Sunergy: Il solare termodinamico

I pannelli fotovoltaici sono molto costosi e la produzione di energia è interrotta durante la notte e dunque incostante. Sono una buona soluzione in situazioni medio-piccole. Per situazioni medio-grandi, è adesso possibile ricorrere a una nuova tecnologia che permette di sfruttare in maniera economicamente conveniente l'energia solare e che risolve il problema della continuità della produzione: essa prende il nome di "solare termodinamico" o "solare a concentrazione". 

Il concetto alla base di questi sistemi è un collettore che raccoglie e concentra la radiazione solare su un ricevitore, che assorbe il calore solare e lo trasferisce a un fluido termovettore scaldandolo a temperature fino a oltre 600°C, trasformando così l'energia solare in energia termica e rendendola disponibile per diversi processi industriali. Il fluido così riscaldato può essere impiegato principalmente per la produzione di elettricità e per la produzione di idrogeno attraverso processi termo-elettro-chimici ad alta temperatura. Inoltre, il fluido caldo può anche essere immagazzinato e utilizzato quando l'energia solare non è disponibile.

I moderni concentratori parabolici lineari

Fra i sistemi a concentrazione più efficienti, vi sono i parabolici lineari (rappresentati nella figura schematica qui sopra), dove l'energia solare viene captata mediante una serie di specchi lineari di forma parabolica che seguono il movimento del Sole sull'orizzonte, ruotano su un solo asse e concentrano la radiazione solare su un tubo ricevitore posto nel fuoco delle parabole.

Le potenzialità di queste centrali solari sono state provate dall'esercizio di quelle costruite in California nel deserto del Mojave tra il 1981 e il 1990. Questi impianti, per una potenza installata di 354 MW, sono ormai una realtà industriale da quasi 15 anni ed hanno dimostrato di essere affidabili ed efficienti. Altri esperimenti interessanti nel campo del solare termodinamico sono stati in seguito condotti in Spagna e in Italia sotto la guida del nostro premio Nobel Carlo Rubbia e sono ormai giunti allo stadio finale, quello dello sfruttamento commerciale.

Sulla base delle positive esperienze californiane ed europee, le tecnologie si sono sviluppate ed evolute dando vita ad una seconda generazione di concentratori parabolici, che utilizzano un insieme di innovazioni scaturite da attività di ricerca e sviluppo condotte principalmente dall'ENEA che hanno reso molto più efficiente il processo di produzione elettrica. I miglioramenti principali introdotti rispetto agli impianti di prima generazione sono:

Nuovi specchi parabolici più robusti, meno costosi e più efficienti.

Temperatura di funzionamento più alta, circa 550 °C (nel caso degli olii sintetici quali fluido termovettore la massima temperatura è invece limitata a 400 °C).

Uso di sali fusi come fluido termovettore, che è non inquinante o infiammabile e presenta un minore impatto ambientale.

Introduzione di un accumulo termico in grado di compensare le discontinuità della sorgente solare, rendendo l'impianto funzionante 24 ore su 24 senza bisogno di far ricorso a co-generazione fossile, ma usando esclusivamente l'energia solare.

I vantaggi del solare termodinamico

I vantaggi connessi agli impianti solari termodinamici a concentrazione di nuova generazione, di cui presentiamo qui una proposta concreta, sono molteplici:

Tempi di costruzione brevi e lunga durata dell'impianto

Grazie alla semplicità progettuale, un impianto solare termodinamico completo può essere realizzato in tempi notevolmente più brevi di quelli di una equivalente centrale elettrica basata su fonti fossili o nucleari. Peraltro, la vita attesa dell'impianto è approssimativamente di 25-30 anni (e dunque pari a quella di un impianto fotovoltaico). Oltre questo periodo, però, l'utilizzo dell'installazione può essere ulteriormente esteso apportando le opportune modifiche, sostituzioni e miglioramenti necessari. Lo smantellamento finale delle strutture è semplice ed economico, e il terreno è riutilizzabile senza limitazioni.

Breve tempo di ritorno dell'investimento e incentivazione statale

Dal punto di vista economico-finanziario, l'investimento in impianti solari a concentrazione è molto conveniente.  Questa tecnologia, infatti, è stata riconosciuta meritevole di incentivi statali finalizzati alla sua diffusione.  In pratica, con il decreto del Ministero dello Sviluppo Economico dell'11 aprile 2008, è stato approvato il "Conto Energia" per la produzione di elettricità mediante solare termodinamico. Detto decreto prevede tariffe incentivanti della durata di 25 anni che vanno da 0,28 a 0,22 euro per ogni chilowattora, da aggiungere al prezzo attuale di vendita dell'energia prodotta. L'investimento, supportato dal Conto Energia, vanta pertanto un tempo di recupero economico-finanziario breve, compreso tra i 6 e gli 8 anni.

Possibilità di costruire impianti solari termodinamici su suoli agricoli

Come recita, infatti, il testo del decreto legge: "In relazione alle caratteristiche tecnico-ambientali sostenibili (nel pieno rispetto della natura e delle aree antropizzate) del solare termodinamico a concentrazione, ai sensi dell'art. 12, comma 7, del decreto legislativo 29 dicembre 2003, n. 387, questi impianti possono essere realizzati in aree classificate agricole dai vigenti piani urbanistici senza la necessità di effettuare la variazione di destinazione d'uso dei siti di ubicazione".

Un'energia accumulabile e disponibile secondo la domanda dell'utenza

La tecnologia solare termodinamica permette di produrre energia anche di notte o in caso di cattivo tempo, grazie alla miscela di sali che, una volta riscaldata, mantiene la sua altissima temperatura (circa 550 °C) per alcuni giorni anche senza essere in contatto con la sua fonte. Quindi la presenza di detto "accumulo termico" consente una produzione elettrica che può seguire la variazione della domanda giornaliera, che dunque può essere soddisfatta attraverso un impianto di generazione funzionante 24 ore su 24 basato esclusivamente sull'energia solare. 

Possibilità di utilizzo in una grande varietà di applicazioni

La tecnologia è fortemente modulare e può soddisfare esigenze diverse. L'energia solare può essere utilizzata sia in impianti di taglia molto grande (connessi con la rete elettrica internazionale), sia in impianti più piccoli (pochi megawatt) per comunità isolate. Il potenziale del solare termodinamico è tale da rispondere al crescente mercato dell'energia verde in modo economicamente accettabile. Si è già oggi certi che questa tecnologia soddisferà il fabbisogno di una frazione sostanziale della futura richiesta di elettricità mondiale.

Una tecnologia di primissimo piano

I recenti sostanziali miglioramenti apportati alla tecnologia del solare termodinamico a concentrazione hanno reso estremamente competitiva questa tecnologia.

Essa potrà giocare nei prossimi decenni un ruolo fondamentale nella produzione energetica mondiale, sfruttando calore ad alta temperatura da fonte solare per produrre quantità significative di elettricità e/o di idrogeno.

Questo grazie a cicli completamente rinnovabili e senza emissione di CO2, a costi competitivi, sostituendosi così ad altre tecnologie inquinanti, rischiose e basate su fonti in via di esaurimento (nucleare, idrocarburi).

Zone idonee per il solare a concentrazione

Le zone più idonee per l'installazione di tecnologie solari a concentrazione sono quelle che si trovano nella cosiddetta "sun belt" (fascia del Sole), ovvero l'area a maggiore irraggiamento del pianeta.

In particolare, il Nord Africa, il Medio Oriente e la sponda sud del Mediterraneo dispongono di vaste aree con irraggiamento solare particolarmente elevato, adatte all'installazione di grandi quantità di impianti solari in quanto poco o per nulla utilizzabili per altri impieghi.

Come ordine di grandezza, nelle aree più soleggiate delle zone suddette, ogni metro quadrato di collettore può produrre in un anno un'energia termica equivalente a circa 1 barile di petrolio.

Queste aree sono quelle in cui la radiazione solare diretta media che arriva al suolo è superiore a 200 W/mq, corrispondente a un'energia annua di 1.750 KWh/mq, e dove nei siti ottimali si può anche arrivare ad una radiazione diretta di 320 W/mq, pari ad un'energia annua di 2.800 KWh/mq.

Un uso efficiente dell'energia solare

Nel processo di captazione e stoccaggio dell'energia solare diretta si ottiene un elevato rendimento termico, superiore al 65% (incidenza su un piano orizzontale).

L'utilizzazione diretta dell'energia solare ad alta temperatura ottenuta con sistemi di concentrazione, grazie a questa elevata efficienza, richiede superfici 2-3 volte inferiori rispetto ai sistemi fotovoltaici, a parità di energia elettrica prodotta.

In molte zone della superficie terrestre si riscontrano valori di energia raccolta annualmente da un metro quadrato pari all'energia ottenuta bruciando un barile di petrolio. 

Una tecnologia rispettosa dell'ambiente

Gli impianti solari producono energia senza emissioni né inquinamento. Non impiegano materiali tossici, infiammabili o altrimenti pericolosi: l'intero sistema non è sorgente di rischio o di altri fastidi (rumore) per le popolazioni residenti nelle sue vicinanze.

In particolare, il liquido termovettore utilizzato è un comune fertilizzante già ampiamente usato in agricoltura, e sue eventuali fuoriuscite accidentali non hanno alcun impatto ambientale.

Inoltre non sono richieste strutture elevate e i collettori solari, posizionati in modo ordinato, non deturpano il paesaggio. Alla fine del periodo di utilizzazione, molti dei materiali possono essere riciclati e il sito può essere ripristinato per ulteriori installazioni.