O júri do Prêmio de Artigo Científico do Trimestre da Escola Superior Técnica de Engenharia, reconhecendo a alta qualidade de todas as publicações submetidas e após cuidadosa deliberação levando em consideração critérios baseados em diversos indicadores bibliométricos, decidiu unanimemente conceder o Prêmio de Artigo Científico do Trimestre da ETSI: outubro-dezembro de 2021, ao seguinte trabalho: “Avaliação técnico-econômica e operacional de usinas de energia solar concentrada com sistema de suporte duplo”, Applied Energy, vol. 302, novembro de 2021, de autoria de Raúl Ernesto Gutiérrez Álvarez, Pedro García Haro e Alberto Gómez Barea. DOI 10.1016/j.apenergy.2021.117600

Embora as usinas de energia solar térmica concentrada (CSP) sejam tecnologias comercialmente disponíveis, sua implantação em larga escala tem sido limitada nos últimos anos devido aos altos custos de investimento e à maior complexidade em comparação com outras tecnologias. No entanto, o papel que esses sistemas podem desempenhar como fornecedores de eletricidade renovável despachável pode ser crucial para a descarbonização das futuras redes elétricas. Espera-se que os serviços auxiliares que as usinas de energia renovável despacháveis ​​podem fornecer ao sistema elétrico incentivem uma maior participação de tecnologias renováveis ​​intermitentes e de menor custo, como a energia solar fotovoltaica e a energia eólica.

Devido à sua capacidade de utilizar sistemas de armazenamento de energia térmica (TES), as centrais de energia solar concentrada (CSP) podem gerar eletricidade após o pôr do sol, eliminando a necessidade de operar centrais de ciclo combinado a gás natural durante algumas horas. No entanto, para operarem como centrais de base, as centrais CSP requerem sistemas de reserva, além do TES, que possam ser gerenciados mantendo sua natureza renovável. Nesse sentido, a hibridização da CSP com sistemas de conversão de biomassa surge como uma alternativa interessante tanto para aumentar o desempenho das centrais CSP quanto para mitigar os riscos associados ao consumo de grandes quantidades de biomassa em centrais de bioenergia.

Nosso estudo apresenta uma análise detalhada dos benefícios da integração de um sistema de reserva dupla totalmente renovável (baseado em biomassa e armazenamento de energia térmica) em usinas de energia solar concentrada (CSP). O recurso solar em Sevilha e duas usinas de 50 MWe, baseadas em tecnologias de coletores parabólicos e torres solares, foram utilizados como estudos de caso. Ambas as usinas incorporam uma caldeira de biomassa e operam em modo híbrido, em paralelo com o bloco de potência. Além disso, sete estratégias de operação para a caldeira de biomassa foram propostas e modeladas em combinação com cinco níveis de capacidade para o sistema de armazenamento térmico (variando de 0 a 20 horas). Por fim, a metodologia do Processo Analítico Hierárquico (AHP) foi utilizada como ferramenta de tomada de decisão multicritério para avaliar comparativamente o desempenho técnico, econômico e operacional de todos os cenários propostos.

Os resultados mostram que a inclusão de biomassa como fonte de reserva melhora a operação do sistema como usina de base, aumentando o fator de capacidade (FC) em até 71%, a eficiência elétrica líquida em até 10% e reduzindo os custos de geração em até 56%, em comparação com usinas CSP autônomas. Para o recurso solar considerado (Sevilha), custos de geração razoáveis ​​(USD 0,153/kWh) podem ser alcançados por meio de uma compensação equilibrada entre biomassa e armazenamento térmico (ATS), garantindo simultaneamente um fornecimento firme de energia (FC ≥ 80%) e reduzindo a flexibilidade exigida da caldeira. A inclusão de grandes capacidades de ATS reduz pela metade a demanda anual de biomassa e acentua a complementaridade sazonal entre os recursos solar e de biomassa. Por fim, as usinas CSP com sistema de reserva duplo representam uma opção promissora para locais onde os recursos solares e de biomassa têm disponibilidade moderada.

Este prêmio é financiado por meio de uma Bolsa para Atividades de Divulgação Científica do VII Plano de Pesquisa e Transferência da Universidade de Sevilha.