Solare termodinamico: la sabbia come bacino accumulatore di calore

Solare termodinamico

Il principio su cui si basa la tecnologia applicata negli impianti solari termodinamici è molto antico, risalendo ai tempi di Archimede (circa due millenni fa). Ad oggi si trovano numerose applicazioni, ma si continua a studiarne il processo al fine di renderlo sempre più efficiente e più eco-compatibile.

Un impianto solare termodinamico, o centrale solare a concentrazione o termoelettrica, sfrutta come fonte primaria di energia la radiazione solare, al pari di un impianto fotovoltaico. Ma rispetto a quest’ultimo associa un ciclo termodinamico, che permette di trasformare l’energia termica assorbita in energia elettrica, grazie ad una turbina a vapore e ad un alternatore. Inoltre le temperature raggiunte dall’acqua calda prodotta da un impianto fotovoltaico si attestano intorno a 95°C, mentre con un impianto solare termodinamico si raggiungono 600°C e oltre, permettendone l’utilizzo in processi industriali (cogenerazione). L’altra sostanziale differenza rispetto ai tradizionali impianti fotovoltaici è la possibilità di produrre energia anche in condizioni meteoclimatiche avverse (nuvolosità) o di notte, grazie alla possibilità di accumulo del calore in appositi serbatoi.

Di solito i fluidi vettore sono olio diatermico o sali fusi, che tuttavia hanno un notevole impatto ambientale. Sono stati quindi condotti degli studi per individuare un sistema di immagazzinamento del calore sostenibile.

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Il Gruppo Magaldi di Salerno ha ideato STEM® – Solare termodinamico Magaldi, in cui la sabbia e la tecnologia dei letti fluidizzati vengono applicate nel campo della generazione di energia. STEM® adotta un sistema beam down: una serie di specchi montati su opportuni telai (eliostati) inseguono il sole lungo tutta la sua traiettoria e concentrano i raggi su un ricevitore, che accumula il calore durante le ore ad elevata insolazione. Il letto fluido di sabbia, vista l’elevata concentrazione di radiazioni solari, consente di raggiungere alte temperature e pressioni nei cicli termodinamici, tipici delle centrali a combustibili fossili.

Un impianto di questo tipo si configura come una batteria solare, in grado di accumulare calore durante le ore ad elevata insolazione, conservarlo per lunghi periodi e rilasciarlo quando il Sole non c’è, in base alle richieste di carico delle utenze finali. Un immagazzinamento termico flessibile 24 ore su 24, per 365 giorni l’anno, e un capacity factor che può arrivare fino all’85%, superiore rispetto alle altre fonti rinnovabili.

Una simile batteria solare può essere un’opportunità per i Paesi ad elevata insolazione, al fine di produrre calore o vapore alla temperatura desiderata o l’energia necessaria in siti produttivi isolati, dove attualmente vengono utilizzati elettrogeneratori diesel, di notevole impatto ambientale. Ma l’energia elettrica prodotta potrebbe essere utilizzata anche per la desalinizzazione dell’acqua salata o per bonificare di siti inquinati, favorendo la trasformazione e la vivibilità di posti remoti oggi in difficoltà.

L’impianto STEM® è molto versatile sia per produzione di energia che per lo spazio occupato. Infatti si può comporre di piccoli impianti autonomi in grado di coprire le esigenze di comunità isolate, oppure di grandi sistemi di generazione autonomi o collegati a centrali esistenti, a partire da 500 kWe fino a 30/50 MWe.

Anche negli Emirati Arabi un team di ingegneri del Masdar Institute of Science and Technology era alla ricerca di un materiale economico e facilmente reperibile per stoccare l’energia termica negli impianti solari a concentrazione. E anche la loro scelta è ricaduta sulla sabbia.

E’ nato così il progetto Sandstock, un sistema di raccolta e stoccaggio dell’energia solare low cost, basato unicamente sulle particelle di sabbia del deserto, già di frequente utilizzata in coppia con fluidi termovettori (costosi e spesso inquinanti) in sistemi duali.

Sandstock elimina il componente costoso e fa fare tutto (raccolta, trasferimento e immagazzinamento del calore) alla sabbia e alla gravità. Il design dell’impianto è ispirato ad una tradizionale clessidra: il sistema è dotato di un serbatoio freddo, a forma di cilindro cavo, dove inizialmente vi è la sabbia. Quindi, grazie ad una valvola di apertura, i granelli si riversano in un serbatoio sottostante, serbatoio caldo, riscaldandosi grazie all’azione della luce solare concentrata. Uno scambiatore di calore in tre fasi – formato da un preriscaldatore, un evaporatore e un surriscaldatore – potrà essere immerso nella sabbia in movimento, producendo vapore surriscaldato e quindi elettricità.

Per il momento questa tipologia di impianto è stata sviluppata solo come prototipo su scala di laboratorio, ma si attendono gli esiti del successivo step, quando verrà testato su scala pre-commerciale presso la Piattaforma Solare del Masdar Institute.

Articolo di Roberta Lazzari

Fonti: wikipedia.it, rinnovabili.it


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