[da INNOVARE 4 2009, a cura di Martina Manieli, Gianluca Carta]
Lo studio di soluzioni per l’ottimizzazione delle tecnologie nel settore della generazione elettrica da fonti rinnovabili rappresenta uno dei maggiori ambiti di interesse dei centri di ricerca. L’obiettivo dichiarato è quello di sviluppare innovazioni che possano essere trasformate in processi e prodotti di più ampia diffusione, consentendo la crescita di competitività delle imprese e del territorio.
Il CRS4, Centro di Ricerca, Sviluppo e Studi Superiori in Sardegna, sta studiando una particolare configurazione per il solare termodinamico che consentirà notevoli miglioramenti in termini di occupazione del suolo e di costi di installazione e manutenzione.
Il solare termodinamico a concentrazione è un sistema per la generazione elettrica che sfrutta la componente termica dell’energia emessa dal Sole. Attraverso l’utilizzo di specchi si concentra la radiazione solare su un ricevitore, puntiforme o lineare, all’interno del quale scorre un fluido termovettore. Questo si riscalda fino a temperature intorno ai 600°C e trasporta l’energia, sotto forma di calore, verso una comune centrale termoelettrica, che provvede alla trasformazione in corrente.
È una tipologia di centrale utilizzata negli Stati Uniti già dai primi anni ’80. Il SEGS, Solar Energy Generatine Systems, è in funzione dal 1985. È composto da 9 campi di specchi parabolici che concentrano la radiazione solare su tubi riempiti di olio sintetico. Coprono in totale una superficie di 6,5 kmq nel deserto del Mojave e producono 360 MWe, equivalenti al fabbisogno di circa 230000 abitazioni. Il problema legato a questo tipo di installazione è prevalentemente la necessità di grandi estensioni di terreno perfettamente pianeggiante e per uso industriale, poiché l’olio diatermico utilizzato è inquinante e una eventuale perdita contaminerebbe il suolo. Inoltre è necessario affiancare un impianto alimentato mediante una fonte fossile che provvede a soddisfare la richiesta energetica durante le ore notturne.
Per questo motivo sono state sviluppate soluzioni alternative, mediante l’utilizzo di miscele di sali fusi al posto degli oli e la costruzione di serbatoi di stoccaggio per i sali stessi che consentano la trasformazione del calore accumulato in energia elettrica durante la notte.
In particolare la Spagna ha realizzato la centrale Andasol, inaugurata nel dicembre del 2008 nei pressi di Guadix, in provincia di Granada, ed ha di recente autorizzato la costruzione di altre due centrali gemelle. Si tratta di impianti da 50 MWe, dotati di un sistema di accumulo, in grado di fornire energia elettrica a 50000 abitazioni ciascuno.
In Italia un protocollo d’intesa fra Enel ed Enea ha portato allo sviluppo del Progetto Archimede, che prevede la costruzione di una centrale innovativa da 5 MWe (sufficienti a fornire energia per circa 4500 famiglie) nei pressi di Priolo Gargallo, in provincia di Siracusa.
Il sistema in fase di studio al CRS4 nasce dall’esperienza acquisita in seguito alla collaborazione con Sorgenia. La necessità di limitare al minimo l’occupazione del territorio e, nel contempo, di sfruttare siti non perfettamente pianeggianti, ha condotto alla progettazione di una nuova tipologia di installazione, con piccoli specchi che concentrano la radiazione solare verso una torre, che a sua volta li rimanda ad un ricevitore situato alla sua base.
“ L’80% dei comuni della Sardegna potrebbe soddisfare la propria richiesta di energia elettrica dotandosi di un simile impianto”, ha dichiarato Bruno D’Aguanno, direttore del Programma Energie Rinnovabili del CRS4.
Secondo il progetto ogni impianto avrà una potenza pari a 2 MWe, sufficiente quindi a fornire elettricità ad un comune di piccole dimensioni, ma è stato concepito per essere modulare. In questo modo, per realizzare installazioni di maggiori potenza, basterà accoppiare due o più moduli.
Le principali novità risiedono nella duttilità di utilizzo: la struttura si presta molto bene ad essere installata su terreni non pianeggianti ed è concepita per poter occupare anche i versanti delle colline.
La ridotta dimensione degli specchi, pari a 1 mq, ne agevola la direzionabilità, riducendo al contempo il carico sul terreno. Non è quindi necessario realizzare fondazioni poiché il collegamento tra file successive rende stabile il sistema, che può essere semplicemente appoggiato a terra.
Il ricevitore è stato scelto puntiforme, per evitare di dover trasportare il fluido termovettore per tutto il campo. In questo modo la componentistica e la manodopera risultano notevolmente ridotte, con evidente risparmio anche in termini economici.
È installato al di sotto di una torre, costituita da un traliccio molto leggero alto 60 metri. Sulla torre è disposto uno specchio che concentra la radiazione solare sul ricevitore, posto a terra. La notevole riduzione dei carichi dovuti alla strumentazione, che è poggiata al suolo invece che sulla torre, consente di realizzare una struttura molto snella e dai costi contenuti.
La particolare geometria del ricevitore, costituito da un iperboloide, massimizza l’efficienza nel catturare la radiazione. All’interno viene disposta una serpentina all’interno della quale vengono fatti circolare dei sali fusi, che costituiscono il fluido termovettore.
Gli stessi sali fusi sono utilizzati per alimentare serbatoi per lo stoccaggio: nelle ore notturne il calore immagazzinato durante il giorno mantiene l’impianto produttivo, con una potenza ridotta, fino a 14 ore, oppure per 6 ore alla potenza massima. Questa strategia consente di soddisfare la richiesta energetica notturna, sensibilmente inferiore rispetto a quella che si registra nelle ore centrali della giornata.
“Siamo interessati a collaborare con aziende e imprese per la realizzazione di un impianto dimostrativo in un’area da localizzare.” continua D’Aguanno, “La scelta dei sali fusi come fluido termovettore consente di utilizzare anche terreni non industriali, poiché non ci sono liquidi pericolosi, come avviene nel caso degli oli diatermici. L’energia prodotta, a parità di area occupata, risulta maggiore rispetto ai sistemi che utilizzano collettori lineari. Possiamo inoltre sfruttare la radiazione che andrebbe dispersa al suolo disponendo una seconda serie di specchi a inclinazione contraria, che convergono su un eventuale secondo ricevitore.”
I costi prevedibili risulteranno quindi ridotti rispetto agli impianti solari termodinamici a concentrazione già costruiti. A parità di potenza installata sarà sufficiente un investimento pari alla metà di quello necessario per la realizzazione di un campo fotovoltaico.
L’energia elettrica prodotta beneficerà delle tariffe incentivanti riconosciute dalla legge in aggiunta al prezzo di vendita del kWh sul mercato.
Un ulteriore vantaggio per chi volesse investire in questa tecnologia è rappresentato dalle ridotte dimensioni dell’impianto, cui deve essere accoppiata una mini-centrale termoelettrica. Proprio per queste ridotte dimensioni la centrale, in assenza di Sole, potrà essere alimentata con biomasse. In questo modo la produzione di energia elettrica usufruirà sempre delle tariffe incentivanti, con enormi vantaggi economici.
La stessa produzione dei componenti necessari per la realizzazione dei nuovi impianti può rappresentare un volano per la ripresa economica, come già sta avvenendo in altri Paesi europei e asiatici. Le prospettive di sviluppo legate al trasferimento tecnologico tra enti di ricerca e imprese rimangono molto ampie. Gli investimenti legati all’innovazione, soprattutto nel settore dell’energia e dell’ambiente, rappresentano una forte opportunità di crescita e sono incentivati anche in ambito europeo.
Per questo motivo Giappone e Corea hanno lanciato programmi chiamati “Green new deals” e la Cina intende investire oltre 580 miliardi di dollari in progetti legati all’energia ed all’ambiente. Germania e Spagna hanno ottenuti grandi risultati in termini di occupazione e nuove industrie puntando al progresso di tecnologie legate alle fonti rinnovabili ed all’efficienza energetica.
Le molteplici opportunità legate allo sviluppo di questa nuova tecnologia per lo sfruttamento dell’ energia solare rappresentano, per le imprese italiane, un’occasione di crescita e superamento della crisi.
Un treno che non possiamo perdere.
(15/05/2010)