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Nuovi componenti per produrre e accumulare, in maniera economicamente vantaggiosa, calore solare ad alta temperatura

Un grande vantaggio dell’energia solare a concentrazione (CSP, Concentrated Solar Power), tecnologia che produce energia solare impiegando specchi per concentrare una vasta area di raggi solari su di un ricevitore, è l’estrema convenienza economica con cui è possibile immagazzinare l’energia termica. Sebbene risulti un mezzo promettente per fornire elettricità da fonti rinnovabili su richiesta, l’efficienza di conversione degli attuali impianti commerciali è piuttosto bassa e il costo per la produzione dell’elettricità non risulta ancora abbastanza competitivo.

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Il progetto CAPTure, finanziato dall’UE, si prefigge di migliorare sensibilmente la competitività del CSP, concentrando la sua attenzione su un concetto di centrale elettrica innovativa ad alta efficienza, e sulla taratura intelligente e sulla produzione di massa di specchi che riflettono la luce solare su un’area ridotta del ricevitore, che a sua volta genera calore ad alta temperatura. «In entrambi i modi è possibile ridurre notevolmente i costi livellati della produzione di energia», osserva Fritz Zaversky, coordinatore del progetto. La centrale solare è in grado di produrre una quantità di elettricità per area a specchio di gran lunga superiore rispetto agli approcci tradizionali. Inoltre, il funzionamento degli specchi semplificato, caratterizzato da costi minori di funzionamento e manutenzione, insieme alla produzione di massa di specchi riflettenti comporta una forte riduzione dei costi. «Pertanto, la maggiore efficienza di conversione, ovvero un’erogazione superiore di energia, e i costi di investimento, funzionamento e manutenzione ridotti si traducono in costi livellati inferiori, rendendo il CSP più competitivo», spiega Zaversky.

Produzione e accumulo di calore solare ad alta temperatura efficienti in termini di costi

Per ottenere una maggiore efficienza di conversione, i partner del progetto hanno sviluppato tre componenti chiave: un ricevitore solare, uno scambiatore di calore rigenerativo e un campo solare (specchi e inseguitori). Gli specchi concentrano la luce solare sul ricevitore solare che riscalda l’aria atmosferica a temperature elevate (1 000 °C). Lo scambiatore di calore rigenerativo si occupa di scambiare il calore tra il flusso di aria pressurizzata e il flusso di aria atmosferica proveniente dal ricevitore solare. Successivamente, una turbina ad aria calda converte il calore in energia elettrica. «Il risultato più rilevante del progetto CAPTure è stato il successo nella progettazione, produzione e messa in servizio di un prototipo ad alte temperature termiche da 300 kW installato presso un impianto di ricerca solare nel sud della Spagna», afferma Zaversky. Questo prototipo è costituito da tutti e tre i componenti oltre a tubi e valvole. Inoltre, il team coinvolto nel progetto CAPTure ha progettato uno specchio o eliostato di inseguimento solare di dimensioni ridotte, ottimizzato per una produzione di massa economicamente vantaggiosa.

I singoli componenti mostrano un grande potenziale

I membri del team hanno convalidato con successo tutti i componenti principali e il concetto alla base della configurazione dell’impianto in contesti reali, dimostrando l’attuabilità del concetto dal punto di vista tecnico. Un’ottimizzazione di tipo tecnico-economico e un’analisi comparativa hanno messo in luce il potenziale del concetto per la centrale. I risultati rivelano come la tecnologia a ricevitore ad aria sia una soluzione molto promettente per realizzare una centrale termoelettrica solare efficiente a ciclo combinato. È infatti possibile raggiungere circa il 30 % del picco di efficienza di conversione da energia solare a elettrica, con un sostanziale miglioramento rispetto a circa il 21 % della tecnologia d’avanguardia. In questo momento, la configurazione proposta per la centrale elettrica non è redditizia per la distribuzione su larga scala; tuttavia, risulterà molto vantaggiosa per una serie di impieghi. «I componenti sono preziosi per diverse applicazioni», conclude Zaversky. In particolare, il ricevitore solare e il sistema rigenerativo possono essere adoperati per l’integrazione del riscaldamento solare a elevata efficienza in vari processi. Il sistema rigenerativo può funzionare come mezzo di accumulo di energia termica ad alte temperature, essendo uno scambiatore di calore conveniente tra i circuiti di aria atmosferica e pressurizzata. Inoltre, è possibile utilizzarlo come reattore chimico per l’accumulo di energia termochimica con densità ad alta energia o altri tipi di reattori ad alta temperatura.

Parole chiave

CAPTure, calore, energia, centrale elettrica, elettricità, calore solare, energia solare, CSP

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