Defesa pública da tese de doutorado da ETSi

 

Data: sexta-feira, 7 de julho de 2023.

Horário: 10h00

Local: Sala do Professor Juan Larrañeta, Escola Superior Técnica de Engenharia da Universidade de Sevilha.

O doutorando Andrés Carro Paulete defenderá publicamente sua tese de doutorado intitulada "Mecanismos de dano e falha sob fadiga em compósitos de fibras longas com camadas ultrafinas", orientada pelos professores Ricardo Chacartegui Ramírez,  do Departamento de Engenharia de Energia da Escola Superior Técnica de Engenharia da Universidade de Sevilha, e Carlos Ortiz Domínguez, do Departamento de Engenharia da Universidade Loyola.

Atualmente, estamos em meio a uma transição global do sistema energético, buscando substituir as fontes de energia convencionais (gás, petróleo, carvão) por geração 100% renovável. Impulsionada pela redução das emissões de gases de efeito estufa para mitigar os efeitos das mudanças climáticas, a utilização predominante de energias renováveis ​​emerge como um fator-chave em termos de desenvolvimento de mercado, independência energética e sustentabilidade. Os recursos renováveis ​​têm uma natureza estocástica e intermitente, o que pode impactar negativamente a qualidade da energia e a estabilidade da rede. O armazenamento de energia, que nos permite superar a defasagem diária e sazonal entre a disponibilidade de recursos renováveis ​​e a demanda energética, é essencial para melhorar a flexibilidade dos sistemas energéticos baseados em geração 100% renovável. O desenvolvimento de novos sistemas de armazenamento de energia de grande escala, altamente eficientes e de baixo custo, que utilizem materiais baratos e com mínimo impacto ambiental, é necessário para o pleno aproveitamento dos recursos renováveis.

Esta tese aborda o estudo de diferentes tecnologias de armazenamento de energia térmica em larga escala com potencial de impacto em vários níveis de temperatura e desenvolvimento. Seu objetivo é contribuir para o avanço de novas soluções de armazenamento de energia altamente eficientes e ambientalmente amigáveis, que possam ser integradas a grandes usinas de energia, facilitando a integração de fontes de energia renováveis. O estudo abrange todo o processo, desde a formulação inicial do conceito até o desenvolvimento do conceito em nível de modelo, com suporte experimental. A pesquisa concentra-se em três tecnologias promissoras de armazenamento de energia térmica, categorizadas por nível de temperatura. A contribuição para a pesquisa está dividida em três capítulos, cada um dedicado a um nível de temperatura específico.

O sistema de armazenamento de energia eletrotérmica que utiliza ciclos transcríticos de dióxido de carbono (CO2) como tecnologia de armazenamento de energia térmica a baixa temperatura, dentro do campo mais amplo dos sistemas de energia térmica, encontra-se em estágio inicial de desenvolvimento tecnológico. A validação técnico-econômica do sistema de armazenamento de energia a baixa temperatura está sendo desenvolvida, e um estudo inovador sobre sua integração com o armazenamento geológico de CO2 está sendo incorporado. O CO2 capturado em uma usina ou instalação industrial é utilizado como fluido de trabalho no ciclo termodinâmico proposto para armazenar energia elétrica proveniente de fontes renováveis ​​na forma de energia térmica e CO2 em formações subterrâneas. Este processo aproveita as altas pressões utilizadas no ciclo transcrítico de CO2, atingindo uma eficiência de ciclo completo de 40-50%, dependendo das condições de operação.

O sistema de armazenamento de energia termoquímica baseado em hidróxido de cálcio, como tecnologia de armazenamento de energia térmica de média temperatura, encontra-se atualmente em fase de desenvolvimento tecnológico em laboratório. Este sistema de armazenamento de energia termoquímica baseia-se na reação reversível de desidratação/hidratação do hidróxido de cálcio. Está sendo desenvolvida uma validação técnico-econômica detalhada do sistema de armazenamento de energia de média temperatura. Um aspecto inovador é a discussão dos desafios tecnológicos do sistema, destacando a importância da recuperação do calor latente de condensação do vapor gerado na reação de desidratação, que representa 38% da energia solar térmica que chega ao reator. São analisados ​​casos extremos, tanto aqueles em que todo o calor latente é recuperado quanto aqueles em que é liberado para o ambiente. Diferentes mecanismos de recuperação são propostos, como um ciclo Rankine de amônia ou armazenamento de vapor pressurizado, mantendo a independência das fases de carga e descarga.

O sistema de armazenamento de energia termoquímica baseado no ciclo de cálcio, como tecnologia de armazenamento de energia térmica de alta temperatura, é o mais avançado entre os sistemas termoquímicos em termos de maturidade tecnológica. A análise técnico-econômica realizada posiciona a tecnologia em uma posição altamente competitiva em comparação com outros sistemas de armazenamento térmico, com uma eficiência de conversão térmica em elétrica que pode atingir 48% e um custo nivelado de energia (LCOE) de cerca de 100 MWh. Um aspecto inovador deste trabalho é a apresentação do projeto, desenvolvimento e teste de uma campanha experimental em uma planta piloto de escala kW, a primeira desse tipo para a tecnologia de ciclo de cálcio, na qual o autor desempenhou um papel fundamental. Esta campanha experimental posiciona a tecnologia na fase de demonstração do desenvolvimento tecnológico em um ambiente relevante, realizando as reações de calcinação e carbonatação em poucos segundos em um reator de fluxo arrastado, sob as condições de temperatura e pressão do sistema de armazenamento de ciclo de cálcio. Isso permitiria a integração do sistema de armazenamento em grandes usinas termelétricas.

A tese está estruturada da seguinte forma. O primeiro capítulo, dedicado à introdução, apresenta o contexto e as oportunidades de pesquisa identificadas, os objetivos estabelecidos na tese com base nessas oportunidades e define o escopo do estudo. Analisa também o estado da arte, descreve a metodologia e o plano de pesquisa de acordo com os objetivos estabelecidos e apresenta os resultados obtidos com a tese e a estrutura do documento. Após a introdução, as contribuições para a pesquisa são apresentadas por meio da análise de tecnologias de armazenamento de energia em larga escala para altas, médias e baixas temperaturas. Esta seção compreende os capítulos 2 (armazenamento em baixa temperatura baseado em ciclos de CO2 transcríticos), 3 (armazenamento em média temperatura utilizando tecnologia de hidróxido de cálcio) e 4 (armazenamento em alta temperatura utilizando tecnologia de ciclo de cálcio). Finalmente, um capítulo é dedicado à discussão dos resultados, trabalhos futuros e conclusões da pesquisa. Os apêndices contêm as publicações produzidas pelo autor durante o desenvolvimento desta tese de doutorado.