Particelle fluidizzate aumentano il calore in una nuova progettazione a energia solare
Gli attuali impianti solari a concentrazione (CSP, Concentrated Solar Power) d’avanguardia si avvalgono di ricevitori centrali con diverse opzioni per fluidi termovettori e mezzi di accumulo. Di solito, questi materiali e processi vengono presi in esame separatamente, considerando per ognuno le restrizioni specifiche. Talvolta, i sali fusi sono stati adoperati sia come fluidi termovettori che come mezzo di accumulo di energia termica. La stabilità chimica dei sali pone un limite alla temperatura di esercizio massima da impiegare, pari a 565 °C, riducendo di circa il 42 % l’efficienza della conversione del calore in elettricità. Il progetto NEXT-CSP, finanziato dall’UE, sta utilizzando particelle refrattarie fluidizzate (resistenti alla decomposizione termica) come fluidi termovettori e mezzo di accumulo. Queste particelle aumentano la temperatura di esercizio fino a 750 °C e dovrebbero migliorare l’efficienza dell’impianto CSP in maniera considerevole.
Svettare su tutto il resto
Il progetto NEXT-CSP ha scelto l’olivina (la fonte del peridoto), un silicato naturale del magnesio e uno dei minerali più diffusi sulla Terra, per la creazione delle particelle per i fluidi termovettori. Riuscire a sfruttare al meglio le particelle ha richiesto una grande spinta innovativa anche dal punto di vista tecnico, con lo sviluppo, tra le altre cose, di una tecnologia idonea per ricevitori solari e un nuovo scambiatore di calore provvisto di 1 300 tubi in cui scorre l’aria compressa proveniente dal compressore della turbina a gas nonché a un ciclo combinato avanzato. La tecnologia è integrata in un impianto CSP a torre formato da: ricevitore solare, serbatoio di accumulo del calore, scambiatore di calore, turbina a gas e serbatoio di accumulo del freddo. Il coordinatore del progetto, Gilles Flamant del Centro nazionale per la ricerca scientifica (CNRS) francese, spiega: «In cima alla torre, il fluido termovettore nel serbatoio di accumulo del freddo è riscaldato dalla luce solare riflessa sul ricevitore a tubi multipli di nuova progettazione per poi passare nel serbatoio di accumulo del calore dove può essere conservato finché non si intende utilizzarlo. A quel punto, il fluido attraversa lo scambiatore di calore in cui il calore è trasferito dalle particelle all’aria compressa per l’alimentazione della turbina». Superando le sfide legate allo spazio e alle limitazioni di peso, tutti i componenti sono stati installati e validati nella parte superiore della torre solare da 5 MW, THEMIS, situata in Francia.
Aggiungere torri per aumentare la potenza dell’impianto commerciale pianificato
Per la centrale su scala commerciale (150MW), gli scienziati hanno adottato un concetto multi-torre con l’obiettivo di aumentare l’efficienza complessiva del ciclo delle tipiche centrali solari dal 42 % al 48,8 %. È anche possibile farla funzionare come impianto solare per i «picchi» di fabbisogno per l’immagazzinamento del calore assorbito nell’arco del giorno per poi convogliarlo nelle ore serali contraddistinte da picchi di fabbisogno elettrico quando, tra l’altro, il costo dell’elettricità è più elevato. Flamant conclude: «In tali condizioni, prevediamo un’efficienza nominale della centrale solare a particelle fluidizzate superiore di circa il 20 % rispetto alle torri d’avanguardia a sali fusi. Inoltre, la progettazione dovrebbe ridurre il costo dell’elettricità di circa il 25 % e abbassare notevolmente il costo del mezzo di accumulo. Abbiamo dimostrato con successo che le particelle solide possono rappresentare un’alternativa valida e conveniente ai liquidi per la raccolta e l’accumulo dell’energia solare nelle centrali termoelettriche solari». Alla tecnologia innovativa originata dal progetto NEXT-CSP è stato conferito un brevetto mondiale. La commercializzazione dovrebbe iniziare entro un decennio, contribuendo a fornire elettricità solare sicura e pulita ai consumatori e un accumulo di energia termica più ecologico per l’ambiente rispetto alle batterie elettrochimiche, attribuendo un vantaggio competitivo al settore del CSP.
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