Como funciona o armazenamento de energia com sal fundido?

O calor sensível do sal fundido pode ser usado para armazenar energia solar em alta temperatura, denominado tecnologia de sal fundido ou armazenamento de energia de sal fundido (AESF). Sais fundidos podem ser empregados como um método de armazenamento de energia térmica para reter energia térmica. Basicamente, o AESF, usa milhares de espelhos de rastreamento chamados heliostatos distribuídos por uma grande área. Os heliostados são posicionados de forma refletir a luz do sol em um único ponto para aquecer e liquefazer, que é então usado para aquecer água para produzir vapor e produzir eletricidade.

O sal é um meio ideal porque mantém uma faixa de temperatura mais ampla em estado líquido, permitindo que o sistema opere em pressões mais baixas. Estimativas indicam uma eficiência anual de 99%, uma referência à energia retida pelo armazenamento de calor antes de transformá-lo em eletricidade, versus converter calor diretamente em eletricidade.

Várias misturas eutéticas de diferentes sais são usadas, por exemplo, nitrato de sódio , nitrato de potássio e nitrato de cálcio. Há experiência com tais sistemas em aplicações não solares nas indústrias química e de metais como fluido de transporte de calor.

O sal derrete a 131 °C. Ele é mantido líquido a 288 °C em um tanque de armazenamento "frio" isolado. O sal líquido é bombeado através de painéis em um coletor solar onde o sol focado pelos heliostatos o aquece a 566 °C. Ele é então enviado para um tanque de armazenamento quente. Com o isolamento adequado do tanque, a energia térmica pode ser armazenada de forma útil por até uma semana, como se fosse uma bateria.

Quando a eletricidade é necessária, o sal fundido quente é bombeado para um gerador de vapor convencional para produzir vapor superaquecido para acionar um conjunto de turbina/gerador convencional, como usado em qualquer usina de carvão, hidrelétrica, petróleo ou nuclear. Uma turbina de 100 megawatts precisaria de um tanque de cerca de 9,1 metros de altura e 24 metros de diâmetro para acioná-la por quatro horas por este projeto.

A maioria das usinas de energia solar térmica usa esse conceito de armazenamento de energia térmica. Entre os muitos meios de armazenamento de calor para armazenamento de energia de capacidade, o armazenamento de sal fundido tem as vantagens de desempenho de alta densidade de armazenamento de calor, baixa viscosidade, baixo custo, longa vida útil e alta eficiência, e se destacou com sucesso. Um exemplo é a Usina Solar Térmica Cerro Dominador, localizada no Deserto do Atacama e inaugurada em junho de 2021, que pode armazenar 17,5 horas de capacidade de geração em sal fundido.

O uso de armazenamento de energia baseado em capacidade pode regular melhor a oferta e a demanda de energia e, ao mesmo tempo, fazer uso total dos preços de pico e vale para aumentar os lucros. Portanto, o armazenamento de energia de capacidade, como o armazenamento de sal fundido, tornou-se uma direção importante para novos sistemas de energia no futuro.

A instabilidade da energia solar e eólica e as flutuações periódicas de pico e vale da energia de uso final resultam em baixa eficiência de utilização da energia renovável. Para se adaptar às características da geração de energia limpa e renovável, sistemas de armazenamento de energia de suporte são necessários para resolver o problema de incompatibilidade entre oferta e demanda de energia em tempo, espaço e intensidade.

Ou seja, quando há mais energia elétrica, ela é armazenada no sistema de armazenamento de energia. Quando há escassez, o sistema de armazenamento de energia é usado para gerar eletricidade para suplementar a rede elétrica. Ou seja, é possível usar o excedente de energia gerado em um determinado período do dia, inclusive de geradores solares, eólicos ou hidrelétricos, para ser armazenado como sal fundido.

Entre as fontes de energia limpa conhecidas, a energia solar é, sem dúvida, a fonte de energia renovável com as maiores reservas que podem ser desenvolvidas na Terra. No entanto, devido à incompatibilidade entre a distribuição sazonal e a demanda de consumo de energia, como armazenar energia térmica, como a energia solar, no meio de armazenamento de calor no verão e liberar o calor para aquecimento no inverno para atingir o estado ideal de armazenamento no verão e uso no inverno, tornou-se uma das principais direções atuais de pesquisa e desenvolvimento da indústria.

Como um método de armazenamento de energia de longa duração, a escala de o armazenamento de sal fundido é grande, geralmente com capacidade entre dezenas de megawatts e centenas de megawatts. O tempo de armazenamento de energia é longo, e o tempo de armazenamento de sal fundido pode chegar a mais de 10 horas.

O custo de investimento inicial é alto. O custo de investimento do armazenamento de sal fundido é de cerca de 5 milhões/MWh, o que é semelhante ao custo de investimento inicial do armazenamento de energia hidrelétrica bombeada e do armazenamento de energia de ar comprimido. Comparado com o armazenamento de energia eletroquímica, o custo de investimento inicial é maior.

A eficiência de conversão de energia é baixa, e a eficiência do armazenamento de sal fundido é geralmente menor que 60%. Comparado com métodos de armazenamento de energia eletroquímica e mecânica, a eficiência de conversão é relativamente baixa.

Comparado com as atuais tecnologias de armazenamento de energia de bateria de lítio , o armazenamento de sal fundido tem as vantagens de longa vida, baixo custo de escala e alta segurança. No cenário futuro em que vários sistemas de armazenamento de energia coexistem, o armazenamento de sal fundido pode ocupar uma posição importante.