A crescente participação das energias renováveis no “mix” de energia tende naturalmente a diminuir a parcela das fontes de energia convencionais. No entanto, devido à possibilidade reduzida de armazenar eletricidade, as renováveis internitentes (por exemplo, energia eólica e fotovoltaica) só estão disponíveis quando o recurso está disponível, sem despachabilidade, diminuindo a flexibilidade da rede elétrica.
Assim, são necessárias fontes de energia mais despacháveis e a Concentração de energia solar (CSP) apresenta esse benefício, usando armazenamento de energia térmica (TES).
O TES inclui várias tecnologias e gamas de temperatura. No entanto, a energia pode ser armazenada como calor sensível, calor latente ou mesmo como energia química (ou seja, armazenamento de energia termoquímica). O armazenamento de calor sensível é conseguido por aquecimento do meio de armazenamento (por exemplo, sódio líquido, sal fundido ou água pressurizada) e aumentando o seu conteúdo de energia, sem mudança de fase. A energia é libertada ou absorvida pelo meio quando a sua temperatura dimimui ou aumenta, respectivamente. O calor sensível pode ser armazenado em meios sólidos (por exemplo, em leito de inertes ou em betão, que requerem um fluido para trocar calor) ou em meios líquidos tais como sal fundido ou água pressurizada.
Por outro lado, o calor latente está associado a mudanças de fase. A energia necessária durante o carregamento é utilizada para converter um material sólido num material líquido (como parafina) ou um material líquido num gás. Os materiais de mudança de fase têm o benefício de uma alta capacidade térmica, mas têm a desvantagem do seu comportamento se alterar após uma série de ciclos de mudança de fase. Para usar o armazenamento de calor latente, o material de armazenamento deve ter uma temperatura de fusão dentro do alcance das temperaturas de operação desejadas do Fluido de Transferência de Calor (HTF). Da mesma forma, as reações químicas endotérmicas requerem uma temperatura específica na qual um produto químico é dissociado numa reação química reversível e o calor é recuperado quando ocorre a reação de síntese. O desenvolvimento de tais reações ainda está num estágio muito inicial, a temperatura de reação deve estar na gama da temperatura de carga e descarga do HTF, portanto, o uso dessa tecnologia precisa ser desemvolvida para cada caso.
Desde o primeiro teste de uma central de torre de energia solar térmica em larga escala – o projeto Solar One que esteve operacional de 1982 a 1986 no deserto de Mojave, a leste de Barstow, CA, EUA – várias tecnologias de armazenamento de calor sensível foram testadas e implementadas. Estas incluem o sistema indireto de dois tanques (Figura 1), sistema direto de dois tanques (Figura 2) e o sistema de “thermocline” de tanque único (Figura 3). Um dos benefícios do sistema direto sobre o sistema indireto é a redução de custo e a menor complexidade por não ter permutador de calor entre o campo solar e o armazenamento. A vantagem do sistema de “thermocline” sobre os sistemas com dois tanques é a poupança no número de tanques utilizados, as economias no permutador de calor e as economias de substituição de parte do fluido de armazenamento por um material de baixo custo como a rocha e de calor específico elevado. A quantidade de fluido substituído pode ser superior a 70%, dependendo da porosidade do material sólido.
O projeto NewSOL desenvolverá dois sistemas sensíveis de armazenamento de calor com base num tanque único com “thermocline” e armazenamento de calor em estado sólido em betão e destinados a uma faixa de temperatura de 290 ºC até 550 ºC. A principal diferença das várias propostas existentes é implementar um sistema de tanque único construído em betão em vez da construção metálica clássica. Os principais objetivos são testar os materiais com carga real e desenvolver esquemas de controle para melhorar o desempenho do armazenamento, evitando a degradação da “thermocline” devido aos processos cíclicos de carga-descarga.
