Energia solar: Deserto de Mohave, Califórnia

Produto

Energia solar: Deserto de Mohave, Califórnia

O projeto:

Sistema de geração de energia solar Ivanpah
Deserto de Mohave, Califórnia

Em 2013, um complexo de CSP (energia solar concentrada) de 377 megawatts entrou em operação no deserto de Mohave na Califórnia. O Sistema de geração de energia solar Ivanpah é formado por três campos de painéis de espelhos heliostáticos que cobrem mais de 1.400 hectares. Cada heliostato concentra a luz do sol em uma das três torres receptoras, que usam essa luz solar concentrada como a principal fonte de energia das turbinas a vapor que geram eletricidade para 140.000 residências na Califórnia.

Os desafios

O funcionamento da CSP remete um pouco a tentar iniciar uma faísca com um espelho ou uma lupa. Se você não segurar o espelho corretamente para que ele capture o sol, não haverá fogo. Da mesma forma, se não for possível alinhar a luz solar concentrada de forma constante e precisa em um alvo combustível, não haverá fogo.

Para otimizar a produção da usina, os engenheiros de Ivanpah tiveram que alinhar 173.000 heliostatos de forma que refletissem o máximo de luz solar em direção às torres receptoras, em todas as horas do dia. Para realizar essa façanha, eles enfrentaram três grandes desafios:

Nº 1: A posição do sol muda constantemente. Cada heliostato precisa girar até 270 graus por dia a velocidades bem lentas de até 0,009 rpm. Quanto mais precisamente os heliostatos puderem rastrear os raios de sol, maior será a produção da usina.

Nº 2: Os ventos do deserto podem ultrapassar 300 km/h. Os heliostatos de Ivanpah têm 25 metros quadrados ou mais de largura. Na imensidão do Mohave, esses grandes painéis planos podem agir como velas durante uma tempestade de vento, criando instabilidade e folga em suas engrenagens de posicionamento. Além disso, as engrenagens devem resistir constantemente à areia e aos detritos transportados pelo vento.

Nº 3: A manutenção de 173.000 heliostatos pode ter um custo inviável. Assim que começa, a folga das engrenagens se autoalimenta e pode desgastar rapidamente um conjunto de engrenagens. Para manter os custos da energia baixos, as engrenagens dos heliostatos de Ivanpah devem manter a estabilidade e a precisão por décadas.

A solução:

Sistemas de acionamento de rosca sem-fim de envelope duplo da Cone Drive

Após avaliar os sistemas de acionamento para rastreamento solar de vários fabricantes, a BrightSource decidiu instalar os sistemas de rosca sem-fim de envelope duplo da Cone Drive em dezenas de milhares de heliostatos de Ivanpah. Os acionamentos fornecem o tipo de controle de movimentação de alta precisão usado em posicionamento de satélites e ferramentas cirúrgicas, sendo projetados para alcançar uma vida útil de até 35 anos.

Como funciona

O acionamento de rosca sem-fim de envelope duplo da Cone Drive aumenta a área de contato entre a engrenagem e a rosca sem-fim para oferecer maior estabilidade do que um acionamento de rosca sem-fim tradicional. A forma de ampulheta do parafuso da rosca sem-fim envolve a engrenagem, que também envolve a rosca sem-fim.

“Este contato de malha superior resulta em maior capacidade de torque e mais resistência a cargas de choque”, afirma Jacob Randall, diretor de mercados estratégicos da Cone Drive. “Conjuntos de engrenagens de envelope duplo ajudam a manter a integridade da folga em zero, eliminando qualquer folga ou movimento perdido causado por lacunas entre os dentes e a rosca.”

Worm Gear Illustration

O acionamento de rosca sem-fim de envelope duplo da Cone Drive aumenta a área de contato entre a engrenagem e a rosca sem-fim para oferecer mais estabilidade do que um acionamento de rosca sem-fim tradicional.

Os benefícios

Nº 1: Precisão. “A precisão que alcançamos com o envelope duplo foi uma ótima opção para Ivanpah”, diz Randall. Os conjuntos de engrenagens da Cone Drive possibilitam que os heliostatos de Ivanpah concentrem mais raios de sol nas torres receptoras e de forma mais confiável. Quando se tem 173.000 heliostatos, até pequenas melhorias na precisão podem fazer uma grande diferença na produção da usina.

Nº 2: Estabilidade. Os acionamentos de rosca sem-fim de envelope duplo da Cone Drive ajudam a manter os heliostatos de Ivanpah funcionando os níveis ideais, mesmo durante condições extremas de vento. “Em termos de torção, a engrenagem é extremamente rígida”, afirma Randall. “Quando o vento bate em um espelho, esse espelho não se move.”

Nº 3: Manutenção zero. Como os heliostatos são muito estáveis, a solução da Cone Drive mantém a folga das engrenagens, o desgaste e a necessidade de reparos caros a níveis mínimos. As engrenagens são lubrificadas internamente e vedadas para toda a vida útil, para resistir a detritos, areia e sujeira, bem como eliminar tarefas de manutenção.

Os resultados

Nos últimos sete anos de operação, a equipe de Ivanpah aumentou com sucesso a produção de energia limpa da usina, em relação à quantidade de gás natural que utiliza para manter as turbinas a vapor funcionando quando não há sol ou ele está encoberto por nuvens.

  • Desde 2015, a usina gerou uma média de quase 700.000 megawatts/hora de energia solar por ano.
  • A Ivanpah atende a mais de 140.000 residências na Califórnia durante os horários de pico do dia.
  • A usina está próxima de evitar a emissão de 13 milhões de toneladas de dióxido de carbono ao longo de sua vida útil de 30 anos.

Devido ao sucesso da solução da Cone Drive para Ivanpah, a BrightSource Energy está usando a tecnologia da Cone Drive em outros projetos de CSP, incluindo uma usina de 700 megawatts nos Emirados Árabes Unidos e outra no deserto de Negev em Israel.

“A tecnologia de energia solar está sempre evoluindo”, diz Randall. “Melhorias pequenas podem resultar em ganhos enormes em meio ao crescente interesse por fontes de energia renovável.”

Leia mais sobre a engrenagem de rosca sem-fim de envelope duplo e a participação da Cone Drive no setor de energia solar.