Defesa Pública de Tese de Doutorado da ETSi

 

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

Horário: 10h00

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

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

Estamos atualmente numa transição do sistema energético global, que procura substituir as fontes de produção convencionais (gás, petróleo, carvão) por geração 100% renovável. Apoiada na redução das emissões de gases com efeito de estufa com o objetivo de mitigar os efeitos das alterações climáticas, a utilização predominante de energias renováveis ​​está a emergir como um fator chave em termos de desenvolvimento de mercado, independência energética e sustentabilidade. O recurso renovável tem natureza estocástica e intermitente, o que pode afetar negativamente a qualidade da energia e a estabilidade da rede elétrica. O armazenamento de energia, que permite superar a lacuna diária e sazonal que existe entre a disponibilidade do recurso renovável e a procura de energia, é a componente necessária para melhorar a flexibilidade do sistema energético baseado na geração 100% renovável. O desenvolvimento de novos sistemas de armazenamento de energia em grande escala, de alta eficiência e baixo custo, que utilizem materiais baratos e com baixo impacto ambiental, é necessário para aproveitar as vantagens dos recursos renováveis.

Esta tese aborda o estudo de diferentes tecnologias de armazenamento de energia térmica em grande escala, com capacidade de impacto, em diferentes níveis de temperatura e desenvolvimento; com o objetivo de contribuir para o avanço de novas soluções de armazenamento de energia de elevada eficiência e baixo impacto ambiental, que possam ser integradas em grandes centrais elétricas, facilitando a integração de energias renováveis; desde a fase de proposta da ideia preliminar, até ao desenvolvimento do conceito ao nível dos modelos, e com apoio experimental. O estudo concentra-se em três tecnologias promissoras de armazenamento de energia térmica com base no nível de temperatura. A contribuição da pesquisa está dividida em três capítulos, cada um dedicado a cada nível de temperatura.

O sistema de armazenamento de energia eletrotérmica utilizando ciclos transcríticos de dióxido de carbono (CO2) como tecnologia de armazenamento de energia térmica a baixa temperatura, dentro de sistemas de energia térmica, está em estágio inicial nos níveis de desenvolvimento tecnológico. É desenvolvida a validação técnico-económica do sistema de armazenamento de energia a baixa temperatura e, como novidade, é incorporado um estudo sobre a nova integração com o armazenamento geológico de CO2. O CO2 capturado em uma usina ou instalação industrial é utilizado como fluido de trabalho no ciclo termodinâmico proposto para armazenar energia elétrica de fontes renováveis ​​na forma de energia térmica e CO2 em formações subterrâneas, aproveitando as altas pressões utilizadas na transcrítica. ciclo de CO2, com uma eficiência de ida e volta na faixa 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 está em fase de laboratório nos níveis de desenvolvimento tecnológico. É um sistema de armazenamento de energia termoquímica baseado na reação reversível de desidratação/hidratação do hidróxido de cálcio. Uma validação técnico-económica do sistema de armazenamento de energia a média temperatura é desenvolvida detalhadamente. Como novidade, são discutidos os 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 em que todo o calor latente é recuperado e em que esse calor é liberado para o meio ambiente, e são propostos diferentes mecanismos de recuperação, como um ciclo Rankine de amônia ou o armazenamento de vapor pressurizado, mantendo a natureza independente do fases de carga e descarga.

O sistema de armazenamento de energia termoquímica baseado em looping de cálcio como tecnologia de armazenamento de energia térmica em alta temperatura corresponde ao sistema mais desenvolvido entre os termoquímicos nos níveis de preparação tecnológica. A análise técnico-económica efectuada coloca a tecnologia numa posição muito competitiva relativamente a outros sistemas de armazenamento térmico, com uma eficiência de conversão térmico-eléctrica que pode atingir os 48% e um custo nivelado de electricidade em torno de 100 MWhe. Como novidade, é apresentado o projeto, desenvolvimento e testes da campanha experimental de uma planta piloto em escala kW, a primeira deste nível para a tecnologia Calcium-Looping, na qual o autor foi o ator principal. A campanha experimental coloca a tecnologia em fase de demonstração de desenvolvimento tecnológico num ambiente relevante, desenvolvendo as reações de calcinação e carbonatação em poucos segundos num reator de fluxo arrastado, nas condições de temperatura e pressão do sistema de armazenamento baseado em Calcium-Looping, que permitiria a integração do sistema de armazenamento em grandes centrais térmicas.

A estrutura da tese é a seguinte. No primeiro capítulo, dedicado à introdução, são apresentados os antecedentes e oportunidades de investigação detectadas, são delimitados os objectivos estabelecidos na tese com base nas oportunidades e o âmbito do estudo, analisado o estado da arte, e a metodologia e o plano de pesquisa com base nos objetivos estabelecidos, sendo apresentados os resultados derivados da tese e a estrutura que o documento segue. Após a introdução, são apresentadas as contribuições para a pesquisa, através da análise de tecnologias de armazenamento de energia em larga escala, para altas, médias e baixas temperaturas. Abrange os capítulos 2 (armazenamento a baixa temperatura baseado em ciclos transcríticos de CO2), 3 (armazenamento a média temperatura utilizando tecnologia de hidróxido de cálcio) e 4 (armazenamento a alta temperatura utilizando tecnologia de looping de cálcio). Por fim, um capítulo é dedicado à discussão dos resultados, trabalhos futuros e conclusões da pesquisa. Por fim, os anexos contêm as publicações realizadas pelo autor durante o desenvolvimento desta tese de doutorado.