4) O armazenamento TES de energia durante os períodos de menor demanda e o seu uso para geração e entrega em períodos de maior demanda aumentam “consideravelmente” (possíveis +35,9%) o valor econômico da energia produzida por CSP-TES e podem compensar os custos adicionais de investimento.
Embora, ainda bem mais utilizadas em grandes projetos, tanto a captura solar concentrada em calhas (CSP), como as estocagens termoquímicas (TES), tais modernos fluidos térmicos circulantes podem, perfeitamente, serem utilizados em mini e pequenos projetos solar ou mistos ou híbridos, como são os objetivos de todos nossos 7 pedidos de patente eficazes, baratas e exclusivas (em parcerias com a Gerasol ambiental, start up incubada na FZEA/USP – Pirassununga-SP), inclusive de formas somadas ou hibridas e tudo centrado no aquecimento rápido mais nas estocagens de fluidos térmicos circulantes ou de água quente (4 patentes protetoras para gaseificadores rápidos e diferenciados das aqui chamadas de matérias-primas sujas - mais 3 patentes para calhas captadoras solar parabólicas ou parabolóides, duplas, que conseguem concentrar a temperatura solar desde a base calha entre 30 a 100 vezes mais até o ponto captador próxima (caixa-estufa hermética exclusiva, inclusive para captar a luz solar direta mais a luz difusa locais).
Entretanto, embora já muito usados na produção térmica e na geração elétrica no Mundo, tais fluidos ainda são, infelizmente, pouco conhecidos, pouco pesquisados e, praticamente, não utilizados no Brasil e na América do Sul para os fins acima descritos (rápidos e eficientes aquecimentos, dessalinizações e gerações solar ou gaseificação rápida e altamente eficiente de matérias-primas sujas).
Segundo estudos do NREL (Governo dos EUA), em 2003, o uso do antigo e simples “molten salt” já ampliava a capacidade geradora rankine em 40% (vapor) e além de tudo era bem mais barato do que outros fluidos térmicos, mas tinha a desvantagem do seu alto ponto de solidificação (“freezing point” ou “cooling point”) - vide a seguir.
Reconhecidamente, os fluidos mais os óleos térmicos têm sete ou bem mais características fundamentais que permitem, e ampliam, seus plenos usos estratégicos nas captações e estocagens termo-energéticas, a saber:
1) Permitem captações rápidas da temperatura máxima até perto do seu ponto de ebulição (“boiling point”), variando entre apenas 5 até 40 minutos desde o seu ponto de queda térmica máxima pré-definido ou normal de solidificação ou congelamento (“freezing point”) e conforme os equipamentos usados (calhas solar e semelhantes; gaseificadores, caldeiras etc..) e idem o fluido ou óleo utilizado (viscosidade, intensidade e velocidade de captura térmica, capacidade de retenção etc..);
2) Possibilitam, conforme sua range térmica alcançada – vide a seguir, lentas perdas térmicas após o seu aquecimento inicial até que seja necessário novo reaquecimento. Na usinas modernas, mesmo que em usos para aquecer água para vapor ou outras formas (sistemas ORC), o tempo necessário, em geral, para nova recarga varia entre 4 horas a 15 horas, o que permite gerar aquecimento ou eletricidade por muitas vezes com a mesma carga térmica inicial (em usina dos EUA já se chegou a 150 ciclos geradores com a mesma carga, também chamados de “loops” térmicos);
3) Em geral, as usinas solar heliotérmicas de médio e grande porte têm baixas perdas térmicas quando sob estocagens adequadas nos sistemas TES já descritos (cerca de apenas 3º C a 10º C por hora), embora tais perdas se elevem para 26º C a 90º C por hora, este nível pior quando em usos em sistemas transferidores térmicos de óleo para a a água ainda não eficientes (por exemplo, com apenas 4 horas de geração adicional pelo fluido térmico circulante na forma do barato e antigo “molten salt” (range térmica de 380º C, caindo de 600º C para elevados elevados 220º C) em apenas 4 horas, isto é, com recuo médio de até 90º C por 01 hora). Comparativamente, na usina Ivanpah SEGs da Google nos EUA, uma das primeiras do Mundo heliotérmico moderno e eficiente (modelo para muitas) e para gerar 200 MW ainda com espelhos reflexivos/concentradores gigantes (15 m2 de abertura) bem longes mais captura ainda por torre central (CT) já se atingiu até 15 horas – mínimo de 8 horas - de conservação térmica geradora (até 150 loops térmicos ou geradores com a mesma carga térmica inicial, pelo que consta) com o fluido térmico Therminol VP-1 (modelo Termoflex) para água muito quente, com range térmica de 387º C (400º C - 13º C), assim,
com perdas térmicas mínimas de apenas 26º C por 01 hora (387º C /15 horas). Na usina da Andasol na Espanha, o tempo de uso gerador já chega a 10 horas antes da necessária recarga térmica, assim, com perdas térmicas de 39º em 01 hora;
4) Sua possibilidade de produção e de usos em projetos adicionais, auxiliares ou não, com as mesmas finalidades, como, por exemplo, pela gaseificação rápida e altamente eficiente de matérias-primas sujas e com o singas produzido e já purificado, sendo usado para a queima em caldeiras especiais ou queimadores (tipo “fire tubes”) e também para reaquecimento de fluido térmico a usar por 15-23 horas/dia ou a estocar para usos vespertino-noturnos. Idem com sua produção, complementar e em geral noturna, pela queima direta de gás de petróleo ou de gás natural, ou seja, com gerações elétricas mistas por vapor, mas a partir de fluido térmico circulante e não por caríssimas turbinas para a queima direta de tais gases injetados, também reduzindo suas extrações, estocagens e os danos ambientais;
5) Seu possível bem menor dano ambiental pela suas baixíssimas perdas volumétricas em todo circuito e processos (com recuperação programada e quase em perdas), bem diferente das perdas de água quente ou de vapor nos aquecimentos e/ou gerações mesmo em tais calhas;
6) Suas não-necessidades de caras recuperações químicas diretas após seus usos (ao contrario do vapor para a água ou condensado);
7) Seu relativo baixo custo e menor risco, quando comparados com outros fluidos orgânicos usados nas gerações do tipo ORC.
Basicamente, há 3 tipos principais de fluidos e óleos termoquímicos armazenadores térmicos, todos disponíveis no Brasil para outros usos, inclusive como isolantes de transformadores (via óleos vegetais):
1) Sais minerais liquefeitos, baratos e com alto ponto de congelamento e ponto de fusão intermediário (chamados de “molten salt”) - ou seja, com baixa range térmica utilizável (cerca de 380º C, mas com recuo possível de elevados 200º C) - e boa parte derivados dos fertilizantes, inclusive do nosso conhecido e antigo Salitre do Chile, abundante em nosso pais vizinho;
2) Fluidos minerais termoquímicos moderníssimos (alguns bem caros mas com bons benefícios/custos em alguns casos) com baixíssimo ponto de congelamento e alto ponto de fusão (alta range térmica utilizável de até 387º C, como no Therminol VP-1, mas com recuo possível de baixíssimos 13º C);
3) Alguns óleos vegetais termo-captadores e estocadores, desde que com boa relação beneficio/custo e com baixo risco pré-determinado e bem acompanhado contra incêndios, sendo que o óleo de soja tem ponto de ebulição de apenas 400º C (lembrando que é um óleo altamente combustível, ou seja, precisa ser muito bem vigiado, pois pode levar a incêndios) - condição ótima e igual a do Therminol VP-1, pois há menor exigência térmica de quaisquer equipamentos reaquecedores - mas seu ponto médio de congelamento/solidificação é alto e cerca de 90º C, assim com boa range térmica possível de 310º C, então, com bons possíveis usos, mas a depender, claramente, do beneficio/custo e de boas garantias contra riscos.
Em 2002, no caso do uso do simples, barato e antigo sal liquido normal (“molten salt”), o seu aquecimento máximo era de 600º C (“boiling point”, ou seja, com bem maior exigência térmica de quaisquer equipamentos reaquecedores) e tinha boa capacidade de troca a 300º C de 1.495 j/kg K, mas, o seu o ponto de solidificação era elevado e de 220º C (“freezing point”), ou seja, bem acima do ponto de ebulição da água de 100º C (“boiling point”) e, assim, com poucos ciclos geradores com a mesma carga térmica inicial. Sua possível range térmica era, portanto, de 380º C (600º C - 220º C) e com dificuldades de sua sustentação acima de 220º C fora da água vaporizável.
Já o moderno fluido térmico Therminol VP-1 (fabricado pela “Eastman Chemical Company”), embora muito mais caro, era o que tinha a maior capacidade de troca imediata de calor a 300º C de 2.319 j/kg K e também o que detinha o menor ponto de solidificação a 13º C (“freezing point” ou “cooling point”), mas sua temperatura máxima de trabalho, ou seja, seu aquecimento máximo só atingia cerca de 400º C (“boiling point” ou “melting point”, ou seja, com menor exigência térmica de quaisquer equipamentos reaquecedores). Assim, a sua range térmica era elevada e de 387º C (400º C - 13º C) e o ponto mínimo era excelente, pois podia passar facilmente e por muitas vezes pelo ponto de vapor da água (100 º C). Embora bem mais caro, já é o fluido mais utilizado hoje, sendo também ótimo para aquecimento industrial e de quaisquer piscinas (temperatura ideal de 30º C).
Já o fluido Hitec-XL (nitrato de cálcio concentrado e também chamado de “molten salt” especial e melhorado, ou seja, bem mais barato) da Coastal Chemical Co. tinha troca térmica intermediária de calor a 300ºC de 1.447 j/kg K e também detinha um bom ponto baixo de solidificação de 130º C (“freezing point”) – ou seja, bem próximo dos 100º C necessários de água para vapor, ou seja permitindo produzir água vaporizável, mas já a 130º C (exigiria menos tempo no trocador de calor, reduzindo, assim, os ciclos de geração com a mesma carga térmica inicial) –, mas a sua temperatura máxima de trabalho atinge 500º C (“boiling point”, ou seja, com média exigência térmica de quaisquer equipamentos reaquecedores). Assim, nos projetos, ele pode alcançar uma ótima flutuação térmica (“range”) de 370º C (500º C - 130º C), o que também permitirá o seu uso circulante por muitas horas mais o alcance de diversos ciclos de vapor/água.
Contudo, em 2001, no aspecto econômico de custos de estocagem térmica, em US$/KWh, o Therminol tem custos cerca de 2,5 vezes maior do que o Hitec-XL e 10,0 vezes superior ao do sal liquido normal (conforme Mr. D. Kearney da Kearney & Associates mais U. Herrmann da Nava Flabeg Solar International).
Também, os óleos de soja, girassol, canola e outros podem ser usados – em alguns casos com bons benefícios/custos - como captadores e estocadores térmicos, desde que super refinados e com bons controles térmicos nos equipamentos, isto pelos seus baixos pontos de ebulição e alto poder combustível (o óleo de soja tem ponto de ebulição de apenas 400º C).
A capacidade de transferência térmica do óleo de soja novo e super refinado de até 400º C é o dobro da do óleo usado. O óleo de canola transfere ainda mais calor.
http://www.dpi-journals.com/index.php/JPSR/article/viewFile/979/847 .
Beneficamente, a viscosidade do óleo de soja é maior do que a dos óleos minerais, mas o seu tempo para resfriamento é bem menor do que a dos óleos minerais.
https://pdxscholar.library.pdx.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1104&context=mengin_fac .
Outros fluidos térmicos modernos e suas fórmulas, eficiências, capacidades, vantagens, desvantagens etc.. podem ser vistas e comparadas no link a seguir: http://pointfocus.com/images/pdfs/saltw-troughs.pdf .
Para mais informações sobre eficiências e sobre outros fluidos e outros sais (como o Dowtherm, Paratherm, Marlotherm, Syltherm, Mobiltherm, Haloglass etc.) acesses:
http://sterg.sun.ac.za/wp-content/uploads/2011/08/HTF_TESmed_Review_2013_05_311.pdf
mais em http://www.academia.edu/4060172/HOT_OIL_SYSTEM_DESIGN_GUIDE .
Também, a excelente apresentação a seguir:
As demandas, as ofertas, as formas de usos e de estocagens e os resultados dos diversos fluidos térmicos nos diversos sistemas capturadores, concentradores, estocadores, circuladores, pressionadores, transferidores, reaquecedores indiretos etc., envolvem cálculos altamente complexos, locais e individualizados, etc.. para cada marca do fluido mais suas possíveis ranges térmicas a utilizar (faixa de uso operacional); mais suas viscosidades, entalpias, capacidades de transferências térmicas, temperaturas e pressões envolvidas inclusive externas locais; pressões internas; velocidades (em m/s) e volumes de fluido térmico (em kg/s) a ofertar; capacidades; velocidades e formas de trocas térmicas do fluido com a água fria ou morna ou mesmo já com o condensado (água recuperada de vapor circulante) etc..
Em geral, as modernas usinas heliotérmicas que captam e concentram a radiação solar para aquecer fluidos térmicos para oferta direta ou para estocagens estratégicas usam o Sistema Termoflex (aplicativo e sistema de gerenciamento térmico) cuja produção, estocagem e utilização do fluido varia conforme a irradiância horária e diária em cada local. Em geral, cerca de 50% do fluido térmico reaquecido nos horários de maior irradiância diária (no caso deles por 9 horas seguidas e das 6:00 as 15:00 horas com captura intensiva para reaquecimentos) é destinado para a geração imediata, seguindo os demais 50% para as estocagens nos tanques (TES). Nos demais horários, as gerações provem do fluido térmico estocado e por até 12:30 horas seguidas (total de 21:30 horas), mas ainda há um horário, das 2:30 horas até as 5:00 horas da manha (total de 2:30 horas), em que nada se gera até porque a demanda consumidora cai
muito e os preços de vendas são baixos (em geral, tais horários são utilizados para manutenções e transferências dos fluidos térmicos frios).
Assim, na pratica, metade do campo coletor é utilizado para captura distributiva e programada no horário das 6:00 as 15:00 horas.
No nosso caso de pequenos e médios projetos simples, ainda não híbridos, de capturas por nossas futuras calhas parabólicas ou parabolóides, o ideal é dobrarmos o campo coletor, de forma a gerarmos os mesmos volumes elétricos constantes, mas também alternarmos as fontes coletoras diariamente e/ou direcionarmos a metade para produções de outros aquecimentos industriais, vizinhos, e/ou para gerações adicionais diurnas apenas de água e do tipo DSG (“Direct Solar Generation”).
Já nos nossos projetos híbridos com gaseificação rápida e eficiente de matérias-primas sujas, a situação fica bem melhor, pois a produção de fluido térmico, agora a 600º C, poderá ocorrer por até 23:00 horas seguidas, desde que haja boa disponibilidade local de biomassas, resíduos de processamentos, fezes animais e humanas, sobras, detritos de fábricas, lixos etc.., pré-desidradatas e bem misturadas, e também de bem mais mini turbinas geradoras rankine (a dividir com a geração solar controlada pelo Sistema Termoflex, pois tudo se une pelo fluido térmico reaquecido), o que muito ampliaria as receitas liquidas na mesma planta e daria bem mais segurança geradora.
Vide pagina 13 de https://www.thermoflow.com/images/Solar%20Thermal%20Pamphlet%202012.pdf .
Por outro lado, estima-se que em usinas solar heliotérmicas, de médio e grande porte, é necessário ofertar apenas 0,09 litro por minuto de fluido térmico circulante ou estocado, pelo menos, a 400º C para reaquecer a água a 100º C para produzir vapor suficiente para gerar 01 KWh.
Em 2013, estudos efetivados pela conhecida OSTI do Governo dos EUA em grande usina solar (pagina 48 de https://www.osti.gov/scitech/servlets/purl/1111584/ ) apontaram para a demanda de apenas 0,17 litro por minuto de fluido térmico quente a 350º C (“molten salt”) para a produção de 01 KWh de eletricidade.
Já estudos efetivados nos laboratórios da Sandia dos EUA em grande usina solar reportaram demanda de apenas 0,28 litro/minuto de fluido térmico (“molten salt”) também para gerar 01 KWh.
Na grande usina solar “Crescent Dunes”, em Nevada nos EUA, a demanda foi de apenas 0,20 litro/minuto de “molten salt” estocado a 566º C (recargas com 288º C) para gerar 01 KW (igual a 200 litros por minuto circulantes ou estocado para gerar 01 MWh).
Já, em termos de oferta necessária de fluido térmico, é bom lembrar que cada nossa calha parabolóide, oval e dupla, prevê-se ofertar entre 1,4 e 1,6 litros/minuto de fluido térmico a 370º C também para gerar 01 KWh, como já ocorre em mini projetos ainda pela antiga parabólica na Ucrânia (residências) e na Espanha (hotel) ou em testes na Itália.
Em termos de demanda geradora pelo “molten salt” (fluido térmico bem mais barato, embora com pequena range térmica) em uma usina heliotérmica da Republica tcheca para gerar 30 MW que a velocidade de transferência chegava a 1,24 m/segundo no sistema de oferta principal. Assim, este volume demandado equivalia a apenas 0,041 metro/segundo para gerar 01 MWh. Com isto, a oferta necessária de “molten salt” era igual à cerca de 448 kg/minuto para gerar 01 MWh, por sua vez, igual à baixíssima demanda de apenas 0,45 kg/minuto de “molten salt quente” para gerar 01 KWh, confirmando os dados acima dos projetos do prof. Sergiy Yurko na Ucrânia e norte da Europa
Em 2014, teste comparativo realizado Academia de Ciências da China mais Universidades da China e Mongólia sobre ofertas especificas de fluido térmico, capturado em projeto com calha solar gigante (em 01 hectare de calhas parabólicas compridas e com ventos de 13,8 m/s e em região muito fria) e para produzir vapor quente capaz de gerar elevados 01 MWh em Badaling, província de Yaging - China (vide: https://core.ac.uk/download/pdf/82779621.pdf ) , ofertou-se, em média e em tais 6 parabólicas solar PTC gigantes e somadas (vide tabela 2 do link), simples e anteriores, cerca de 99,4 m3/hora de fluido térmico com pressão de 10 bar (1,0 mpa) e que estava aquecido a 380º C, isto é, igual a 1,7 litros/minuto para gerar 1,0 KWh.
Produziu-se 6.500 kg/hora (6,5 ton./hora) de vapor quente a 375º C e com pressão de 32 bar (3,2 mpa) para gerar 1,0 MWh (igual à oferta continuada de 0,11 kg = 110 gramas minuto de vapor para gerar 01 KWh. O campo com 01 hectare tinha comprimento de 600 metros por calha gigante e única e com 3 linhas de calhas com abertura gigante (5,76 metros), ou seja, com 1.800 metros lineares de calhas mais espaços livres, provavelmente, iguais a cerca de 2.300 calhas de nossos projetos mínimos com calhas duplas de 2,0 metros comprimento (ampliáveis) mais abertura somada de 2,00 m (1,0 m em cada calha) mais espaços de circulação necessários. Assim, teoricamente, cada super calha em Badaling deve gerar 0,44 KWh já com fluido térmico, metade dos 1,0 KWh previstos por cada pequena calha nos projetos ucranianos de campo do prof. Sergiy Yurko.
Em 2016 dados da Universidade de Bilbao (Espanha) em pequena planta heliotérmica com calhas solar (geração de apenas 2,3 MWh) mostraram que o fluxo médio ofertado de fluido reduziu de elevados 2,90 kg/s na média do mês de junho (com irradiância média em torno de 930 w/m2 entre 12:00 h e 15:00 h|) para 2,72 kg/s na média do mês de julho (irradiância média em torno de 900 w/m2 entre 13:30 h e 15:00 h).
Em termos de velocidade do fluxo, em uma planta média, por exemplo, a velocidade do fluido a 153º C e sob pressão de 80 bar para o preaquecimento da água era de 1,42 kg/s, mas reduzindo para 1,10 kg/s já no sistema trocador de calor (fluido com 362º C e a 72 bar e, então, com a injeção de água para vapor).
Segundo o mesmo diagnostico, os cientistas Collier et all (1994) recomendavam a velocidade mínima de 2,5 metros/segundo de fluido para se obter bons volumes de vapor energizável nas caldeiras ou nos evaporadores.
Em termos de velocidade de fluxo de “molten salt” (fluido térmico bem mais barato, embora com pequena range térmica) em uma usina heliotérmica da Republica tcheca para gerar 30 MW que a velocidade de transferência chegava a 1,24 m/segundo no sistema de oferta principal.
Assim, este volume demandado equivalia a apenas 0,041 metro/segundo para gerar 01 MWh. Com isto, a oferta necessária da massa de “molten salt” era igual à cerca de 448 kg/minuto para gerar 01 MWh, por sua vez, igual à massa de 0,45 kg/minuto de “molten salt quente” para gerar 01 KWh, confirmando os diversos dados acima e os abaixo dos projetos do prof. Sergiy Yurko na Ucrânia e no norte da Europa.
Já segundo o NREL em 2003 (Governo dos EUA), na maioria das usinas CSP/TES, a velocidade do fluido ideal era de 1,5 m/s, mas, no trocador de calor, operava-se com velocidade de 3,0 m/s. Assim, o fluxo necessário de fluido térmico para estocagem máxima de 6 horas para promover mais 62 loops geradores em usina com calhas parabólicas para gerar 55 MWh foi de 879,0 kg/s. Já quando se usava fluido térmico a 110º C, a velocidade de transferência necessária reduzia para apenas 2,4 m/s igual a 8,6 km/hora. Quando a temperatura ampliava para 250º C, a velocidade necessária reduzia para apenas 1,3 m/s igual a 4,7 km/hora.
Em 2017, em planta heliotérmica para gerar 100 MWh perto de Madrid (Espanha) atingiu-se a velocidade de 2,53 metros/segundo do fluido no evaporador e a demanda de fluido quente equivaleu a 0,81 kg de massa/segundo para gerar 01 MWh.
Concluindo, é sempre aconselhável ter bons estoques de fluidos térmicos quentes (vide a seguir) – mesmo em dias nublados - para atender não só as demandas normais nos horários noturnos como também as demandas em dias nublados ou com baixas captações ou mesmo as muitas demandas horárias para vendas por maiores preços, quando o consumo pode ampliar uns 50% ante a média nos horários de maior consumo das 10:00 as 21:00 h, incluindo o “pico de carga” das 18:00 as 21:00 horas, mas, após reduzir uns 30% ante a média na demanda-vale de 21:00 h às 6:00 h.
2) Calhas Parabólicas coletoras convencionais (raio igual) do tipo PTC (“Parabolic Trough Collector”), captadoras simples ou duplas, mas já altamente concentradoras térmicas solar (temperatura na caixa-coletora próxima e entre 80 e 110 cm, adiante ou acima, até 50 vezes mais do que na sua base) mais para a produção rápida de água quente até 220º C (opcionalmente para fluido térmico circulante até 370º C), tudo para aquecimento direto/refrigeração inversa/geração elétrica/dessalinização -
Conceitualmente, tais calhas parabólicas e calhas parabolóides, se parecem muito com uma forte lente de aumento simples ou lupa simples ou óculos com algo grau (capazes de muito concentrar a luz solar e com ela acender fogueiras e carvão em alguns momentos do dia em aberto). Contudo, tais calhas são altamente coletoras e refletoras (não transpassadoras como nos óculos e nas lentes de aumento) e permitem refletir e concentrar muito mais a radiação solar direta captada e já na forma térmica – temperatura de 30 a 100 vezes maior desde a base - até um ponto coletor térmico próximo adiante ou acima. Para tanto, tais calhas utilizam espelhos ou telas, altamente reflexivas/concentradoras e em formato especial, construídas em espelhos ou em papel alumínio ou em acrílico ou policarbonato especial etc..,itens em geral baratos, mas cujas eficiências de campo dependem da pureza do material, do seu grau de reflexão, da sua resistência térmica basal e, principalmente, do seu beneficio/custo.
O grande sucesso atual de tais calhas, entendo que se devem a, pelo menos, cinco milagres tecnico-econômicos somados:
1) A elevada e comprovada reflexão e concentração térmica diurna de 30 até 100 vezes – vide a seguir -, possível entre a base das calhas e o seu destino final na caixa coletora acima e adiante (onde residem tubos metálicos coletores com fluido térmico ou com água circulantes e em reaquecimentos);
2) A facilidade de usos imediatos e diurnos de tal água quente até 220º C, ou bem mais, para diversos fins, inclusive geração de energia imediata nos sistemas DSG - a seguir -, ou de fluido térmicos modernos até 370º C, ou bem mais, tanto para usos diurnos imediatos, como para estocagens e usos vespertinos, noturnos ou estratégicos, mesmo sem a luminosidade solar (o que não se consegue adequadamente com a captura solar fotovoltaica, por melhor que seja, inclusive com estocagens por caríssimas baterias e com curtos tempo de usos);
3) Os baixos custos das matérias-primas utilizadas em suas fabricações (até de recicláveis) e de transportes térmicos locais;
4) As possibilidades plenas de suas instalações em sistemas locais isolados ou grupais ou vizinhos (ligados ou não à rede fornecedora), sejam individuais, coletivos, prediais, industriais ou microrregionais – rurais, urbanos e periurbanos -. o que muito reduz muito suas perdas e seus custos com transportes e distribuição final. Se o demandante final (consumidor), inclusive, estiver ligado a uma rede fornecedora (situação freqüente) é altamente viável e recomendável instalar-se sistemas captadores com calhas em lotes e áreas rurais, bem mais baratas e se possível próximas, para entregas compensadas financeiramente ao tal consumidor pelo novo sistema “grid-tied” = gera-se em um local e recebe-se em outro;
5) A excelente possibilidade e até facilidade de implantação de projetos híbridos para produções térmicas em locais isolados ou grupais (vide mais a seguir), via fluidos, para aquecimentos/refrigerações/gerações/dessalinizações via captura solar PTC mais singaseificação rápida e eficiente das aqui chamadas de matérias-primas sujas, locais ou vizinhas; mais com centrais minieolicas mais pequenas PCH a fio d’água ou em plataformas flutuantes simples e muito baratas - vide a seguir -, locais ou vizinhas.
Atualmente, os projetos com PTC apenas com parabólicas reflexivas/concentradoras anteriores, simples e com raio igual (não parabolóides ovais duplas, já com nosso pedido de patente, e que podem capturar 10% a 15% mais, termicamente) e com apenas 01 a 02 tubos captadores/coletores térmicos com fluido circulante na caixa-coletora próxima – à apenas de 80 a 110 cm - já fazem parte de 80% dos projetos solar (heliotérmicos) de médio e de grande porte no Mundo (nossa paraboloide oval e dupla para pequenos e médios projetos contempla em sua caixa-estufa hermética e próxima – captação térmica inferior mais superior mais difusa do ambiente - até 6 tubos em ¾ polegadas de aço 304 ou alumínio térmico super fino para reaquecer, continuadamente, fluido térmico até 370º C, ou água até 220º C, respectivamente).
Lembramos que diversos testes já apontaram que, pela altíssima concentração como numa lente muito ampliadora dos raios solar diretos recebidos, a temperatura final no ponto focal ou caixa de captação - próximo e acima - pode ficar entre 30 e 100 vezes mais do que na base da mesma calha parabólica PTC. Vide em https://www.youtube.com/watch?v=lrRTCbXE0Jc mais à pg 20 – item 2.3.2. - do diagnostico pela Universidade de Bilbao (Espanha) em:
https://addi.ehu.es/bitstream/handle/10810/18862/Sensivity%20Analysis%20of%20the%20Efficiency%20of%20a%20Parabolic-Trough%20Solar%20Collector.pdf?sequence=1
Obviamente, tais materiais e equipamentos das calhas – como ocorre no caso fotovoltaico - também não anulam as baixas captações reais nos dias não-abertos, com chuvas, com sombras, com poeiras/poluições, areias etc., mas, por não se tratar de capturas fotovoltaicas (dependentes de materiais físicos e com estocagens químicas apenas por baterias) e sim de efeitos e fenômenos físicos normais (radiação/irradiância direta ou por luz difusa indireta), tais modernas calhas (muito mais sensíveis termicamente e com perdas até menores, vez que são capturas térmicas e não-fotônicas) já são as preferidas pela maioria dos projetos modernos de aquecimento e de geração elétrica a partir da matriz solar.
Também, muito colaboram para o sucesso das calhas, a realidade – não mais possibilidade - de se estocar tais capturas térmicas (diretas, indiretas e até da luz difusa, ou seja, de baixo nível de irradiância térmica horária) de forma química e via modernos fluidos, óleos térmicos e até água. Tais fluidos, óleos ou água, quando aquecidos durante o dia e principalmente nas calhas acima com capturas de quaisquer níveis e formas de irradiâncias, podem ser estocados, estrategicamente, para usos vespertinos ou noturnos ou em dias muito nublados em até 650º C no caso dos fluidos (a maioria dos projetos) e permanecerem elevadamente quentes por entre 4 a 13 horas/dia mesmo sem a presença do sol (Sistema Termoflex).
A captação solar em parabólicas do tipo PTC são, no momento, a mais eficiente e com maior potencial para geração de eletricidade. Corrente, as tecnologias de calhas solar parabólicas PTC já são o sistema mais usado para geração elétrica ou para a produção de vapor para uso industrial;
Para reduzir os custos de geração diurna, algumas usinas já estão usando as capturas e gerações diretas diurnas do tipo DSG, via água quente, mesmo continuando com captações também diurnas para aquecimento de fluidos térmicos a estocar para usos vespertinos, noturnos ou estratégicos (destinando, em geral, 50% a 70% das calhas captadoras para tais fluidos).
Historicamente, desde 2008, cerca de 10 grandes usinas heliotérmicas já capturam energia termicamente via calhas PTC, como a da Ausra e da Ivanpah na Califórnia (EUA) e a da Abengoa em Almeria (Espanha). De lá-para-cá, as calhas PTC – por uma serie de razões, se tornaram as preferidas também na maioria dos grandes projetos.
O tempo médio de vida útil de todo este sistema parabólico solar é de até 30 anos, conforme estudos do prof. Sergiy Yurko na Ucrânia - vide a seguir (não de apenas até 5 anos dos sistemas fotovoltaicos) e os custos de manutenção e de operação são baixíssimos (apenas entre 5% e 10% da receita bruta mensal).
Em 2012, em Almeria (Espanha), diagnósticos comparativos pela Universidade de Almeria sobre os efeitos da captura solar local mais da pressão de trabalho mais da temperatura de trabalho em dois tipos de campo de produção (calhas do tipo Capsol “versus” calhas do tipo Polytrough 1.200) apenas de pequenos volumes de vapor quente para aquecimento direto do tipo DSG - Geração Direta de Vapor para diversos usos, sobretudo aquecimentos, inclusive de piscinas, e gerações elétricas parciais temporais em famoso Hotel/Spa rural de Almeria (como nos menores projetos a seguir do Prof. Sergiy na Ucrânia – via água quente e não via fluidos térmicos) por 02 tipos de calhas parabólicas mais usadas em campos de captura solar de pequeno porte para produção de vapor para diversos usos
(10 módulos de calhas do tipo Capsol Collector com 2,00 m de comprimento cada “versus” 10 módulos de calhas do tipo Polytrough 1.200 com 2,40 m de comprimento cada) chegaram às seguintes conclusões:
O volume da produção de vapor saturado por calha em tal hotel variava entre 0,015 kg/s e 0,025 kg/s (este ultimo igual a 1,5 kg minuto por calha e a apenas 90,0 kg/hora, suficiente para nossa demanda geradora, via nossa calha PTC já com pedido de patente no Brasil) e conforme a taxa de captura local (irradiância medida em DNI = “Direct Normal Irradiance”) mais a pressão de circulação interna mais a temperatura de entrada da água no circuito (70°C e 100° C) e a temperatura de saída do vapor (de 180°C a 200° C, conforme a irradiância).
Quanto aos efeitos da pressão de entrada da água nas calhas do campo do tal hotel, quando ela era 1,5 Mpa (15 bar), as perdas de pressão interna tinham maior impacto no desempenho da PTC tipo Capsol, sendo que as perdas de pressão representavam até 20% da pressão de entrada quando o fluxo de massa de saída do vapor quente era 0,015 kg/s. Este tipo de coletor tem o tubo absorvente com diâmetro menor e a fricção é mais relevante. Contudo, a temperatura do vapor na saída era mantida bastante constante, mesmo quando a taxa de fluxo da massa variava.
Já para processos de aquecimento industrial (IPH) - que exigem vapor saturado a temperaturas mais baixas do que as consideradas neste estudo pela Universidade de Almeria, por exemplo, na faixa de 160° C a 180° C - o que equivale à pressão de vapor na faixa de 0,6 MPa (6 bar) a 1,0 Mpa (10 bar) - é aconselhável o uso de uma calha parabólica PTC com tubos absorvedores térmicos para esquentar a água e com diâmetro superior a 20 mm se o vapor for gerado diretamente no campo solar. Em outros casos, as perdas de pressão serão tão altas que o processo de geração direta de vapor (DSG) será inacessível.
Quanto aos efeitos da temperatura de entrada da água no sistema de tal Hotel, no modelo mais eficiente (PT 1.200) - captando em local com 850 w/m2 de irradiância e em calhas com 24 metros de comprimento e para ambas as temperaturas de entrada da água fria testadas, ou seja, 70° C e 100° C e com o vapor seco produzido na saída do circuito coletor com fluxo de massa de 0,015 kg/s (do vapor) - os resultados foram: 1) Com temperatura de entrada da água igual a 100° C, a temperatura do vapor de saída subia para 250° C; 2) Mesmo com vapor superaquecido, as perdas de pressão no circuito do coletor continuavam a não ser tão altas; 3) Mesmo com as perdas de pressão bastante pequena em comparação com a pressão de trabalho, a temperatura da mistura na saída de vapor era mantida em torno de 197° C para ambas as temperaturas de entrada (70º C e 100º C).
Quando a irradiância horária local (DNI) no local do hotel estava em torno de apenas 450 W/m2, a temperatura do vapor na saída de ambos os tipos de coletores diferia apenas em 1° C, embora a fração de vapor esteja levemente mais baixa no coletor do tipo Capsol (pressão de entrada da água de 1,5 Mpa (15 bar) e temperatura de 70° C). Já quando a irradiância local (DNI) estava em torno de bons 850 W/m2 (no pico térmico solar em torno de 13:00 horas locais), as perdas de pressão no circuito coletor do tipo Capsol eram maiores do que no tipo coletor PolyTrough 1200 e, quando a taxa de fluxo de injeção de massa variava, também causava uma grande mudança na pressão de saída de vapor de água e, conseqüentemente, da sua temperatura.
Vide em https://core.ac.uk/download/pdf/82678526.pdf .
Em 2015, um bom diagnostico pela Universidade de Sharjah dos Emirados Árabes sobre gerações elétricas diretas com água super quente para vapor (chamadas de gerações DSG “Direct Solar Generation”), não via fluidos, chegou às conclusões (lembrando que tal País com elevada experiência em geração solar, sobretudo, em usinas gigantes captadoras de diversas formas, está construindo um conjunto gerador elétrico no deserto perto de Dubai para gerar 1,5 GWh, mas, tudo via reaquecimento de fluido térmico circulante e/ou estocável, estes para continuadas gerações noturnas ou em dias nublados) a saber:
1) As produções de água quente por calha DSG, apenas via água quente, em 6 projetos levantados foram elevadas e com grande fluxo (velocidade e não fluxo de massa) do vapor obtido já ao final, antes da turbina, entre 0,55 kg/s, ou seja, 33 kg/minuto (cerca de 1.900 kg/hora) e 0,62 kg/s, ou seja, 37 kg/minuto (cerca de 2.200 kg/hora);
2) Quanto maior for a irradiância solar local (entre 627 w/m2 e 766 w/m2 conforme os horários diários) mais elevada era a temperatura média do vapor obtido na saída dos tubos para geração, variando entre 315º C e 383º C;
3) Cada calha parabólica testada para DSG tinha 4,88 m de comprimento; 1,19 m de abertura e refletia/concentrava em ângulo de 45º para apenas 0,72 m (72 cm) de distancia até o ponto focal de captação térmica acima, aonde a absorção térmica chegava a 95%, mesmo percentual de reflexão obtido na parábola.
No caso de nosso recente pedido de patente de calha parabólica convencional, dupla e altamente concentradora (ainda mais evoluída do que as PTC acima por ser dupla), a captura térmica final, próxima e acima, na nossa chamada de caixa-estufa diferenciada e hermética - por onde passam 6 canos de metal em ¾ pol. e contendo fluido térmico ou água - pode ser até 50 vezes maior do que na base da mesma calha. Para tanto, tal nossa caixa-estufa diferenciada e hermética será construída em vidro transparente e resistente, superior e inferior, o que permitirá também captar, além da elevada reflexão e concentração térmica inferior (provinda de baixo), também a radiação solar direta e superior incidente sobre a mesma caixa mais a radiação indireta e difusa vinda do ambiente, o que as PTC anteriores, apenas muito reflexivas/concentradoras inferiores, ainda não conseguem.
Em 2016, em termos de equipamentos utilizados para captura mais concentração solar, comparativamente, os resultados obtidos em usina com calhas PTC foram bem melhores do que os obtidos com usinas com torres centrais mais com espelhos refletores no campo próximo (usinas CRS “Central Receiver System”) também para reaquecimentos de “molten salt” circulante para a produção de vapor quente e pressionado turbinável.
Em diagnostico de 2017 pela Universidade de Madras na Índia em projeto com 216 mini PTC, apenas produzindo vapor industrial mas com apenas 01 tubo coletor, mostrou-se que há inteira correlação entre a irradiância local horária captada mais a pressão interna na calha parabólica mais o fluxo interno da massa de vapor mais a temperatura de saída entre 150º C e 225º C para uso industrial. Cada uma das 216 mini calhas testadas tinha apenas 1,0 metro de comprimento e 0,84 m de abertura (84 centímetros).
Os fluxos internos da massa do vapor observados, conforme se variava a irradiância captada mais a temperatura e a pressão, foram de 0,050 kg/s = 1.800 kg/hora (em temperatura de 80º C e pressão de 10 bar); 0,055 kg/s (em temperatura de 90º C e pressão de 15 bar) e de 0,060 kg/s = elevados 3,6 kg minuto ou 2.160 kg/hora (em temperatura de 100º C e pressão de 20 bar) igual a minuto por calha.
Tal oferta igual a 3,6 kg minuto de vapor por cada mini calha PTC com 1,0 metro de comprimento e apenas 01 tubo absorvedor com diâmetro de 2,20 cm (cerca de ¾ pol.) - convertida para 7,2 kg por calha com 2,00 metros comprimento - fica muito acima de nossa oferta máxima prevista inicialmente de 1,5 kg minuto de vapor por cada de nossas futuras calhas com 2,0 m comprimento e 6 tubos absorvedores com 3/4 pol. cada e também das calhas do projeto do prof. Sergiy Yurko na Ucrânia.
Vide diagnostico completo em: https://repository.up.ac.za/bitstream/handle/2263/62318/Kumar_Thermo-hydraulic_2017.pdf?sequence=1 .
Considerando que há diversos projetos do tipo DSG (“Direct Solar Generation”) com gerações elétricas diretas pela água quente (entre 150º C e 220º C) aquecida em calhas parabólicas duplas (como na nossa já com pedido de patente), de forma pratica, e realmente operacional, é fundamental que façamos agora um pequeno demonstrativo técnico sobre tais possibilidades com nossos equipamentos.
Contudo as gerações do tipo DSG somente podem ser efetivadas por 6 a 10 horas/dia com sol realmente aberto, sem sombras, sem chuvas, sem neves/poeiras/areias/poluições etc.., pois armazenar água quente em médios a grandes volumes pode ficar muito caro.
Assim, o ideal nestes casos é que as calhas parabólicas a instalar tenham tubos coletores térmicos em aço, ou seja, que possam tanto aquecer água quente como fluido térmico para estocagens e gerações complementares por até 15 horas/dia. Assim, conforme já descrito, cerca de 75% das calhas seriam ocupadas durante o dia na produção de fluido térmico a estocar para usos complementares ou adicionais vespertinos e noturnos (também para compensar, com segurança, dias com nuvens, sombras, neves/poeiras/areias/poluições etc..) mais 25% ficariam apenas para aquecimentos diurnos de água quente para usos imediatos e com diversas finalidades.
Assim, considerando a demanda de vapor pelas turbinas geradoras chinesas acima descritas, temos que para uma geração de 01 a 50 KWh vê-se que o vapor tem que ser oferecido a temperatura média de 180º C, situação perfeitamente possível para nossa oferta acima de água quente sobre pressão e em media a 180º C em pequenos a médios projetos geradores do tipo DSG como descrito acima, mas somente durante 6 a 10 horas/dia com boas captações térmicas solar (a estocagem de água quente ainda envolve caros investimentos).
Uma primeira alternativa à situação acima seria construir projetos mistos com geração por DSG por 6 a 10 horas/dia mais por fluido térmico no mesmo sistema de calhas parabólicas e por 15 a 19 horas/dia.
Uma segunda alternativa seria hibridizar a geração DSG acima em calhas com a produção de fluido térmico pela singaseificação local rápida e altamente eficiente de matérias-primas sujas.
Para um projeto de pequeno a médio porte com boa geração DSG de 50 KWh somente diurnas (170 residências) com vapor ofertado a 180º C para tais turbinas chinesas, já bem descritas antes no capitulo sobre fluidos térmicos, seria necessário atender a demanda de 0,7 ton./hora de vapor a 180º C e com pressão de 9,8 bar e a ser obtido diretamente a partir da água quente. Cada calha DSG pode ofertar entre 60 kg e 70 kg hora de água quente, o que mostra que seriam necessárias apenas entre 12 calhas e 23 calhas duplas, mas coletando, produzindo água e gerando por apenas 6 a 10 horas/dia.
Também, as nossas futuras calhas parabólicas anteriores ou duplas ou nossas futuras calhas parabolóides ovais e duplas podem ser utilizadas, das mesmas formas acima (com ou sem fluido térmico adicional), para dessalinizar grandes volumes de água salgada, desde que os tubos sejam resistentes à salinidade, à corrosão e á pressão.
Em um bom projeto misto, pode-se, inclusive, obter água quente para aquecimentos diretos e/ou refrigerações reversas (mediante chiller de absorção) e/ou gerações elétricas e com sua dessalinização ocorrendo após se obter tais gerações elétricas com o vapor produzido.
Em termos de projetos reais com calhas mais fluidos térmicos, na Espanha, em 2012, a Universidade de Almeria (vide mais dados antes) apresentou os resultados práticos do seu sistema de calhas PTC (ainda sem usos de “molten salt” ou de outro fluido térmico) para aquecimento continuado de água para aquecimentos, produção de vapor mais de refrigeração, ambos parciais, de um hotel com 278 quartos no sul da Espanha (Almeria).
A tecnologia de coletor solar selecionada para o campo solar foi a parabólica pioneira (PTC), em particular um protótipo de pequeno porte especialmente projetado para sistemas de produção de aquecimento conjunto com ar condicionado (este sistema de captura solar em PTC para duplas funções também é comum em laboratórios de produtos médicos mais de queijos especiais na Alemanha, Suíça e Holanda).
Considerando o espaço disponível para o campo coletor solar próximo ao hotel e seu perfil de demanda de energia térmica, a configuração do campo solar proposto consistiu em 8 linhas paralelas, orientadas no sentido norte-sul (diferentes desta minha proposta e com orientação fixa de leste-oeste como as do prof. Sergiy).
Assim, foram 32 calhas parabólicas de grande porte captadoras/concentradoras solar, mas do tipo antigo de PTC (instaladas em área de jardim de 2.048 m2, com radiante de 940 W/m2 rm temperatura ambiente de 31º C) não parabolóides, ainda em alumínio e com 8,0 metros de comprimento cada e com abertura/largura de 1,0 metro. O projeto objetivou obter e circular água muito quente acima do ponto de vapor, ou seja, já própria para bons aquecimentos diretos e refrigerações reversas locais (mediante chiller de absorção) e até para dessalinização (tubo captador já em aço e com 15 mm) com água, em média, a 155º C (exceto em dezembro, quando somente chegou a 55º C) e igual ao volume demandado pelo hotel.
Como dito, o hotel acima exigiu o aquecimento/refrigeração, parciais, de 278 quartos mais de piscinas, cozinhas, lavanderias etc.. Mesmo com a ainda baixa eficiência acima apontada nas PTC (sem aquecer fluido térmico), foi possível garantir 76% do aquecimento demandado no inverno e 25% da refrigeração necessária no verão. O sistema deles é misto e cambiável (conforme a demanda diária e mensal de cada estação) de aquecimento de água para oferta térmica direta para aquecimentos e/ou para refrigeração (sendo parte pelos modernos chiller de absorção que aproveita as sobras não utilizadas ou descartáveis de aquecimento localizado).
Antes do sistema, o hotel consumia elevados 1.577 MWh/ano (igual a média horária de 182 kWh hora real, inclusive noturna), ampliando muito nos meses de inverno, sendo a maior parte para promover a refrigeração diária e parte do aquecimento. Os autores e implantadores do projeto, em nome da Universidade de Almeria, concluíram que o uso da energia solar, mesmo via PTC normal e anterior, e para água quente com uso termal direto e/ou refrigerativo indireto era uma boa solução, além de altamente promissor, barato e competitivo já em 2012 (hoje ser muito mais eficiente, via as minhas calhas parabolóides com alvo curto e para reaquecer fluido térmico recorrente em até 400º C).
Vide tese mais detalhes completos acerca em http://www.r744.com/files/1313_Dimensioning_a_small-sized_PTC.pdf .
Vejamos agora exemplo de projeto captação por calha solar parabólica PTC dupla do prof. Sergiy Yurko funcionando na Ucrânia (Kiev) para aquecimento de água ou gerações do tipo DSG, inclusive comparando seus resultados e seus custos com outros projetos de captura solar semelhante (outros pequenos projetos com tubos evacuados ou com pratos planos ou mesmo por PTC em grandes projetos) em:
https://www.youtube.com/watch?v=RGJB8lO-YpQ&feature=youtu.be .
No projeto inicial do prof. Sergiy em Kiev na Ucrânia (mais outros caseiros e industriais no norte da Europa) vide filmete acima – com cada calha produzindo 0,45 litros/minuto (cerca de 27 litros/hora) em projetos em países frios e com baixa insolação foi suficiente para gerar cerca de 01 KWh efetivo (cada calha dupla com 3,2 m2 podia gerar até 5,44 KWeq por calha igual a cerca de 0,91/KWh líquido por calha).
Assim, em 9 horas de captação diurna a 370º C mais 4 horas de captação adicional em até 100o C eram produzidos cerca de 351 litros por calha/01 KWh.
Quando em produção ou estocado, o fluido tem perdas mínimas de apenas -3º C a -10º C por hora, ampliando para -26º C a -90º C por hora (perdas de até -360º C em somente 4 horas de usos/ciclo térmico em projetos menores e
antigos, mas que, modernamente, podem chegar a 13 horas/ciclo térmico). Vide bem mais dados acerca, inclusive horários e % de usos, no Sistema Termoflex no inicio, quando em troca continuada, conforme a marca e tipo do fluido – sem reaquecimento continuado vespertino ou noturno - nos transferidores de calor para vapor e já para a
geração naqueles horários. Nas usinas heliotérmicas modernas e de grande porte, em geral, destina-se de 50% a 70% da produção do fluido nos horários de boa oferta térmica solar diária e menor demanda geradora direta (6:00 as 12:00 h) para se fazer esta estocagem estratégica e isto sem prejudicar a geração principal.
Contudo, nos nossos pequenos e médios projetos com calhas parabólicas ou parabolóides, duplas e exclusivas, fica bem mais barato e mais fácil ampliar em 100% o campo captador e estocador em paralelo para tanto, sendo que em cada calha nossa, pelas inovações agregadas, teremos condições de ampliar a oferta de fluido a 370º C para 1,4 litros/minuto (nossa calha paraboloide dupla para usos em países tropicais e semi-tropicais tem formato semi-elíptico, o que amplia a reflexão e a concentração térmica, mais uma caixa-estufa coletora hermética próxima e com vidro transparente superior e inferior, o que permite receber tanto a forte concentração inferior provinda da calha (até 70 vezes mais), como a insolação direta superior e a luz difusa de todo o ambiente inclusive pelas laterais, o que não se consegue nas calhas parabólicas tradicionais (com raio igual e com caixa-receptora livre apenas na parte inferior);
Cada calha solar parabólica ou paraboloide, moderna e dupla, pode produzir fluido térmico (estocagens para vapor vespertino ou noturno) ou água quente (somente para uso diurno, quando com sol efetivo e captura eficiente, pois a estocagem é cara e difícil) suficiente para gerar de 1,0 KWh a 3,0 KWh conforme o projeto e o local (entre 90 e 150 kg de vapor quente e pressionado por hora por calha).
Vejamos um pouco sobre custos comparados de 02 projetos de campo apenas para aquecimentos caseiros, bem diferentes, do prof. Sergiy em Kiev na Ucrânia, mais sobre as estocagens externas e/ou internas e as participações de cada item de custos nos orçamentos totais.
Armazenar externamente a água quente coletada ente 150º C e 220º C, mesmo que por pouco tempo, ocupa grandes espaços e não é barato (a interna é um pouco menor). Obviamente, armazenar fluidos térmicos circulantes em até 400º C - mesmos em tanques de aço com paredes com vácuo - ocupa cerca de 1/5 a 1/10 de tais espaços para armazenar água super quente e fica bem mais barato.
Vide em: https://www.youtube.com/watch?v=0NaD-RjPDV0 .
Mesmo como o elevado frio local (Kiev - Ucrânia), a grande diferença de custos nos projetos (valor a investir) se deve mais ao tipo de armazenagem necessária (externa ou interna) e a quantidade e tipos de bombas utilizadas, e menos a área necessária do campo com calhas e idem as produções/demandas necessárias de água muito quente e os custos (valores a investir) em cada projeto em Kiev (não se assustem com os baixos valores reais a investir nesses pequenos projetos somente para aquecimentos caseiros, não para gerações, quase do tipo “faça você mesmo” = DIY).
Em um médio projeto, com demanda térmica anual de 8.250 KWh eq. térmico/ano (cerca de 1.350 KW reais/ano) em pequena área de coleta em calhas (20 m2), mas com grande estocagem externa de 85 m3 mais bombas especiais para impulsão da água, o valor total a investir atingiu US$ 12.000 (igual a US$ 8,88/KWh reais). Já em outro para 7.500 KWh eq. térmico/ano (cerca de 1.250 KW reais/ano) em pequena área de 58 m2, mas mais que o dobro da anterior, e com estocagem interna de 125 m3 (+47% mais que na anterior), o valor total atingiu apenas US$ 5.400 (igual a US$ 4,32/KWh reais).
No projeto para 8.250 KWh eq. térmico/ano, os custos totais (US$ 12.000) se distribuíram da seguinte forma: 1) 28,3% com fabricação das calhas e instalação do campo em “si” com apenas prováveis 6 calhas; 2) 25,8% com tanques externos, tipo piscinões, para estocagens sazonais de 85 m3; 3) 15,0% com estocagem interna complementar de água em tanque com 60 m2; 4) 12,5% com 2 tanques externos em aço para estocagem emergencial de 3,0 m3; 5) 12,5% com bombas de impulsões térmicas especiais externas e internas e 6) 8,3% com outras bombas, canos, trocadores de calor de água quente para morna etc..
Já no projeto menor (US$ 5.400 para produzir 7.500 KWh eq. térmico/ano em área de 58 m2) a distribuição foi bem diferente, sendo: 1) 63,6% com fabricação e instalação do campo solar “em si” maior que o anterior com possíveis 18 calhas parabólicas duplas; 2) 18,2% com estocagem térmica interna continuada; 3) 9,1% com bombas para movimentar água; 4) 4,5% com fabricação ou compra do trocador de calor (de água quente estocada internamente a 90º para água morna a 37º C para diversos usos) e 5) 4,5% com válvulas, canos e outros itens.
https://www.youtube.com/watch?v=GMLQ7UXSgus&feature=youtu.be .
3) Calhas Parabolóides (semi-elipticas ou ovais) duplas e recentes, captadoras e altamente concentradoras térmicas solar (possível temperatura até 70 vezes mais na caixa-coletora especial e próxima, entre 60 e 80 cm, do que na base) mais para a produção rápida de fluido térmico circulante ou estocável em até 370º C para uso por até 22 horas/dia (Sistema Termoflex) ou de água quente para uso diurno com temperatura de até 220º C, tudo para aquecimento/refrigeração/geração elétrica/dessalinização (com previstos usos de nossa caixa-estufa coletora inovadora, hermética e captadora térmica em mais +10% a +15%; patente solicitada) -
Comparando as novas calhas parabolóides acima com as calhas parabólicas, ditas anteriores, com raio igual e simples (não duplas), tais parabolóides são ovais (semi-elipticas) e duplas, o que amplia o poder de reflexão e de concentração solar. Assim, quando fabricadas em um bom projeto (no Brasil ainda não se fabricam) e com muitos testes de reflexão e de concentração térmica máxima em diversos horários do dia – com raios laser em laboratório e de campo - até o alvo próximo adiante ou acima na forma de caixa-estufa altamente captadora térmica e situada à apenas 60-80 cm distante da base nas parabolóides (ou seja, um pouco mais perto do que nas calhas parabólicas anteriores distante cerca de ante 80-110 cm) as parabolóides podem concentrar a temperatura final obtida entre +10% e +15% mais do que pela parabólica anterior, até por serem duplas e próximas.
Como já descrito, quanto mais elevada for a temperatura final obtida nos tubos coletores da nossa caixa-estufa coletora, próxima e acima, maiores serão os rendimentos térmicos, a transferir na forma de aquecimento e/ou de geração final com, ou sem, as dessalinizações previstas, do fluido em até 370º C para usos por até 22 horas/dia ou da água em até 220º C para usos por 6 a 10 horas/dia. Como também já descrito, já se provou em testes com raio laser em laboratório e em campo que tal concentração térmica real entre a base das diversas calhas concentradoras e a caixa coletora acima pode variar de 30 vezes a 100 vezes mais ante a base das tais calhas.
Adicionalmente, neste caso da nossa calha paraboloide oval e dupla (também com pedido de patente), além de a construção ser de forma semi-eliptica, de forma a concentrar ainda mais e a não se terem perdas reflexivas, incluímos mais 2 diferenciais que poderão ampliar ainda mais a possível captação térmica final para até 70 vezes mais ante a base (lembrando que, comprovadamente, podem variar entre 30 vezes e 100 vezes mais). Para tanto, incorporamos uma caixa-estufa especial - hermética e altamente coletora/mantenedora térmica - com vidro especial inferior (para receber a elevada reflexão indireta e concentrada inferior da própria calha) mais com vidro superior, o que alem de isolar e de proteger bem mais o conjunto, permite captar ainda mais a radiação térmica direta superior mais as radiações difusas de todo o ambiente local. Ela também incorpora nosso sistema de tração semanal lenta - eletrônico e automático - da calha apenas na direção norte-sul (variação direcional de apenas 23,3 graus para cada eixo durante o ano), vez que nossas futuras duas calhas pré-patenteadas são instaladas de forma fixa e no sentido leste-oeste, como já provado ser até mais eficiente por diversos projetos, como os do prof. Sergiy Yurko da Ucrânia – vide antes –, até porque há elevada economia com a mão-de-obra e/ou com a energia elétrica, própria ou não, nos deslocamentos diários necessários no sentido leste-oeste nas outras calhas, itens de custos que pesam muito nos projetos atuais.
Também, cada nossa caixa-estufa coletora/mantenedora térmica de nossa calha parabólica anterior dupla ou da parabolóide oval e dupla contem no máximo 6 tubos metálicos em ¾ polegadas (ou 12 de ½ pol.) em aço especial (para aquecimento de fluido térmico circulante até 370º C para usos por até 15 horas/dia ou de água até 220º C para fins de geração mais dessalinização conjuntas por 6 a 10 horas/dia) ou de duralumínio para aquecimento apenas de água até 220º C para fins de aquecimentos e/ou de geração elétrica e por 6 a 10 horas/dia.
Em geral, em usinas solar heliotérmicas, de médio e grande porte, é necessário ofertar apenas 0,9 litro por minuto de fluido térmico estocado ou circulante a 400º C para aquecer vapor a 100º C, suficiente para gerar 01 KWh, geração igual à obtido pelo prof. Sergiy e apenas com água super quente (nos projetos com esta nossa calha parabolóide oval, dupla, inovadora e com caixa-estufa ampla, pretendemos produzir 1,2 a 1,4 litros de fluido térmico circulante por minuto e para gerar até 1,5 KWh em cada calha). Quando estocado em condições adequadas e não circulantes, as perdas térmicas horárias do fluido superaquecido são mínimas (vide antes).
Em termos de projetos reais com calhas gigantes para fluidos térmicos, em 2014, teste comparativo realizado Academia de Ciências da China mais diversas Universidades chinesas e da Mongólia sobre ofertas especificas de fluido térmico capturado em projeto com calha solar e para produzir vapor quente capaz de gerar 01 MWh em Badaling, província de Yaging - China (vide mais acima ou em: https://core.ac.uk/download/pdf/82779621.pdf ) .
O estudo envolveu a geração solar em calha parabólica anterior, mas gigante, sendo campo com 6 PTC com tubo absorvedor de 4,1 metros de comprimento e 7 cm de largura e com maior distancia focal de 1,71 m até o ponto foco da caixa coletora solar (ainda não parabolóide oval e dupla como neste nosso pedido) em uma usina piloto em Badaling, província de Yanging (China) e para gerar, especificamente, elevados 1,0 MWh (em 01 hectare de calhas parabólicas compridas, com grande altura e com ventos de 13,8 m/s).
Assim, ofertou-se, em média e em tais 6 parabólicas solar PTC simples (não duplas) e gigantes (vide tabela 2) cerca de 99,4 m3/hora de fluido térmico no conjunto e com pressão de 10 bar (1,0 mpa) e que estava aquecido a 380º C, igual a apenas 1,7 litros/minuto para gerar 1,0 KWh. Tal volume total de fluido, atuando de forma circulante sobre água a 104o C (acima do ponto de vapor), produziu 6.500 kg/hora de vapor quente a 375º C e com pressão de 32 bar (3,2 mpa) igual a oferta continuada de 0,11 kg/minuto de vapor para gerar 1,0 KWh.
Já em 2017, em Yazd no Iran (dados da Faculdade de Engenharia de Guilan), a geração de elevados 25 MWhe em projeto com vapor circulante a partir de fluido térmico reaquecido em campo solar ainda parabólico anterior e simples (não duplo nem oval nem com nossa nova caixa-estufa captadora) com fluido térmico (“Therminol VP 1”) circulante e/ou estocado em apenas 2 tanques.
Cada parabólica, também gigante, tinha 6,6 m de abertura (assim, com baixa concentração térmica até o ponto focal) e com comprimento máximo do campo variável entre 300 metros e 600 metros (tabela 2 do link a seguir). No comprimento máximo de 600 metros do conjunto (lentes capturadoras com 150 metros) cada linha reaquecia fluido térmico circulante em 8 kg/s e com ele podia gerar elevados 775 KWh/01 linha parabólica. Quando o comprimento máximo reduzia para 300 metros e a oferta volumétrica caia para 5 kg/s, a geração por linha diminuía para 394 KWh/01 linha.
Em média, o campo de calhas parabólicas gigantes tinha um fluxo volumétrico de 0,67 kg/minuto de fluido térmico para gerar 01 KWh liquido e a eficiência térmica chegava a 31% considerando irradiância média de 608 W/m2. A eficiência do ciclo rankine ficou entre 33% e 40%, conforme a oferta horária de fluido (média de 27,8%) e a produção térmica em 90 MWequiv. térmico para uma geração real de 25 MWh, ou seja, com relação de 3,7: 01.
Vide em: https://www.hindawi.com/journals/ijp/2017/4210184/ full text pdf .
No nosso caso, é bom lembrar que o fluido na calha solar paraboloide poderá reaquecer e circular integral e continuadamente por até 6 horas/dia (de um total de até 10 horas/dia de boa captura), sendo que no período de pico térmico solar diário de 3 horas (das 11 horas às 14 horas), ou mais conforme a demanda local, cerca de 55% a 65% da produção ofertada de fluido muito quente será destinada para estocagem em tanques especiais e para geração vespertina ou noturna (com perdas térmicas mínimas).
Opcionalmente, e talvez melhor, em projetos pequenos a médios, pode-se dobrar ou até triplicar o numero de calhas do campo coletor/refletor/concentrador (o que pode ficar mais barato e mais pratico), ficando 75% de todas as calhas para coleta e estocagens diurnas e para uso vespertino mais noturno ou ficando com reserva estratégica para aquecimentos e gerações nos dias nublados, com sombras, com neves/poeiras/areias/poluições etc.. Apenas 25% das calhas seriam para coletas/concentrações e gerações imediatas e diurnas (por apenas 6 a 10 horas/dia, como nos atuais sistemas de capturas fotovoltaicas).
Em nosso projeto para pedido desta patente, descrevemos que quando a produção diurna da nossa calha parabolóide oval dupla for de fluido químico térmico para estocagens (dos tipos comerciais do Therminol VP 1 ou Hitec XL e até de “molten salt” comum) tudo será direcionado para silos cilíndricos em aço 304 termos-resistentes, termos-isolados EPS de alta densidade (isopor especial) ou evacuados (principio da garrafa térmica), todos altamente herméticos (conforme modelos TES das grandes usinas heliotérmicas) estocadores cronometrados de fluido térmico circulante a até 370º C e por 6 a 10 horas/dia até esfriar e voltar a ser reaquecido (no dia seguinte), configurando-se
como reserva termoquímica a utilizar para a continuidade da produção de vapor diário, mesmo após cessar a captação solar diária ou em dias chuvosos, nublados, com sombras, poeiras, com neves/poeiras/areias/poluições etc..
Conforme meus diagnósticos, considerei que, durante dias ensolarados, entre as 10 da manhã e as 4 horas da tarde, as perdas de temperatura da água e/ou do fluido térmico bem estocado – ainda não operante, isto é, não circulante - em bons tanques térmicos e herméticos (necessariamente em aço 304 quando de estocagem de fluidos térmicos) podem ser de apenas de -3o C a -10º C por hora, ou seja, até mesmo durante a noite a boa estocagem pode ser mantida até seu uso final. Já quando em uso gerador ou aquecedor, as perdas térmicas ampliam para -26º C a -90º C por hora (perdas totais de até -360º C em somente 4 horas de usos/ciclos térmico).
Obviamente, tanto a nossa futura calha parabólica solar anterior e dupla, como a nossa futura paraboloide oval e dupla podem, e devem, ser muito utilizadas futuramente nos reaquecimentos de quaisquer tipos e tamanhos de piscinas (reaquecimentos também para usos industriais - vide antes) de forma bem mais barata e ambientalmente bem mais correta do que a formas elétricas ou por lenha/carvão ou por gás natural ou derivados de petróleo.
Aliás, o maior desafio mercadológico do aquecimento solar de pequeno porte é a obtenção térmica inicial mais as manutenções, muitas vezes caríssimas, dos aquecimentos agroindustriais de pequeno porte necessários mais de piscinas residenciais ou de academias ou de clubes (residências não consomem tanto aquecimento). Obviamente, os aquecimentos iniciais exigem elevado fluxo de água aquecida em até 90º C (abaixo do ponto de vapor) para fornecer rapidamente a temperatura local, por exemplo, de 30º C (muito abaixo do ponto de vapor, ou seja, com bem menos demanda térmica pelas calhas (temperatura mínima considerada ideal para piscinas de academias) - vide a seguir tese acerca pela USP - com água quente por 6 a 10 horas/dia e, melhor, com fluido térmico circulante por até 15 horas) para as piscinas.
Já para as manutenções térmicas diárias bem feitas, sobretudo se com coberturas programadas das piscinas por boa capa térmica (ou por bom sistema isolante no caso da demanda industrial), as exigências, apenas mantenedoras, de fluxo volumétrico e em temperaturas da água quente (30º C) pela calha solar não são tão elevadas.
Assim, conforme diagnostico pormenorizado pela USP (página 5 do link a seguir) em 2010, apenas comparativamente, houve uma perda térmica média diária de apenas -3,76o C em 8 horas em piscina não-coberta (igual a apenas -0,48º C /hora) e, incrivelmente, de apenas -1,94º C em 16 horas em piscina coberta no período sem uso, sobretudo no noturno (igual a -0,12º C /hora). Vide mais detalhes e muitos pormenores acerca na dissertação pela USP em http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3146/tde-20082010-150300/publico/Dissertacao_Claudio_Azer_Maluf.pdf .
Comparando e demonstrando as elevadas possibilidades de bons e baratos projetos para aquecimentos industriais mais de hotéis/spas mais de piscinas privadas e/ou de clubes/academias etc.. pelas nossas futuras calhas solar (ainda inexistentes no Brasil, embora já utilizados em hotéis da Europa – vide antes exemplo do hotel em Almeria - Espanha), é bom lembrar que nossa oferta térmica pelas nossas futuras calhas poderá ser de água quente em até 220º C e por 6 a 10 horas/dia com sol aberto, ou melhor e se necessário, a partir também de capturas e estocagens e usos programados de modernos e altamente eficientes fluido térmico em até 370º C e por até 15 horas/dia mesmo em dias nublados ou com chuvas - agora para reaquecer água quente ou vapor -, inclusive podendo ser estocado no local ou próximo para tanto, desde que com área suficiente e segura.
4) Sistema produtor térmico RURAL e HIBRIDO (acoplado à Rede, ou não, que neste caso se chama de “off-grid”) de captura térmica solar intensa mais singaseificador rápido de matérias-primas sujas - pré-desidratadas e pré-misturadas/enriquecidas - mais minieólico mais PCH etc.. em pequenos e médios projetos no mesmo local ou grupal ou de vizinhos - para aquecimento ou geração elétrica principal ou complementar (se ligado a rede), tanto via reaquecimento de fluido térmico circulante a 370º C por até 24 horas/dia, somente possível nos híbridos, como por água quente até 220º C diurna e por 6 a 10 horas, isto em locais com poucos residentes e/ou baixa insolação e/ou muita poluição/sombras/chuvas/florestas e/ou isolados e/ou com difícil acesso -
Embora sejam projetos realmente fantásticos e muito viáveis para mini e pequenas plantas locais - em especial rurais e periurbanas de locais isolados ou distantes - até onde pesquisei, há poucas usinas hibridas solar+biomassas+minieólicas+PCH no Mundo, havendo apenas alguns projetos na Índia.
Assim, tratam-se de projetos complementares, isolados ou já integrados à Rede fornecedora/coletora, 100% sustentáveis, 100% socioeconômicos-ambientalmente corretos, com perdas mínimas, com baixíssimos custos e com elevado futuro no Brasil e no Mundo.
Diversos estudos descritos no inicio (pela Osti e pela Sandia do Governo dos EUA mais na usina solar Crescent Dunes de Nevada - EUA) apontam para a pequena demanda entre apenas 0,17 litros/minuto e 0,28 litros/minuto (média de 0,23 litros/minuto) de fluido térmico circulante entre 288º C e 350º C para gerar 01 KWh em grandes usinas solar heliotérmicas. Assim, para gerar os nossos 20 KWh em pequena usina hibrida bem projetada e operada seria necessário cerca de 621,0 litros circulantes de fluido térmico/20 KWh inclusive perdas (média de 0,23 litros/minuto por 01 KWh).
Contudo, baseando nas gerações reais solar simples (ainda não-hibridizadas) dos projetos ucranianos - com baixos custos de manutenção e expectativa de 30 anos de vida útil - do prof. Sergiy Yurko, baratos e revolucionários - vide antes - de 01 KWh por 01 calha dupla ocupando o total de 4,00 m2 de área (2,00 metros de comprimento “versus” 2,00 metros de abertura mais espaços para circulação) seriam necessárias apenas 20 calhas para gerar os 20 KWh e já descontadas as perdas de captura e geração, mas por 6 a 10 horas/dia. Contudo, na pratica e conforme acima, seriam necessário um campo com pelo menos 60 calhas com 4,00 m2 cada (campo com 240 m2), sendo 40 delas (68%) para capturas diurnas também por 6 a 10 horas/dia e reaquecimentos continuados de fluidos térmicos, mas a estocar para gerações vespertinas, noturnas e emergenciais por 13 horas até 18 horas/dia (ou 6+16 ou 10+12 horas = 22 horas, como recomendado pelo Sistema Termoflex) e 20 delas para gerações imediatas e diurnas (como previsto no Sistema Termoflex - vide antes).
Em termos de orçamento, cada 01 KWh gerado desta forma simples, mas ampliada (ainda não-hibridizada) teria um custo aproximado de R$ 4.000,00/01 KWh no Brasil (apenas Us$ 1.100,00/01 KWh em mini projetos não-hibridizados), o que significaria investimentos de cerca de R$ 80.000,00 para todo o campo gerador de 20 KWh (com 60 calhas mais 01 pequena turbina geradora chinesa e que representaria até 60% do custo total).
Em campos maiores, principalmente se hibridizados, os custos totais reduziriam muito (menos -30% a -50%), conforme a real disponibilidade local/grupal/micro-regional das aqui chamadas de matérias-primas sujas, desde que com boas qualidades.
Como o nome propõe, os sistemas produtores térmicos híbridos (sempre unidos pelo fluido térmico recarregável ou até pela simples água quente) visam a proporcionar bons aquecimentos e/ou gerações elétricas próprias e seguras, totais ou parciais, mesmo em locais isolados (tribos e acampamentos) ou com poucos residentes e/ou com baixa irradiância solar (muitas chuvas e/ou sombras/poeiras/areias/poluições ou com baixas capturas da irradiância diária) e até fora das redes fornecedoras.
Trata-se da fusão - via fluido térmico a 370º C e por até 22 horas/dia ou da água quente até 220º C e por 6 a 10 horas/dia - provindo da captura solar, real e efetiva aquecedora ou geradora, em poucas calhas parabolóides ou parabólicas instaladas nos telhados ou em terreiros locais ou próximos para captar por apenas 3 horas até 5 horas/dia inclusive da luz difusa (não em todos os dias) mais da singaseificação rápida (10 minutos) das aqui chamadas de matérias-primas sujas – necessariamente pré-desidratadas para terem no máximo 16% de umidade, bem misturadas e/ou melhoradas (para aumento do poder calorífico inferior) -, esta também para reaquecimento continuado de fluido térmico agora por até 600º C, em câmara mais serpentinas internas do singaseificador ou pela queima do seu singas, mas bem programadas, tanto para usos imediatos, como para estocagens e usos por 21 a 23 horas/dia (01 hora para manutenção).
Adicionalmente, em alguns locais (sem envolver fluido térmico ou água quente), teríamos gerações adicionais por miniturbinas eólicas para até 30 KWh ou por PCHs, inclusive a fio d’água ou embarcadas em plataformas estacionadas, flutuantes e eleváveis conforme o fluxo hídrico (vide a seguir no site da Alterima de Manhuaçu - MG, a pioneira e a primeira empresa com estas propostas no Brasil).
Uma ótima usina hibrida é a Stillwater de Nevada - EUA, a primeira do mundo com sistema hibrido triplo, combinando geração de energia pelas fontes geotérmica mais fotovoltaica mais solar heliotérmica. No entanto, existe uma tendência mundial de o gás natural substituir o diesel.
Obviamente, os principais focos socioeconômico-ambientais, são sustentabilizar e aproveitar energeticamente ao máximo os muitos resíduos e as perdas (até muito poluentes) provenientes das pequenas e médias agregações locais de valor e de processamentos de florestas, biomassas, palmáceas mais de fezes, restos, vísceras, sangues, gorduras e até ossos bem triturados de pequenos e médios animais etc.. e, isto, mesmo em locais sem contatos com a rede fornecedora e/ou com muitas quedas de fornecimentos horários (situação ainda comum em muitos locais). Por tabela, haverá grande ganho social e ambiental, pelos não-lançamentos de detritos, dejetos, detritos e resíduos de chão-de-fábrica e, sobretudo, de fezes nos rios, lagos, aguadas, sub-solos e solos, situação também ainda bastante comum no País, infelizmente.
A nossa proposta principal é promover a pequena e média captura solar real e barata, apenas por algumas de nossas futuras calhas (parabólicas ou parabolóides) nos locais, horários e dias possíveis, somando-as com a fonte eólica mais com as PCH mais com a energia singaseificável das aqui chamadas de matérias-primas sujas e isto mesmo em locais com poucos habitantes e/ou, como já descrito, com dificuldades de captura ou de geração. Durante o dia, quando possível, enquanto ocorresse a captura solar possível (para usos diurnos imediatos ou para estocagens programadas, baratas e apenas química na forma de fluido térmico) haveria as seleções, produções, pré-desidratações, misturas e preparações das matérias-primas sujas para usos vespertinos/noturnos ou por até 22 horas/dia (Sistema Termoflex), tudo unido pela via térmica através da produção e estocagem de muito fluido térmico circulante, facilmente transformável em aquecimento direta e/ou geração elétrica - com ou sem, dessalinização seguinte - em qualquer momento e até para refrigeração indireta como já ocorre na Alemanha, Holanda etc..
Por exemplo, para um micro projeto urbano ou periurbano com prevista geração hibrida de apenas 20 KWh (suficiente para 70 residências ou similares com cerca de 300 pessoas) haveria uma produção diária de 600 kg/dia de lixos mais sobras de alimentos mais de fezes mais resíduos de gramados/podas etc., iguais a apenas 375 kg/hora a
processar em até 18 horas ou a apenas 21 kg/hora líquido e com bom nível de PCI (Poder Calorífico Inferior) de 1.500 a 1.800 kcal/kg.
Com o processamento rápido de tais resíduos bem preparados seria possível produzir 98,0 litros/hora de fluido térmico agora em até 600º C (igual a apenas 1,6 litros/minuto e a partir de 3 fontes no mesmo equipamento = serpentina interna + câmara interna + queima externa do próprio singas produzido), utilizando tal fluido para gerar, honesta e realmente, entre 17 horas/dia e 23 horas/dia (pela troca térmica programada com a água fria ou morna para produção de vapor não-recuperável ou para dessalinização).
Já, no mesmo projeto ou sistema hibrido, a oferta horária adicional por apenas 01 paraboloide isolada, conforme dados acima, também seria em torno de 1,6 kg/minuto – 96,0 kg/hora - e captando e ofertando fluido térmico ate 370º C e por apenas 4 a 7 horas/dia (neste caso, com geração por 24 horas/dia, devido ao hibridismo programado).
Assim, com apenas 01 calha muito barata (cerca de R$ 1.000,00/ud, inclusive custos proporcionais com suas turbinas e conexões) mais com apenas 01 singaseificador de mini a pequeno porte (também muito barato) seria possível produzir e ofertar em média ponderada e por hora cerca de 20 KWh de eletricidade sem quedas de ofertas e quase sem custos (estimados apenas entre 5% e 10% das possíveis receitas brutas ou economias com não-pagamentos), via oferta média continuada de cerca de 97,5 kg/hora de fluido térmico - não somada, mas continuada por 24 horas/dia - pelo hibridismo e complementação horária (inclusive com estocagens para gerações vespertinas, noturnas ou em dias nublados). Vide detalhes de possíveis custos a seguir.
Entretanto, conforme o tipo, temperatura final e pressão final do fluido térmico utilizado mais a irradiância real local, os projetos para gerar 20 KWh - de forma simples mas com fluido térmico ou de forma hibrida também via fluido térmico - podem ficar ainda mais simples e bem mais baratos (tudo a bem diagnosticar localmente).
Contudo, estrategicamente (como reserva térmica estocável e utilizável a qualquer momento), o ideal é que 70% da pequena e média geração hibrida (no caso 14 KWh), também para reaquecer fluido térmico, provenha da matriz de gaseificação das aqui chamadas de matérias-primas sujas, pois a matriz solar diária nem sempre é disponível plenamente ou confiável nos locais descritos.
Então, haveria de se ter bons volumes diários – produzidos ou estocados - das ditas matérias-primas sujas acima e bem preparadas (isto pode tomar tempo), pois para gerar cada 01 KWh, em geral, precisa-se de 1,0 kg/hora a 2,0 kg/hora de tais itens (sendo o limite técnico-operacional de 3,0 kg/h). Aqui, ao contrario do que se pensa, quanto maior o consumo de matérias-primas sujas ou residuais, melhor será o resultado ambiental dos projetos locais ou grupais (também elétricos ou para aquecimentos), desde que se tenham boas e baratas condições locais de seus transportes e de seus preparos.
Assim, no caso hibrido acima apenas 06 KWh seriam gerados diuturnamente pela via solar e sem precisar de estocagens, o que muito baratearia o custo solar total para cerca de apenas R$ 1.000,00/01 KWh, totalizando R$ 6.000,00 com apenas 6 calhas. Já o custo futuro dos nossos equipamentos singaseificadores (quando produzidos no Brasil) de matéria-prima suja ou residual para esta geração mínima, via fluido térmico para vapor, de apenas 14 KWh para usos vespertinos e noturnos programados, inclusive com algumas estocagens estratégicas (iguais a apenas R$ 2.800,00/01 KWh), ficaria em torno de R$ 50.000,00, totalizando cerca de R$ 56.000,00 para gerar os mesmos 20 KWh (iguais a , mas agora de forma hibrida (já descontadas as perdas). Cerca de 80% de todo o valor seria com a compra e a instalação de mini turbina a vapor e a ser importada.
No tocante às demais gerações, inclusivas nos projetos híbridos (vapor por caldeiras, minieólicas para até 30 KWh e PCHs até flutuantes), o melhor é consultar as possíveis tecnologias ofertadas mais seus resultados e seus custos diretamente no site da Alterima de Manhuaçu - MG. Vide em http://www.alterima.com.br/ .
Vide também as usinas a vapor da Br Mini de SP em: http://minitermoeletrica.com.br/mini_termoeletrica/
5) Sistema produtor térmico URBANO ou PERIURBANO HIBRIDO (acoplado à rede) de pequeno ou médio porte, de captura em calhas com fluido térmico para produção de vapor (geração rankine) ou sistema solar fotovoltaico, com poucas baterias hibridizados/somados com singaseificador rápido e eficiente, locais ou externos, de poucos a médios volumes das aqui chamadas de matérias-primas sujas e a ser instalado em locais com pequena área disponível ou com baixa oferta somada de resíduos ou com altos riscos para instalação de singaseificadores com singas para pequenas moto-gerações despoluídas (grupo de residências, prédios residenciais e públicos, condomínios, shoppings, presídios, pequenas agroindústrias, clubes, escolas, hospitais, postos de combustíveis etc..) ou de não possível instalação de turbinas das calhas solar; e para finalidades múltiplas (aquecimento predial direto, inclusive de piscinas, e/ou refrigeração reversa por chiller de absorção e/ou geração elétrica própria, compensável no “grid-tied” ou para vendas à rede e/ou dessalinização rápida de água salgada). Alternativamente, o grupo ou condomínio ou a construtora pode realizar a sua singaseificação e/ou de vizinhos em outros locais mais baratos e mais amplos (lotes, areas rurais, contêineres como nos EUA e no norte da Europa) e de lá entregar ou vender apenas a eletricidade à rede (sistema “grid-tied”) para receber/compensar na conta do prédio ou dos locais acima -
Como já bem descrito e explicado acima, embora bem mais caros (entre R$ 3.000,00 e R$ 5.000,00/01 KWh), tais projetos são perfeitamente possíveis e viáveis, desde que bem projetados e bem licenciados.
Obviamente, embora plenamente possível e até recomendável em alguns locais (cujo espaço oferecido ou disponível não comportem usinas geradoras a partir de turbinas a vapor mais um pequeno singaseificador e/ou com baixa produção diária das aqui chamadas de matérias-primas sujas), captar energia fotovoltaica para gerar realmente gerar os mesmos 6 KWh acima previstos e diurnamente e sem estocagens (no caso com apenas 01 bateria-suporte necessária mais 01 micro inversor e 20 a 25 placas caras de 330W cada, exceto perdas) mais 01 pequeno singaseificador queimando o singas produzido para geração por moto-geradores estacionários para os demais 14 KWh pode parecer que fica mais barato, mas, além de não ser a verdade (pode ficar pelo dobro ou o triplo do sistema anterior), o sistema ainda teria altos custos de manutenção e possível curta vida útil de apenas 5 anos (as caríssimas baterias e diversos outros componentes têm garantia somente de 5 anos), além de a geração por moto-geradores a singas ser barulhenta, contaminante futura e não sustentável.
Por outro lado, uma excelente opção é montar todos estes equipamentos acima previstos (fotovoltaicos em hibridismo com singaseificadores de matérias-primas sujas e resíduos/sobras alimentos/gramados/podas/esgotos, todos próprios e/ou de vizinhos urbanos ou prediais, condominiais, empresariais, governamentais, lazer etc..) em área rural ou periurbana vizinha ou próxima e suficiente - também própria ou arrendada ou em parcerias com sitiantes ou fazendeiros da região e apenas para cessão de espaços e algumas biomassas, fezes animais etc.. -, e com as mesmas finalidades acima, mas para entregas às empresas fornecedoras/compensadoras ou apenas compradoras, obrigatoriamente próximas e apenas pelo sistema “grid-tied” (compensação de contas e de valores, já possível mas ainda de forma tímida no Brasil, com promessas de grande crescimentos próximo) - vide a seguir.
Conforme nossos diagnósticos, a instalação do sistema completo acima em um novo prédio residencial moderno para classe média e com forte apelo ambiental ampliaria os custos de cada unidade em apenas 10% a 15%, mas haveria total sustentabilidade e produção “zero” de lixos e de possíveis esgotos (se autorizados pelos Governos e com “zero” taxas) mais certa auto-suficiência em aquecimento, refrigeração, eletricidade comprada e até em 50% da água a utilizar. Seria, com certeza, um prédio do futuro (querendo, ou não, os governos) e considerando o consumo médio de 300 watts/hora por cada residência classe média fora do horário de demanda-pico das 18:00 às 21:00 horas, quando ela até triplica, mas, reduzindo muito no período noturno e até as 10:00 h do dia seguindo, o que exige que o prédio ou demais locais-alvos estejam ligados à Rede fornecedora/compradora.
Então, tais projetos urbanos ou periurbanos para serem sustentáveis e economicamente muito viáveis precisam, necessariamente, já estarem ligados à rede fornecedora (como já é fato usual) e já como participantes do sistema compensador “grid-tied”, tudo para haver suporte de oferta – a compensar – quando das elevadas demandas locais e somadas nos horários de demanda-pico.
6) Usinas mistas solar/petroquímicas (diesel ou gás natural) para aquecimentos continuados de fluidos térmicos para usos por até 24 horas/dia e/ou de água quente para usos diurnos (também para aquecimentos ou gerações elétricas) e/ou com geração complementar pelo GLP ou gás natural em turbinas a gás -
Embora pouco sustentáveis (um pouco, apenas pela parte solar), vejamos agora as usinas mistas solar/petroquímicas, pois também se tratam de novas tecnologias, mesmo que somando a limpa energia solar com outras sujas.
Adicionalmente, vide bom diagnóstico recente (“hybrid power plant”) sobre a produção de energia mistas a partir de combustíveis fosseis mais captura solar em https://www.eniday.com/en/technology_en/hybrid-power-plants/ .
Segundo o autor, normalmente, usinas mistas usam um combustível fóssil, como diesel ou gás, suplementado com uma fonte de energia renovável, como a solar. Algumas, combinam fontes renováveis até com o armazenamento em bateria, a fim de minimizar o caro consumo de diesel ou óleo. Um exemplo é a construção planejada de várias usinas mistas diesel-solar no Extremo Oriente da Rússia como parte de esforços conjuntos para reduzir o uso de diesel.
Elas são mais acionadas quando os preços de oportunidade dos derivados ou do gás natural caem ou há oferta local abundante. Para tanto, também, observam bastante os custos comparados e as paridades de geração por turbinas, tipo a jato, por queimar tais combustíveis sujos.
Os principais clientes de tais usinas mistas incluem empresas de telecomunicações, operadoras de minas e comunidades rurais remotas.
Na verdade, os grandes países produtores de petróleo e de gás natural procuram, avidamente, formas baratas para proporcionar usos rápidos e economicamente positivos para suas grandes reservas, vez que há diversos diagnósticos que apontam para o fim da era do petróleo (talvez também do gás natural e até do carvão) em até mais 30 anos, todas substituídas por fontes mais baratas e, sobretudo, bem mais limpas (itens já com alta demanda e em forte ampliação anual) como hidrogênio, solar diversas, geotérmica, eólica, biomassas, etanol, biodiesel mais a oferta elétrica pelas hidroelétricas, PCH e similares.
Afinal de que adiantará ter petróleo e gás natural se sua extração, demandas e usos não forem mais competitivos.
Nos países árabes e na Ásia, há algumas usinas solar do tipo DSG (para água quente) ou para fluido térmico, e com capturas solar diurnas para aquecimento de água ou reaquecimento de fluidos térmicos, mas que são complementadas, em geral, à noite, pelo reaquecimento de fluidos térmicos, agora pela queima de alguns derivados de petróleo (mais por diesel) ou de gás natural em aquecedores especiais (“fire tubes” ou tubos de fogo ou mesmo em caldeira especiais). Os objetivos principais são obter o aquecimento industrial mais a geração elétrica.
Em 2016, nos Emirados Árabes, conforme diagnóstico publicado com dados de usina de co-geração a gás - analisados e comparados com o aplicativo e Sistema de gerenciamento térmico Termoflex -, a demanda media por vapor quente a 200º C e a 7,0 bar era apenas de 16 kg/s para a geração liquida de 50 MWh (igual a 0,32 kg/s para gerar 01 MWh) em usina com turbina Industrial Trent 60 da Siemens movida a gás.
Ao todo, a oferta térmica foi de 121 MWhth = equivalente térmico; com razão de 1,5 MWhth para 01 MWh real, e com rendimento médio de elevados 73,0% na captura desta usina do tipo CHP (“Combined Heat and Power” = Usina mista para produção de aquecimento e de energia elétrica) e de 41% na geração. O vapor era recapturado a 82º C e a 1,4 bar para se reconverter em água (também chamada de “condensado”).
Vide em: https://www.linkedin.com/pulse/combined-heat-power-chp-cogeneration-system-vardakastanis/ .
Em março de 2018, a Universidade Politécnica de Madrid mais a de Huelva (Espanha) publicaram bom estudo comparativo e detalhado sobre as eficiências finais dos melhores sistemas captadores solar e geradores, envolvendo gerações diferenciadas, agora, com ar comprimido aquecido nos sistemas solar e com elevado rendimento, mas com custo exorbitante (como também ocorrem na maioria das usinas com moderníssimas gerações ORC ou orgânicas, em que fluidos térmicos recolhíeis - não o vapor ou a água ou o ar - são usados diretamente para acionar as turbinas geradoras).
Vide mais sobre usinas mistas solar-diesel em https://www.aggreko.com/en/products/solar-diesel-hybrid-global .
7) Novíssimo sistema solar não-misto e não-hibrido – ainda sem dados comparativos de eficiências e de custos - para captura térmica solar na primavera e verão para estocagens e usos noturnos (como nos atuais fluido térmicos acima) no próximo inverno e/ou por até 18 anos -
Recente (novembro/2018), “cientistas da Universidade de Tecnologia de Chalmers na Suécia criaram uma molécula capaz de armazenar energia solar por até 18 anos. Trata-se do sistema MOST em inglês (“Molecular Solar Thermal Energy Storage” = Armazenamento molecular de energia solar termal)”.
“O processo envolve a captação da luz solar pelo teto de casas e prédios também rastreada e redirecionada por sistemas foto-estacionário. Já a energia gerada é mantida em estado liquido (na forma de uma molécula de carbono, hidrogênio e nitrogênio, ou seja, do famoso CHON, mas que apresenta a propriedade única de ser transformada, posteriormente, em um isômero rico em energia - um isômero é uma molécula que consiste nos mesmos átomos, mas unidos de modo diferente”). “Assim, este material pode ser isomerizado usando energia solar e então ser armazenado em tanques para ser usado quando a energia for necessária - à noite ou no inverno, por exemplo”.
Também pode ser guardada para ser comercializada na próxima década.
Vide mais dados em https://ciberia.com.br/liquido-armazena-energia-solar-18-anos-47770 .
FIM
