di  -  lunedì 28 settembre 2009

Nei precedenti post abbiamo lungamente parlato di energia solare, abbiamo parlato a livello generale di insolazione (post 1 e 2), introdotto l’energia fotovoltaica (post 1 e 2 ) e parlato di solare termico (post 1 e 2), pertanto nell’ambito delle tecnologie solari è venuto ora il momento di presentare un’altra forma di sfruttamento dell’energia fornita dal Sole, introducendo in questo post il Solare Termodinamico, che verrà trattato anche nel successivo.

INTRODUZIONE AL SOLARE TERMODINAMICO

Il principio ispiratore di questa soluzione è piuttosto semplice, e si basa sull’idea di sostituire in un normale impianto termoelettrico a vapore il generatore di vapore con un sistema solare capace di produrre vapore da inviare in turbina.

La turbina a vapore per potere lavorare ha necessità di vapore a pressione e temperatura opportune, e l’efficienza del ciclo termodinamico è funzione di questi parametri.

Il sistema per riscaldare il fluido è costituito da dei concentratori parabolici, nel cui fuoco si trova collocato un condotto dove scorre il fluido termovettore.

I raggi solari, concentrati in corrispondenza del condotto riescono ad innalzare la temperatura del fluido a livelli adeguati all’espansione in turbina, la quale poi è collegata ad un generatore elettrico connesso in rete.

E’ quindi evidente che la parte più critica dell’intero sistema è costituita proprio dal sistema di produzione e distribuzione di tale calore, ovvero dal sistema di specchi parabolici, dalle condutture, dal fluido termovettore e da eventuali sistemi di accumulo del calore.

Nelle prossime immagini si può vedere il campo solare di Priolo (Sicilia) ed in maggiore dettaglio una fila di pannelli:

priolo.jpg

solare-termodinamico.jpg

I primi impianti termodinamici al mondo sono stati realizzati negli anni ’80 negli Stati Uniti, ed inizialmente il fluido termovettore era costituito da olio combustibile, la cui pericolosità in caso di incendione ha visto la rapida sostituzione con altri fluidi capaci di buone prestazioni termiche ed al tempo stesso capaci di garantire la sicurezza in caso di fughe di fluido.

SCHEMA DELL’IMPIANTO

Un impianto solare termodinamico ha uno sviluppo simile ad un grosso campo fotovoltaico a terra, con l’aggiunta dell’edificio che ospita la turbina ed il condensatore.

Per il raffreddamento del condensatore è necessario disporre di un corso d’acqua o di una soluzione a torre evaporativa o ad aerotermi, analogamente a quanto avviene in un normalissimo impianto termoelettrico a vapore tradizionale.

Esistono due diverse soluzioni impiantistiche, la prima è rappresentata nella seguente figura e prevede un grande numero di collettori a terra (solitamentefile di collettori parabolici) che concentrano i raggi solari sul condotto dove passa il fluido termovettore, il quale poi viene inviato ad una turbina a vapore per produrre energia elettrica:

solar_thermal_power_plant.gif

In figura si possono individuare, oltre tutti i componenti già noti anche dai precedenti post della rubrica “Energia e Futuro, anche due sistemi di accumulo (Hot Tank e Cold Tank) ai quali accenneremo nel seguito.

Una seconda soluzione prevede la realizzazione a terra di una distesa di specchi (eliostati) che vengono orientati in modo da riflettere verso una torre opportunamente collocata i raggi del Sole.

Nella torre si trova un “ricevitore” che permette di raccogliere i raggi del Sole per scaldare il fluido termovettore, il quale poi espande in una turbina a vapore analogamente al caso precedente:

abengoa_torre_solare.jpg

Un impianto a vapore, pur se di potenza ridotta, ha difficoltà ad operare in condizioni non stazionarie, sia in termini di erogazione di corrente sulla rete, sia in termini di portate e temperature del vapore non costanti, pertanto l’impiego di accumulatori termici fornisce un aiuto nella regolarizzazione del funzionamento dell’impianto, inoltre si ha così la possibilità di accumulare eventualmente calore in eccesso durante la massima insolazione, per poterlo poi utilizzare quando l’insolazione non è sufficiente od è completamente assente (ore serali e notturne).

E’ ovvio che tale calore in eccesso deve venire prodotto durante l’insolazione, pertanto se le richieste della rete sono tali da consumare tutta la produzione, non si potrà disporre di nessuna riserva di energia.

Nel prossimo post esamineremo in maggiore dettaglio questa tipologia di impianti e cercheremo di valutare i pregi ed i limiti che essi presentano.

7 Commenti »

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  • # 1
    Gol.D.Roger
     scrive: 

    ottima serie di articoli! Mi chiedo quanto costi una centrale di questo tipo rispetto ad una solare “tradizionale” e una centrale convenzionale (carbone, turbogas o quel che è). Immagino sarà argomento dei prossimi post. Visto il funzionamento prevalente legato alle ore diurne potrebbe essere una soluzione tampone ai picchi di consumo che si registrano durante le ore “lavorative” cioè dalle 9 alle 16!

  • # 2
    Alessandro
     scrive: 

    Vera la soluzione tampone.
    Vero anche però che si potrebbe pensare ad un dimensionamento diverso tra gruppo “specchi” e gruppo “elettrico”.
    Cioè: potenza massima erogabile dalla turbina ad esempio 100 Mw.
    Potenza termica accumulata dagli specchi: 150 Mw. QUindi, se pensiamo a tre ore di insolazione massima, accumulerò ulteriori 150Mwh, pari a un’ora e mezza di funzionamento alla massima potenza quando il sole non è presente (ad es notte).
    In questo modo si realizza uno storage giornaliero che può essere utilizzato in vari modi..

  • # 3
    Simone (Autore del post)
     scrive: 

    Il discorso sul funzionamento a tampone, e sulla modalità di erogazione di energia in rete è sicuramente complesso… alcuni aspetti (non in relazione a questi impianti ma comunque utili anche in questo caso) sono stati presentati in due miei Guest Post della serie “capire l’energia” (dalla rubrica energia e futuro si può trovare la 3a parte, e dai link in quella risalire alla serie completa).

    Non dimentichiamo che tali impianti, anche se di piccola dimensione, si basano su turbine a vapore che poco si prestano alla regolazione del carico… per quanto riguarda invece l’accumulo bisogna sempre ricordare che tale energia non solo deve venire prodotta, ma soprattutto non deve venire utilizzata dalle utenze se non in maniera differita… Questo è uno dei grandi punti a svantaggio delle risorse energetiche discontinue, che uniscono alla bassa densità di potenza una variabilità di produzione che mal si presta alle richieste elettriche delle utenze.

    Anche le discussioni presentate da personaggi più o meno celebri devono essere valutate in maniera opportuna, infatti le superfici che spesso vengono indicate come adeguate per il soddisfacimento dei bisogni di un’utenza come l’Italia, od il mondo, devono riferirsi alle superfici nette (le file di specchi non riempiono tutto il terreno per evitare ombreggiamenti) ed alla reale produzione energetica ottenibile ai morsetti del generatore, mentre troppo spesso tali dichiarazioni sono latitanti di queste informazioni.

  • # 4
    Claudio
     scrive: 

    E’ altresi vero che le centrali termodinamiche che hanno un gruppo di specchi sovradimensionato rispetto alla potenza massima erogabile dalle turbine, hanno costi decisamente maggiori (oltre che di manutenzione e materiali, anche di terreno) e questi influiscono non poco sul prezzo al KW visto che le aspettative di fine ciclo non sono di 50 anni..
    Inoltre, nelle settimane scorse, ci sono state tantissime giornate piovose, a volte anche per giorni filati: in giornate del genere, le centrali in questione svilupperebbero quasi nulla in termini di potenza e gli accumulatori potrebbero servire al MASSIMO per una giornata non particolarmente esosa di energia. Purtroppo questo è una dei punti più critici della tecnologia in questione.

    Bello sarebbe avere una diversificazione multipla delle risorse: termodinamico, idroelettrico, fotovoltaico dove più conveniente, eolico OFF-SHORE, nucleare di 3+ e 4 generazione (che utilizza le scorie di quelli di 3+) e successivamente le centrali a fissione piezoelettrica di Fabio Cardone (e non quelle a fissione in bismuto/piombo di Rubbia) che sono completamente pulito se partono dal ferro o possono abbattere in maniera devastante le scorie producendo sempre energia. Questo sarebbe un bel scenario!

  • # 5
    Compass
     scrive: 

    Tutto ciò per traghettarci fino alla fusione:
    http://lenr-canr.org/

  • # 6
    Valter Biolchi
     scrive: 

    Complimenti per gli articoli molto interessanti ed esaustivi.
    ci sono degli studi in questo settore che si stanno spostando su potenzialità medio piccole.

  • # 7
    Energia dal Sole: il Solare Termodinamico (Seconda Parte) - Appunti Digitali
     scrive: 

    […] scorso post abbiamo iniziato a parlare di Solare Termodinamico, introducendo i due tipi di impianto attualmente […]

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