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May 19, 2023

“Nós temos o poder” — Sandia Technology Test fornece eletricidade para a rede

Esse dióxido de carbono, que fica dentro do sistema e não é liberado como

Esse dióxido de carbono, que fica dentro do sistema e não é liberado como gás de efeito estufa, pode ficar muito mais quente que o vapor – 1.290 graus Fahrenheit ou 700 Celsius.

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Primeiro teste da tecnologia de ponta do ciclo Brayton coloca energia na rede local

ALBUQUERQUE, Novo México — Pela primeira vez, os pesquisadores do Sandia National Laboratories forneceram eletricidade produzida por um novo sistema de geração de energia para a rede elétrica da Base Aérea de Sandia-Kirtland.

Logan Rapp (à esquerda) e Darryn Fleming, engenheiros mecânicos do Sandia National Laboratories, com o sistema de controle para o circuito de teste do ciclo Brayton de dióxido de carbono supercrítico. No início deste ano, os engenheiros forneceram eletricidade produzida por este sistema à rede pela primeira vez. (Foto de Bret Latter)

O sistema usa dióxido de carbono supercrítico aquecido em vez de vapor para gerar eletricidade e é baseado em um ciclo de Brayton de circuito fechado. O ciclo Brayton recebeu o nome do engenheiro do século 19, George Brayton, que desenvolveu esse método de usar fluido quente e pressurizado para girar uma turbina, muito parecido com um motor a jato.

O dióxido de carbono supercrítico é um material não tóxico e estável que está sob tanta pressão que age tanto como um líquido quanto como um gás. Esse dióxido de carbono, que fica dentro do sistema e não é liberado como gás de efeito estufa, pode ficar muito mais quente que o vapor – 1.290 graus Fahrenheit ou 700 Celsius. Parcialmente por causa desse calor, o ciclo Brayton tem o potencial de ser muito mais eficiente em transformar o calor de usinas de energia – nuclear, gás natural ou mesmo solar concentrado – em energia do que o tradicional ciclo Rankine baseado em vapor. Como muita energia é perdida transformando o vapor de volta em água no ciclo de Rankine, no máximo um terço da energia do vapor pode ser convertida em eletricidade. Em comparação, o ciclo Brayton tem uma eficiência de conversão teórica superior a 50%.

"Estamos nos esforçando para chegar aqui há vários anos, e poder demonstrar que podemos conectar nosso sistema por meio de um dispositivo comercial à rede é a primeira ponte para uma geração de eletricidade mais eficiente", disse Rodney Keith, gerente para o grupo de conceitos avançados trabalhando na tecnologia do ciclo Brayton. "Talvez seja apenas uma ponte flutuante, mas é definitivamente uma ponte. Pode não parecer muito significativo, mas foi um caminho e tanto para chegar até aqui. Agora que podemos atravessar o rio, podemos fazer muito mais."

Um diagrama do loop de teste de ciclo Brayton de loop fechado simples do Sandia National Laboratories. O fluido de trabalho sendo comprimido, aquecido e expandido para produzir energia é o dióxido de carbono supercrítico. O dióxido de carbono supercrítico é um material não tóxico e estável que está sob tanta pressão que age tanto como um líquido quanto como um gás. (Gráfico cortesia Sandia National Laboratories)

Em 12 de abril, a equipe de engenharia da Sandia aqueceu seu sistema supercrítico de CO2 a 600 graus Fahrenheit e forneceu energia à rede por quase uma hora, às vezes produzindo até 10 quilowatts. Dez quilowatts não é muita eletricidade, uma casa média usa 30 quilowatts-hora por dia, mas é um passo significativo. Durante anos, a equipe despejou eletricidade produzida por seus testes em um banco de carga resistiva semelhante a uma torradeira, disse Darryn Fleming, o principal pesquisador do projeto.

"Iniciamos com sucesso nossa turbina-alternador-compressor em um simples ciclo supercrítico de CO2 Brayton três vezes e tivemos três desligamentos controlados, e injetamos energia na rede Sandia-Kirtland constantemente por 50 minutos", disse Fleming. "O mais importante sobre este teste é que conseguimos que Sandia concordasse em assumir o poder. Levamos muito tempo para obter os dados necessários para nos conectar à rede. Qualquer pessoa que controle uma rede elétrica é muito cautelosa sobre o que você sincroniza com a rede deles, porque pode interromper a rede. Você pode operar esses sistemas o dia todo e despejar a energia em bancos de carga, mas colocar um pouco de energia na rede é um passo importante."