Solare Termodinamico
Concentratore Solare Lineare
La tecnologia del solare termico a concentrazione permette di convertire la radiazione solare in energia termica attraverso un concentratore costituito da superfici riflettenti, che seguono il moto apparente del sole, in grado di focalizzare i raggi solari su di un tubo ricevitore, che si trova nella sua linea focale.
Una peculiare caratteristica del solare termico a concentrazione, che la contraddistingue e la rende molto più vantaggiosa rispetto alle altre energie rinnovabili, è la possibilità di modulare l’erogazione dell’energia raccolta (dispacciabilità), ovvero di poter rilasciare l’energia elettrica in base alle esigenze dell’utenza.
Per consentire una distribuzione continuativa e a richiesta di energia, i collettori solari a concentrazione accumulano energia termica prodotta, in serbatoi di stoccaggio.
La centrale è così in grado di funzionare anche in mancanza di luce diretta, con cielo nuvoloso e di notte.
L’energia termica raccolta verrà successivamente trasformata in energia elettrica mediante cicli Rankine in turbomacchine.
Il fluido termo-vettore
Nel tubo ricevitore scorre un fluido termovettore che raggiunge temperature comprese tra 400° e 550° e che può essere di varia natura.
Si possono infatti utilizzare sia oli minerali, o sintetici, che possono raggiungere temperature massime di 400°, oppure acqua pressurizzata, gas o aria.
In fine, una miscela di ultima generazione, costituita da nitrati di sodio e di potassio (sali fusi), non inquinante, economica e disponibile in grandi quantità, che è in grado di raggiungere temperature superiori ai 550°.
Utilizzando sali fusi, anziche il classico olio diatermico (utilizzato nelle centrali di meno recente generazione), ci permette di lavorare con temperature superiori, di migliorare il rendimento e di semplificare la configurazione dell’impianto.
A differenza del fotovoltaico, così pure dell’energia eolica, il solare termodinamico a concentrazione è in grado di produrre energia elettrica in modo continuo.
Sali fusi ed olio a confronto
Le centrali solari termodinamiche attualmente in esercizio impiegano come fluido termovettore oli minerali, o sintetici (benzene), che non possono superare la temperatura di 400°C. A temperature simili gli oli si degradano, limitando l’efficienza del cliclo a vapore.
I sali fusi di ultima generazione, se impiegati come fluido termovettore, superano la soglia imposta dagli oli, raggiungendo e superando una temperatura di 550°C , ne consegue non solo una ottimizzazione dell’impianto, ma anche una riduzione dei costi. In particolare:
Lo scambiatore di calore del sistema di accumulo termico viene eliminato, poiché il fluido in circolazione dal campo solare al sistema di accumulo è lo stesso;
Le elevate temperature raggiunte comportano una riduzione del volume dei serbatoi di storage di 2/3, il che determina un impatto sui costi del 30% in meno. Il costo complesstivo della centrale a sali fusi, se paragonato a quello di un impianto a olio delle stesse dimensioni e di pari accumulo, si riduce del 20%, con un incremento dell’efficienza del 6%
Concentratore Solare a Torre
Schema Impianto a concentrazione Solare
Schema Impianto Solare a concentrazione con lenti Fresnel da 1,5 Mw
Concentratore solare con lenti piane Fresnell ad inseguimento mono assiale
Il cambiamento climatico e la conseguente necessità di ridurre le emissioni di gas serra, ha portato negli ultimi anni ad un sempre crescente interesse verso gli impianti di produzione di energia elettrica da fonte rinnovabile. L’integrazione delle rinnovabili nel Sistema Elettrico Nazionale porta con sé una serie di sfide nuove dovute ad una limitante caratteristica di tali tecnologie: l’intermittenza e l’imprevedibilità di fonti di energia quali sole e vento.
Già da anni, i sistemi di accumulo energetico hanno aiutato l’integrazione di questo tipo di impianti nelle reti di distribuzione. Si pensi ad esempio all’ampio utilizzo di batterie nei campi fotovoltaici. L’accumulo diventa tuttavia più problematico in caso di potenze in gioco maggiori. Per esempio quelle proprie dei parchi eolici di nuova generazione.
In questo scenario risulta degno di nota il potenziale del Solare a Concentrazione (in inglese Concentrated Solar Power, CSP) che, nonostante le alte potenze in gioco (> 10 MW), e, nonostante sia alimentato da una fonte intermittente e imprevedibile quale quella solare, riesce a garantire una produzione di energia elettrica regolare e duratura.
solare a concentrazione, rinnovabili, energia, solare termodinamico, solare, intermittenza, Energy Close-up Engineeringcambridge.org
Impianto solare a concentrazione: principio di funzionamento
Gli impianti CSP operano grazie ad ampi campi di specchi che riflettono i raggi solari verso un ricevitore. All’interno di quest’ultimo viene riscaldato un fluido che può essere accumulato in appositi serbatoi, oppure direttamente utilizzato per produrre energia elettrica alimentando un ciclo termodinamico. Durante le ore di luce il fluido è in parte utilizzato per produrre energia, in parte accumulato per poi alimentare il ciclo nelle ore notturne.
Che significa produzione di energia elettrica flessibile?
Il solare a concentrazione con accumulo termico non solo è in grado di produrre energia anche durante le notte. Un altro vantaggio di significativa importanza è quello di essere capace di una generazione di energia flessibile.
Il sistema di accumulo rende gli impianti CSP in grado di posticipare la produzione di energia seguendo quella che è la reale richiesta nella rete di distribuzione alla quale l’impianto è connesso.
Tramite un’efficace sistema di comunicazione tra impianto e gestori locali del mercato elettrico, è possibile evitare la produzione di energia nei momenti di scarsa richiesta, accumulando i sali fusi caldi nel serbatoio. Essi possono essere sfruttati in seguito, quando i consumatori richiedono più potenza. In questo modo si massimizza la disponibilità dell’impianto durante i picchi di domanda.
Tale capacità di assecondare la domanda di energia è interessante in quanto permette: di ridurre sensibilmente il cosiddetto “curtailment”, ossia la produzione di energia non necessaria, e dunque destinata a essere sprecata, alla rete elettrica di avere meno necessità di generatori atti alla copertura del carico di punta, generalmente alimentati con fonti fossili.
Problemi e svantaggi del solare a concentrazione
Nonostante le potenzialità di questa tecnologia, sono ancora pochi gli impianti operativi nel mondo. Ciò è dovuto al costo degli stessi. Il solare a concentrazione rimane non competitivo rispetto ad altre tecnologie rinnovabili e soprattutto rispetto ai tradizionali impianti alimentati da fonti fossili.