Velhos conceitos, novas soluções. Uma equipa de investigadores jordanianos e catarianos acaba de reconsiderar o antigo conceito de torre solar – ideia formulada no início do século XX pelo inventor espanhol Isidoro Cabanyes – para garantir um fornecimento de energia 24 horas por dia, um fluxo contínuo, que aproveita a energia do Sol e está livre das intermitências que fazem com que as instalações fotovoltaicas nem sempre consigam coordenar a sua oferta e procura. Para conseguir isso, os especialistas do Médio Oriente deram, naturalmente, uma reviravolta ao seu design.
Eles nomearam sua proposta como TTSS.
Uma ideia tradicional. As torres solares (ou chaminés) não são novas. Há mais de um século, Isidoro Cabanyes pensava no conceito e no início dos anos 80 foi construído um protótipo em pequena escala em Manzanares, Ciudad Real. Desde então, surgiram várias iniciativas – incluindo a da empresa Enviro Mission, que ilustra este post – para promover uma tecnologia promissora que se baseia, na verdade, num fenómeno bastante simples: a convecção, a tendência do ar quente de subir. Nessas peculiares “chaminés” alongadas, a energia solar é utilizada para aquecer o duto e o ar em seu interior, o que gera uma corrente que por sua vez aciona um sistema de turbinas.
“Sistema de tecnologia dupla”. O que pesquisadores da Universidade do Qatar e da Universidade Técnica Al Hussein fizeram foi pegar o conceito e reformulá-lo. Eles nomearam sua proposta de TTSS, que significa “sistema solar de tecnologia dupla”. O nome pode ser um pouco longo, mas é sugestivo e dá uma ideia bastante precisa de como funciona. Em vez de ficar com uma torre de atualização solar convencional, o novo trabalho propõe combinar duas tecnologias no mesmo projeto.
O TTSS combina uma torre de corrente ascendente solar e uma torre de corrente descendente de resfriamento. Tudo integrado no mesmo duto. O sistema é relativamente simples, pelo menos no papel: no centro está a chaminé de corrente ascendente que aquece o ar ao nível do solo e permite que ele suba pelo canal até chegar às turbinas. Ao seu redor há uma dúzia de torres menores de corrente descendente que canalizam o ar resfriado para baixo, acionando assim outras turbinas localizadas nas bases dos canais.
Para aquecer o ar, o sistema incorpora um teto projetado para reter o calor. O fenómeno oposto, o do arrefecimento, é conseguido com um sistema que pulveriza uma névoa fina na parte superior que permite a descida do ar quente.
Melhorando a eficiência. Esse é o objectivo que os investigadores do Catar e da Jordânia estabeleceram para si próprios. E isso está detalhado no artigo que publicaram em Relatórios de Energia com as conclusões de seus experimentos.
“As usinas de torre solar ascendente padrão operam durante o dia, pois dependem da radiação solar para gerar eletricidade. Portanto, a produtividade, eficiência e desempenho energético são limitados”, comentam Emad Abdelsalam, Tarifas Almomani e Shadwa Ibrahim, autores do estudo. Este trabalho apresenta uma tentativa de aumentar a produtividade do sistema solar de corrente ascendente, combinando-o com uma tecnologia de corrente descendente em um único projeto.”
Combinando torres. Para conseguir isso, seu TTSS combina canais concêntricos, turbinas, aspersores de água e um coletor. “A torre interna funciona como um sistema solar ascendente tradicional, no qual o ar é aquecido sob o coletor devido à irradiância e depois sobe pela chaminé devido à coluna de pressão. Enquanto a torre externa cria uma corrente descendente ao borrifar água no ambiente quente da parte superior da torre”, explica a equipa, que afirma que o seu sistema é “independente da irradiância solar”, vantagem que lhe permite funcionar tanto durante o dia como à noite.
Você lida com números? Sim. Os investigadores trabalharam com um modelo de simulação que aplicaram às condições climáticas de Riade e que mostrou que o TTSS poderia gerar 752.763 kWh anualmente, o que é 2,14 vezes mais do que os sistemas de corrente ascendente solar padrão. As torres externas forneceriam 400 MWh e a torre de atualização cerca de 350 MWh. Com estes resultados, os especialistas estimam que seriam poupadas cerca de 677 toneladas de CO2.
Para os testes, a equipe da Universidade do Qatar e Al Hussein tomaram como referência uma torre TTSS de grandes dimensões: uma torre externa de 200 m de altura e diâmetro interno de 10 m. Já o coletor tem 250 m de diâmetro e desenho inclinado com entrada de 6 m de altura que aumenta gradativamente até atingir 12 na base da torre.
“As torres interna e externa são concêntricas. A área entre as torres é dividida em dez canais, onde cada canal funciona como torre de resfriamento. O raio de cada uma é de 1,8 metros”, detalham os especialistas em Relatórios de Energia. Graças a esta “estrutura única” afirmam que o seu design de “tecnologia dupla” é capaz de operar em dois modos simultaneamente, combinando o seu trabalho como torre solar de corrente ascendente e canal de refrigeração descendente.
Vantagens… e alguns outros desafios. Os autores afirmam que a sua torre solar de dupla corrente permite duplicar a produção de protótipos convencionais (2.14) e que o sistema pode funcionar “24 horas por dia, 7 dias por semana, dependendo das condições meteorológicas”, graças à sua capacidade de reter o calor.
Isto não impede que o TTSS apresente também “limitações” importantes que podem complicar a sua expansão. Os próprios investigadores admitem que são afectados pelas condições climatéricas e que uma das suas desvantagens é a necessidade de acesso à água para o sistema de corrente descendente, o que pode ser uma dificuldade em zonas desérticas, precisamente aquelas onde seriam mais eficazes.
“Além disso, o desempenho da torre downdraft diminui consideravelmente em condições de alta umidade, como durante o inverno. Portanto, recomenda-se que o projeto proposto seja implementado em áreas remotas com clima quente e seco”, concluem. Outro desafio que terá de enfrentar – recorda New Atlas – é ir além das simulações e demonstrar que é viável à escala comercial, outro desafio importante dadas as suas grandes dimensões.
Imagens: Missão Ambiental sim Emad Abdelsalam et al. (Relatórios de energia)
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