Impianto solare termodinamico

Descrizione: Impianto solare a concentrazione con struttura modulare. (Brochure)

Energia prodotta: da 1,3 MW (singolo modulo) in su.

L'energia termica prodotta da questo tipo di impianto tecnologicamente all'avanguardia può alimentare turbine a vapore per la produzione di energia elettrica necessaria alle diverse utenze o per la produzione di idrogeno da acqua (tramite elettrolisi) da utilizzare per la trazione terrestre e marina o per applicazioni industriali stazionarie tramite celle a combustibile.

          

INDEPENDERGY collabora, nello sviluppo di questo tipo di impianto, con il Consorzio Solare XXI (Techint, Archimede Solar Energy, Ronda High Tech e Duplomatic Oleodinamica). 
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Funzionamento dell'apparato

Il sistema prevede la presenza di due cicli di funzionamento: un ciclo per la cattura dell'energia solare ed un ciclo per la generazione di vapore. I due cicli operano su
due circuiti completamente separati: un circuito sali e un circuito vapore.

Il circuito sali è caratterizzato dalla presenza di due serbatoi di accumulo a sali fusi da cui si dipartono i circuiti connessi con il campo solare termodinamico, in cui il sale è spinto da opportune pompe di circolazione.  I due serbatoi si differenziano per la temperatura media del sale accumulato al loro interno. In particolare, si ha:

un serbatoio detto "caldo" che accumula al suo interno sale fuso a una temperatura di 550 °C;

un serbatoio detto "freddo" che è utilizzato per stoccare il sale a una temperatura media di 290 °C.

In presenza di un irraggiamento sufficiente, il sale è pompato dal serbatoio "freddo" al circuito dell'impianto, dove circolando all'interno dei collettori solari si scalda fino a 550 °C e quindi viene poi stoccato nel serbatoio "caldo". Durante il funzionamento del circuito vapore, il sale viene prelevato dal serbatoio "caldo" e, dopo aver prodotto vapore surriscaldato nel generatore di vapore per scambio termico, ritorna al serbatoio freddo. Nei limiti della capacità di accumulo, i due cicli appena descritti sono completamente svincolati, e consentono una produzione elettrica controllabile a prescindere dalla disponibilità dell'irraggiamento solare.

I concentratori parabolici lineari

L'energia solare diretta è concentrata su un tubo collettore mediante l'uso di grandi specchi parabolici lineari. Questi ultimi (aventi un'apertura di 5,76 m e un'altezza focale di 1,81 m), sono costituiti da pannelli "a nido d'ape" di 2,5 cm di spessore, con struttura interna in alluminio e strati superficiali in fibra di vetro, al fine di garantire un'elevatissima rigidità e resistenza. Sulla superficie esterna di questi pannelli aderisce un sottile specchio di vetro ad alta riflettività.

Il tubo ricevitore

I tubi ricevitori (lunghi circa 4 m) sono saldati in serie e situati sulla linea focale degli specchi parabolici. Detti tubi sono mantenuti in posizione da bracci di sostegno dotati alle estremità di cerniere cilindriche che permettono la dilatazione termica dei tubi quando l'impianto è in esercizio.

La funzione dei tubi ricevitori è quella di trasferire al fluido termovettore la massima quantità di energia solare concentrata dagli specchi riflettenti, riducendo al minimo le perdite di energia per irraggiamento verso l'ambiente.

Ogni tubo ricevitore è costituito da due cilindri concentrici:

il cilindro esterno, in vetro del diametro di 12,55 cm, ha la funzione di involucro protettivo. Sulla sua superficie vi è un trattamento antiriflesso, per aumentare la penetrazione della radiazione solare, riducendo al minimo l'energia riflessa.

il cilindro interno, d'acciaio inossidabile, ha un diametro di 7 cm e costituisce il tubo assorbitore dell'energia solare; al suo interno circola il fluido termovettore.
Sulla superficie esterna di questo cilindro vi è un rivestimento spettralmente selettivo (coating) di materiale composito metallo-ceramico, il quale assicura il massimo assorbimento nello spettro della luce solare e, al contempo, la minima emissione di radiazione infrarossa, consentendo il raggiungimento dell'elevata temperatura di esercizio dell'impianto (550 °C).

Dove può essere installato

In Italia, le regioni ottimali sono: la Sicilia, la Sardegna, la Puglia, la Calabria, la Campania e la Basilicata. In queste regioni, infatti, domina un clima a grande scala di tipo mediterraneo, con livelli di irraggiamento medio annuo pari a 1600-1800 kWh/mq/anno.

I suddetti livelli, pur essendo inferiori a quelli dei climi desertici a pari latitudine (es. California e Nevada), grazie alle caratteristiche della seconda generazione di centrali solari a concentrazione producono quantità ingenti di energia elettrica in modo efficiente, economico e pulito.

Il fluido termovettore

La miscela di sali fusi, che costituisce l'innovazione tecnologica più rilevante di questo tipo di impianti a concentratori parabolici, è economica e disponibile in grandi quantità.

Essa va a sostituire gli olii diatermici (infiammabili e tossici) utilizzati negli impianti di vecchia concezione, che necessitavano di una pesante integrazione con gas naturale per coprire le discontinuità giornaliere della fonte solare.

L'utilizzo di questi sali come fluido termovettore permette l'installazione dell'impianto anche su suoli agricoli, essendo essi largamente usati in agricoltura come fertilizzanti e dunque privi di rischio inquinamento.

La struttura portante

La struttura portante del paraboloide, caratterizzata da un tubo centrale portante e da supporti laterali, è progettata per garantire rigidità e precisione nel movimento modulare. Il supporto infrastrutturale prevede ogni tipo di carico aerodinamico dovuto all'azione dei venti.

Nonostante le dimensioni considerevoli (lunghezza di circa 100 m, ampiezza di circa 6 m ed altezza di 3,5 all'asse di rotazione), possono essere facilmente rispettate tolleranze finali sul montaggio dell'ordine del millimetro.

Il sistema di movimentazione

Il sistema che movimenta i concentratori parabolici lineari possiede caratteristiche industriali finalizzate alla rotazione del collettore sulla base di comandi inviati da sistemi di puntamento avanzati, volti ad assicurare l'inseguimento del Sole nel cielo con una precisione di 0,8 mrad.

In presenza di eventi atmosferici avversi, quali grandine e forte vento (fino a 14 m/s), il sistema è in grado  di portare il collettore in posizione di sicurezza. In questa posizione il collettore è progettato per resistere a venti fino a 28 m/s.