Usina de CO2 supercrtico gera eletricidade pela primeira vez

Energia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 07/06/2024

Um dos destaques da tecnologia est nas dimenses muito reduzidas da usina.
[Imagem: SRI]

CO₂ supercrtico

Comeou a operar nos EUA uma planta-piloto de gerao de energia baseada em dixido de carbono supercrtico (sCO₂), uma tecnologia promissora para substituir as termoeltricas atuais.

O sCO₂ o dixido de carbono mantido acima de uma temperatura e presso crticas, o que faz com que ele atinja a densidade de um lquido, mas continue se comportando como um gs. Alm de no ser txico nem inflamvel, o estado supercrtico torna o sCO₂ um fluido altamente eficiente para gerar energia porque pequenas mudanas na temperatura ou presso causam mudanas significativas em sua densidade.

As usinas termoeltricas atuais usam gua como meio trmico nos ciclos de energia. Substituir a gua por sCO₂ aumenta a eficincia dessas usinas em at 10% – outra diferena que as usinas a vapor tradicionais usadas na gerao de energia se baseiam em um ciclo Rankine, enquanto as usinas de sCO₂ se baseiam em um ciclo Brayton.

Em um ciclo de Brayton de circuito fechado, o CO₂ supercrtico aquecido por um trocador de calor e faz girar uma turbina. Depois que o CO₂ sai da turbina, ele resfriado em um recuperador, antes de entrar em um compressor. O compressor leva o CO₂ supercrtico at a presso necessria, entrando em contato com o calor residual no recuperador e ento retornando ao aquecedor para continuar o ciclo – o recuperador um elemento essencial para aumentar a eficincia geral do sistema.

Como se perde muita energia transformando vapor de volta em gua no ciclo Rankine, no mximo um tero da energia do vapor pode ser convertida em eletricidade. Em comparao, o ciclo Brayton tem uma eficincia de converso terica superior a 50%.

A turbina atingiu sua velocidade mxima de 27.000 rpm, a uma temperatura operacional ainda reduzida de 260 C.
[Imagem: SRI]

Ciclo Brayton

A usina experimental, chamado STEP, sigla em ingls para “Energia Eltrica Transformacional Supercrtica”, com potncia de 10 megawatts, est instalada no Instituto de Pesquisas do Sudoeste (SwRI).

Pela primeira vez, a turbina da planta piloto atingiu sua velocidade mxima de 27.000 rpm, a uma temperatura operacional de 260 C, e gerou uma pequena quantidade de energia. Nas prximas semanas, a equipe aumentar lentamente a temperatura operacional, at atingir 500 C, quando ento a usina gerar 5 megawatts (MWe) de energia, o suficiente para abastecer 5.000 residncias.

Aps a concluso desta primeira fase de testes, o projeto entrar em sua fase final. A planta-piloto ser reconfigurada para um aumento da eficincia e da produo geral de energia. Essa modificao requer a instalao de novos equipamentos, bem como uma nova fase de comissionamento e testes, que avanar por 2025, at que a planta-piloto esteja funcionando a plena potncia. Ao final de sua fase final, a usina produzir 10 MWe por hora, o suficiente para abastecer 10 mil residncias.

A turbomaquinaria de sCO₂ da usina tem aproximadamente um dcimo do tamanho dos componentes convencionais de uma usina termoeltrica, o que reduz a rea fsica e o custo de construo de quaisquer novas instalaes. Alm disso, os ciclos de energia sCO₂ so compatveis com muitas fontes de calor, incluindo energia solar concentrada, calor residual industrial, energia geotrmica e centrais nucleares avanadas.

“O impacto de demonstrar que a tecnologia sCO₂ funciona no pode ser exagerado,” disse Jeff Moore, gerente do projeto. “Eu realmente acredito que este projeto mudar a forma como abordamos a gerao de energia no futuro prximo.”