Miscele di fluidi innovative aumentano il potenziale delle centrali solari
L’energia solare a concentrazione (CSP) utilizza specchi o lenti per concentrare la luce solare su un’area ridotta e converte l’energia solare in calore che viene poi utilizzato per generare elettricità. Nonostante il suo potenziale, la CSP affronta già da tempo maggiori ostacoli di natura economica rispetto alle tecnologie fotovoltaiche, soprattutto a causa dei costi più elevati e della forte capitalizzazione necessaria. Tuttavia, lo sviluppo di cicli energetici innovativi con prestazioni migliori e costi ridotti potrebbe trasformare la CSP in un’opzione più competitiva e sostenibile.
I progressi nella conversione di potenza migliorano l’efficienza della CSP
Il progetto SCARABEUS, finanziato dall’UE, ha cercato di risolvere questo problema con lo sviluppo di un avanzato blocco di potenza, concepito per migliorare la conversione del calore in elettricità e ridurre parallelamente i costi associati. L’aspetto innovativo di SCARABEUS è stato l’utilizzo di un nuovo fluido motore, composto da anidride carbonica miscelata con additivi specifici. Questa composizione consente la condensazione del fluido fino a temperature di 60 gradi Celsius, resistendo alle temperature massime del ciclo necessarie, il che lo rende particolarmente adatto alle applicazioni CSP. Il progetto si è concentrato sulla progettazione di componenti per cicli di potenza compatibili con questo fluido innovativo e sulla convalida dei componenti e del concetto complessivo in un impianto di prova. Le attività del progetto hanno riguardato innanzitutto la selezione dei droganti più promettenti per migliorare le prestazioni dei cicli di potenza. Vari fluidi si sono rivelati ottimi candidati, tra cui C6F6 (esafluorobenzene), TiCl4 (tetracloruro di titanio), SiCl4 (tetracloruro di silicio) e SO2. È stata quindi condotta una caratterizzazione approfondita di questi fluidi per comprenderne le proprietà termodinamiche e le temperature massime di esercizio. Questi risultati sperimentali sono stati fondamentali per prevedere le prestazioni del fluido e per orientare la progettazione dei componenti del ciclo di potenza.
Efficace convalida della tecnologia CSP in un impianto di prova
Dopo la caratterizzazione e i test sui fluidi, i ricercatori hanno progettato e ottimizzato l’integrazione dei componenti del ciclo di potenza negli impianti CSP commerciali. «A Siviglia, un impianto CSP ha mostrato un costo livellato dell’elettricità inferiore a 90 euro per MWh, un miglioramento notevole rispetto ai 120 euro per MWh previsti dalle tecnologie commerciali», osserva il coordinatore del progetto Giampaolo Manzolini. Questo progresso è stato attribuito a diversi fattori chiave, tra cui una maggiore efficienza del ciclo, condensatori innovativi raffreddati ad aria, scambiatori di calore a recupero con prestazioni migliorate e costi inferiori del 25 % e un’efficienza della turbina superiore al 92 %. La fase prevedeva la convalida del concetto in un impianto di prova con una portata massica del fluido di 0,6 kg/s e un input termico di 200 kWth. Il fluido CO2-C6F6 è stato sottoposto a collaudi rigorosi per 150 ore nell’impianto di prova della TU Wien, raggiungendo temperature massime di 500 °C. Questi test hanno confermato il miglioramento delle prestazioni degli scambiatori di calore e la condensazione del fluido al di sopra dei 50 °C, convalidando così il concetto di SCARABEUS.
Miscele ad alta temperatura che trasformano la tecnologia CSP
SCARABEUS ha fatto progredire la tecnologia CSP, gettando le basi per innovazioni future in grado di ridurre ulteriormente i costi e migliorare l’efficienza nella generazione di energia rinnovabile. La maggior parte delle attività di ricerca sulla conversione di energia da termica a meccanica nella CSP si è concentrata sui cicli di anidride carbonica supercritica. Tuttavia, questi cicli risentono spesso di temperature ambientali elevate, che possono ridurre l’efficienza complessiva. Prendendo atto di questa limitazione, SCARABEUS è stata la prima iniziativa a convalidare miscele di CO2 innovative per applicazioni ad alta temperatura. «Abbiamo introdotto l’adozione di miscele di CO2 per cicli di condensazione ad alte temperature (temperatura massima di 550 °C e oltre), stabilendo un nuovo standard nel settore. La caratterizzazione dei fluidi, che ha incluso la valutazione della compatibilità dei materiali, ha determinato miglioramenti notevoli che non trovano riscontro nella letteratura esistente», conclude Manzolini.
Parole chiave
SCARABEUS, CSP, energia solare a concentrazione, ciclo di potenza, alte temperature, fluido motore, anidride carbonica supercritica
