Avanço na conversão de energia pode aumentar a eficiência da planta : Energia e Meio Ambiente

07 de setembro de 2022

Pesquisadores do Laboratório Nacional Sandia do Departamento de Energia dos EUA testaram com sucesso um novo sistema de energia baseado em um ciclo Brayton de circuito fechado para fornecer eletricidade à rede. O sistema poderia aumentar drasticamente a eficiência das centrais eléctricas, incluindo os actuais e novos sistemas de reactores avançados, bem como centrais solares concentradas e alimentadas a gás.

As centrais eléctricas actuais - nuclear, a gás e a carvão - utilizam um ciclo Rankine baseado em vapor para converter o calor que produzem em electricidade, mas estes sistemas baseados em vapor perdem cerca de dois terços da energia que poderiam potencialmente produzir porque o vapor deve ser convertido de volta. na água para repetir o ciclo. Em vez disso, a equipe Sandia desenvolveu um ciclo Brayton de circuito fechado recuperado simples que usa dióxido de carbono supercrítico como fluido de trabalho.

O dióxido de carbono supercrítico, que permanece no sistema e não é libertado como gás com efeito de estufa, pode ficar muito mais quente que o vapor – até 700°C. O ciclo Brayton tem potencial para ser muito mais eficiente na transformação do calor das usinas de energia em energia do que o ciclo Rankine tradicional baseado em vapor, com uma eficiência de conversão teórica superior a 50%.

No sistema desenvolvido pela equipe Sandia, o gás dióxido de carbono passa por um circuito contínuo sendo pressurizado, aquecido e expandido por meio de uma turbina para gerar eletricidade. Em seguida, é resfriado em um recuperador antes de retornar ao compressor para completar o ciclo.

Um diagrama do circuito de teste do ciclo Brayton de circuito fechado (Imagem: Sandia) O gás passa por um circuito contínuo sendo pressurizado, aquecido e expandido através de uma turbina para gerar eletricidade. Depois que o fluido sai da turbina, ele é resfriado em um recuperador antes de retornar ao compressor para completar o ciclo.

Para o teste, os pesquisadores usaram um aquecedor elétrico para aquecer o dióxido de carbono supercrítico até 600°F (316°C) e depois devolveram energia à rede elétrica da Base Aérea de Sandia-Kirtland. O teste forneceu energia contínua à rede por 50 minutos e, às vezes, produziu até 10 quilowatts de eletricidade. Esta é a primeira vez que os operadores da rede concordam em assumir a energia e é um passo significativo, disseram os investigadores.

"Há vários anos que nos esforçamos para chegar aqui e sermos capazes de demonstrar que podemos ligar o nosso sistema à rede através de um dispositivo comercial é a primeira ponte para uma geração de eletricidade mais eficiente", disse Rodney Keith, gestor para o grupo de conceitos avançados que trabalha na tecnologia do ciclo Brayton.

A equipe trabalhará na modificação do sistema para que possa operar em temperaturas mais altas e pretende demonstrar um sistema de ciclo Brayton de CO2 supercrítico de 1 MW até o outono de 2024. Ao longo deste processo, eles esperam testar ocasionalmente o sistema, fornecendo eletricidade ao rede, desde que obtenham aprovação dos operadores da rede para o fazer.

"Para aplicações comerciais reais, sabemos que precisamos de máquinas turbo maiores, eletrônica de potência, rolamentos e vedações maiores que funcionem para CO2 supercrítico, ciclos fechados de Brayton", disse o pesquisador principal Darryn Fleming. “Há todas essas coisas diferentes que precisam ser feitas para reduzir o risco do sistema, e estamos trabalhando nisso agora. Em 2023, colocaremos tudo junto em um ciclo de recompressão e então o levaremos até mesmo maior produção de energia, e é aí que a indústria comercial pode continuar a partir daí."

O projeto foi apoiado pelo programa de Energia Elétrica Transformacional Supercrítica (STEP) do Departamento de Energia, que é co-patrocinado pelos escritórios de Energia Nuclear, Energia Fóssil e Gestão de Carbono, e Eficiência Energética e Energia Renovável.

Pesquisado e escrito por World Nuclear News

WNN é um serviço público de informação da Associação Nuclear Mundial

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