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A Energia Electrica Termo Solar- CSP(Concentrated Solar Power)

por

Manuel Collares PereiraCSO- Dreen , RE

Professor Catedrático Convidado, IST

Sumário

•

Electricidade solar termica : o estado da arte, tecnologia

•

Centrais de Torre•

Paraboloides de revolução e motores Stirling

•

Colectores cilindro parabólicos•

Linear Fresnel Reflectors technology: problemas e evolução

•

Armazenamento e BIG SOLAR•

O futuro (em Portugal?)

PLATAFORMA SOLAR DE ALMERPLATAFORMA SOLAR DE ALMERÍÍAA

As 4 tecnologias principais do CSP

T>250ºC

Production of electricity

Abengoa-

Solucar la Mayor- 11MWe

55 ha de terreno

250ºC, vapor saturado

Combinado com gás <15%

~2000 h/ano pot. nominal de 11MW (linha de 60 kV)

Abengoa: PS10 (11MWe)•

11MWe, PS10, Abengoa, SanLucar

Paraboloide + motor Stirling•

Paraboloide de revolução + motor Stirling/gerador- conversão directa no foco (700-800ºC)

•

Vantagem : CSP modular, da pequena à grande escala: <25kW

Cilindro parabólicos

•

Seguimento do mov. aparente do sol a um só

eixo

Concentrador parabólico

•Luz-

California-

360Mwp

Kramer Junction. California, 360MWpLuz (tecnologia Israelita)

Parabolic troughs

•

Eurotrough

50MW, ~450ºC

28500 ton

NaNO3+KNO3

ARMAZENAMENTO

LFR- um novo conceito

•

LFR-

Linear Fresnel Reflector•

Aproximar a parábola por espelhos planos, tangentes à

mesma

•

Conceito nascido na Australia (Prof. David Mills, Prof. Graham Morrisson)-

SHP, Solar

Heat and Power, AUSRA•

Sistema europeu-

Solarmundo

•

Entretanto outros players: Novatec, Man- Ferrostaal+Solar Power Group, PSE

LFR – Optica do tipo Fresnel

31 metres31 metres

Espelhos planos aproximam a parábola ;

Duplo foco permite melhor rendimento optico

Tamanho relativo de parabólicos convencionais

Fresnel Concepts: LFR Technology, (AUSRA ,Liddell)

40 MW; second stage at Liddell

LFR - Um novo conceito•

Menos absorvedor por m2: menos perdas termicas

•

Absorvedor fixo: possibilita geração directa de vapor•

espelhos planos: baixo custo, e podem curvar-se ligeiramente, i.e. concentração extra ou maior tamanho para a mesma concentração

•

Seguimento do sol com menos precisão: mais simples, mais barato

•

Para CSP os rendimentos baixos, são penalizantes; é preciso melhorar entre 20 a 30% o rendimento global de

conversão

LFR actuais estão muito longe dos limites definidos pelos princípios da Física

•

Simple Linear Fresnel concentrators are not an ideal optic and fall short of the limit by a large amount; assuming that reflectors are infinitesimally small…

a

b

Incident light with aperture 2*θ

C=b/a

C/Cmax=0.45 for the best case

ψ=40.4º

(rim angle)

September18, 2009SOLARPACES, Berlin

CLFR- Patente portuguesa uma configuração possivel

Heliostats on an etendue conserving curveSeptember18, 2009SOLARPACES, Berlin

A patente portuguesa

September18, 2009SOLARPACES, Berlin

Rendimento 20 a 30% mais alto! Alta concentração (<100) temperaturas até 500ºC

Perspectivas em torno da CLFR em Portugal

•

Uma tecnologia ainda com grande potencial de evolução•

Outros usos possíveis:

•

Vapor para centrais termicas convencionais: a gás, a carvão…

•

Dessalinização•

Vapor para a industria

•

(…)•

Exportar: Espanha, Norte de África (DESERTEC), USA…

•

<1.5 euro/Wp é

mesmo possivel em projectos a uma escala superior a 50 MWp!

CSP –

a produção centralizada de electricidade

•

>50MW (250MW?)•

A combinação com armazenamento

•

A “despachabilidade”

da energia eléctrica solar•

Armazenar e quanto?

•

Hoje : ~7h nos projectos tipo ANDASOL ( em Espanha) com sais fundidos. Excelentes resultados.

•

De 7h a 16h uma possibilidade muito interessante (Big SOLAR+armazenamento)

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US Solar Resources

100% US Power147x147 km2 park

BIG SOLAR

!!!

Can “Big Solar”

supply the grid?

•

From David Mills

Beijing paper (2007)

California Electricity Grid (CAISO) hourly data for 2006

Turbogenerator capacity matched to peak California load

Collector: CLFR

Calculation hour by hour for whole yearSM1 means array produces at peak exactly the energy required by the turbine at peak;

SMx array have x times the area of SM1

Copyright ©

Ausra, Inc. 2007

“No Storage”

concept (9hr production)

Copyright ©

Ausra, Inc. 2007

16 hr production: Storage

Storing hot water/steam on a large scale and low cost (7-21 euro/kWh)

California,with 16 hours storage, 92% correlation with SM3, no costly peaking plant

needed!!!

29

USA Grid, fed from California and Texas: 96% correlation with 16 hours storage, SM3

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Amadurecimento do conceito…

•

“Big Solar”

+ storage renders obsolete the concept (concern ) of (with) “base load”

•

CSP has useful daily and seasonal correlations with load; coal and nuclear do not.

•

Little or no costly peaking plant is required (can use existing Hydro)

•

Is

this

the

time

to start

thinking

that

solar energy

can

be a MAJOR electricity

provider

on

a par with

conventional

sources?? •

STORAGE: a very

hot

topic!!!!

Conclusões

•

CSP-

Electricidade solar por via térmica: uma tecnologia com muito futuro

•

Mais competitiva/versátil que o fotovoltaico

em produção centralizada, grande escala?! Sim…

c/armazenamento…•

Portugal: não ficar de fora da “corrida”

a esta

tecnologia!!!? 1000 MW até

2020?•

Metas e tarifas (a actual é

como se não

existisse…)•

Hibridização

com gás!

Obrigado pela vossa atenção!