BIBLIOTECA

Dessalinização de água em uma planta de energia solar concentrada: modelagem e análise termodinâmica

Resumo

Diversos países já enfrentam problemas de escassez hídrica, resultado do aumento do consumo e mudanças climáticas ao longo dos anos. Países, principalmente da região do Golfo Pérsico, recorrem à dessalinização, um processo com alto consumo de energia que extrai sal da água. Felizmente, a maioria das regiões áridas que sofrem com escassez de água estão situadas em localidades com alta irradiância solar, ou seja, apresentam potencial de energia solar. Integrar Energia Solar Concentrada (CSP) e tecnologias de dessalinização é uma maneira de produzir simultaneamente água dessalinizada e energia. Dessa forma, o objetivo deste trabalho consistiu em desenvolver um modelo para análise termodinâmica e verificação da viabilidade de sistemas de cogeração de água dessalinizada e energia. Os processos de Destilação de Múltiplos Efeitos (MED) e Compressão Térmica de Vapor (TVC) foram replicados em um modelo detalhado, que foi validado utilizando dados de plantas comerciais disponíveis na literatura. O modelo de dessalinização MED foi utilizado em conjunto com um programa computacional para simular o desempenho de sistemas CSP do tipo calha parabólica. Além disso, a compatibilidade do processo de Osmose Reversa (RO) com a tecnologia CSP também foi analisada. A cidade de Fortaleza-CE, foi escolhida como localização para o estudo de caso da viabilidade de instalação das tecnologias de energia solar concentrada e dessalinização. Os resultados dos estudos mostraram que os sistemas de dessalinização MED, MED-TVC e RO combinados com a tecnologia CSP apresentam desempenho satisfatório diante das condições meteorológicas simuladas, e a opção CSP+RO apresenta uma vantagem produtiva em relação às demais configurações.

Introdução

Conforme a Administração de Informações sobre Energia dos Estados Unidos (EIA) no relatório International Energy Outlook 2019 (EIA, 2019), projeta-se que o consumo de energia no mundo crescerá aproximadamente 50 % entre 2018 e 2050, resultado do crescimento econômico e populacional. Além disso, segundo EIA (2019), nas próximas décadas a energia renovável se tornará a fonte de energia primária mais consumida e apresentará maior crescimento.

De acordo com Schaeffer et al. (2013), embora as fontes de energia renováveis – principalmente a energia hidrelétrica – contribuam pela maior parte do fornecimento de energia do Brasil, o potencial de expansão das usinas hidrelétricas é limitado por fatores ambientais e sociais. Soria et al. (2016) acrescenta que a construção de plantas eólicas e fotovoltaicas pode ser uma alternativa para suprir a crescente demanda por energia e ainda reduzir a emissão de gases de efeito estufa (GEE). Contudo o desafio para implementação de tais tecnologias é fornecer energia de forma segura, confiável e econômica com o mínimo de emissão de GEE, e ainda desenvolver um sistema flexível o suficiente que permita compensar as grandes oscilações, como flutuações na força do vento ou irradiância solar.

Conforme Soria et al. (2016), plantas de energia solar concentrada (CSP – Concentrated Solar Power) com armazenamento térmico de energia e/ou sistemas de backup podem fornecer uma capacidade de geração de energia constante e flexível, baseada em fontes de energia renováveis, e adaptável às variações provenientes do ambiente.

Nesse âmbito, o desenvolvimento de plantas CSP no Brasil é uma opção atrativa para atingir as metas em relação à emissão de GEE, e fornecer uma versatilidade adicional que o sistema de energia brasileiro certamente precisará. Pires et al. (2019) apontam que 12 % da disponibilidade hídrica da superfície do planeta se encontra no Brasil, contudo, projeta-se que em 2035 cerca de 74 milhões de pessoas estarão sob risco hídrico no Brasil. Diante da escassez de fontes naturais de água devido ao grande número de pessoas, reservatórios de águas pluviais, reutilização de água residual e plantas de dessalinização solar se tornam necessárias para manter o consumo diário de água (TRIEB, 2007).

O conceito geral de dessalinização solar remete principalmente às tecnologias 25 aplicadas em pequenas escalas para fornecimento descentralizado de água em regiões afastadas, o que pode ser de grande importância para o desenvolvimento de áreas rurais, porém ainda não é uma tecnologia direcionada para suprir o déficit hídrico resultante do crescimento urbano dos grandes centros. A dessalinização em larga escala é concebida como uma tecnologia de alto custo, elevado consumo de energia e considerada limitada apenas a países ricos como os do Golfo Pérsico. Trieb (2007) complementa que entre as estratégias discutidas para suprir a demanda hídrica a curto prazo, não está incluída a utilização de usinas de energia solar concentrada para dessalinização de água do mar. Contudo o rápido crescimento da população e o esgotamento dos recursos hídricos subterrâneos, principalmente em regiões áridas, requerem soluções custeáveis, seguras e compatíveis com o ambiente, ou seja, sustentáveis. Além disso, tais soluções devem comportar a magnitude dos recursos escassos a longo prazo e devem ser baseadas em tecnologias já testadas e comprovadas.

Autor: Vítor Silva Medeiros.

 

leia-integra