Armazenamento térmico em sais fundidos

O armazenamento térmico em sais fundidos guarda o calor de uma central solar em grandes tanques isolados com sal de nitratos fundido, para que a central possa produzir vapor e eletricidade depois do pôr do sol ou com nuvens. O sal frio, a cerca de 290 °C, é aquecido no recetor até cerca de 565 °C e guardado num tanque quente até ser preciso. A torre francesa Thémis, ligada à rede em 1983, usava sal fundido para transportar e para armazenar o seu calor.

O que é

Uma central solar térmica só recolhe calor enquanto o sol brilha, mas a eletricidade é usada a todas as horas. O armazenamento em sais fundidos separa as duas coisas. Durante o dia, a central aquece mais sal do que a turbina precisa nesse momento e guarda o excedente num tanque. À noite, ou quando passam nuvens, vai buscar esse sal quente para continuar a produzir vapor para a turbina a vapor.

O sal é uma mistura de nitratos de sódio e de potássio. Não arde e quase não liberta vapor mesmo muito quente, de modo que pode ser guardado em grandes tanques à pressão atmosférica em vez de em recipientes sob pressão. O seu defeito é começar a cristalizar por volta dos 240 °C e ficar totalmente sólido por volta dos 220 °C, pelo que nas tubagens tem de se manter sempre acima desse intervalo.

Como funciona

Um corte da parede e da base de um grande tanque de armazenamento: um costado de aço, uma camada espessa de isolante à volta sob um fino revestimento metálico e, por baixo, uma fundação de tijolo refratário isolante sobre betão O tanque quente é um costado de aço envolvido em isolante e assente numa fundação isolada.

A disposição habitual tem dois tanques. O sal do tanque frio, a cerca de 290 °C, é bombeado para o recetor, aquecido aí até cerca de 565 °C e escoa para o tanque quente. Quando a central precisa de potência, o sal quente é bombeado através de um gerador de vapor, onde faz ferver a água, e sai arrefecido de volta ao tanque frio. A recolha do calor e a produção de eletricidade podem assim seguir horários diferentes. Como é o próprio sal que transporta o calor desde o recetor e também o armazena, fala-se de um sistema direto.

Os dois tanques são de metais diferentes. O sal de nitratos quente corrói o aço comum, por isso o tanque quente é de aço inoxidável; o frio, a temperatura mais baixa, pode ser de aço-carbono, mais barato. Ambos têm um isolamento espesso. Se o sal ficar muito tempo bem acima dos 565 °C do tanque quente, o nitrato decompõe-se pouco a pouco, liberta oxigénio e transforma-se em parte em nitrito, o que fixa o limite superior do armazenamento.

A solidificação é o principal risco de exploração. Um tampão de sal sólido pode entupir uma tubagem ou um tubo do recetor, por isso tubagens, válvulas e recetor têm de ser mantidos acima da temperatura a que surgem os primeiros cristais com resistências elétricas ou esvaziados quando não estão em uso.

Como fazer

Dois termos lado a lado numa mesa, um marcado com uma faixa vermelha e outro com uma faixa azul, cada um com um termómetro a atravessar a tampa, e um jarro de água ao lado Dois termos com água morna e fresca mostram como um tanque isolado guarda o seu calor.

Dois termos e dois termómetros mostram como um armazenamento bem isolado guarda o seu calor. Marque um termo com fita vermelha como tanque quente e o outro com fita azul como tanque frio. Encha o vermelho com água morna da torneira e o azul com água fresca da torneira, feche ambos com uma tampa atravessada por um termómetro e anote as duas temperaturas. Encha uma chávena aberta com a mesma água morna e ponha-lhe um termómetro.

Leia os três termómetros de meia em meia hora durante uma tarde e até à noite. A água da chávena aberta arrefece depressa, enquanto a água morna do termo vermelho se mantém morna durante horas, como o sal quente no seu tanque isolado. O termo azul mantém-se fresco durante o mesmo tempo, porque o isolamento trava a passagem do calor nos dois sentidos.

Aviso de segurança. Use apenas água morna da torneira, nunca a ferver, para evitar queimaduras, e verifique se os termos estão em bom estado e colocados onde não possam ser derrubados. Nunca tente fundir nitratos nem nenhum outro sal em casa: o sal fundido causa queimaduras graves, e os nitratos são oxidantes fortes que podem fazer arder com violência a madeira, o papel ou a roupa.

História e evolução

Um campo circular de pequenos espelhos à volta de uma torre central, visto do alto e em ângulo, com dois tanques redondos de armazenamento e um bloco de produção ao pé da torre Uma central de torre com armazenamento vista de cima: o campo de espelhos, a torre e, ao lado, os dois tanques de sal.

Nos Estados Unidos, engenheiros do programa solar projetaram centrais de recetor central que iriam transportar e armazenar o seu calor em sal de nitratos fundido. Na Central Receiver Test Facility de Albuquerque, no Novo México, foi construído e ensaiado um armazenamento experimental com um tanque frio e um tanque quente, e os ensaios mostraram que a ideia funcionava. Os mesmos dois tanques serviram depois no Molten Salt Electric Experiment, uma pequena central completa montada no local, ensaiada em 1984 e 1985 e que terminou com um mês de produção de eletricidade.

Em França, a torre Thémis de Targassonne, nos Pirenéus, foi ligada à rede em 1983. O sal fundido levava o calor do recetor ao gerador de vapor e servia também de reserva de calor da central.

A Solar Two, construída na Califórnia no local da antiga torre Solar One, funcionou no fim da década de 1990 com um recetor de sal fundido e dois tanques de armazenamento. Mostrou que uma central de torre podia recolher calor de dia e fornecer eletricidade com nuvens e depois do pôr do sol.

A Gemasolar, perto de Sevilha, em Espanha, entrou em serviço em 2011 com um recetor de sal na torre e tanques suficientemente grandes para manter a turbina a funcionar cerca de 15 horas sem sol. Logo no primeiro verão forneceu eletricidade durante um dia e uma noite inteiros sem parar.