Nuovi componenti per produrre e accumulare, in maniera economicamente vantaggiosa, calore solare ad alta temperatura
Il progetto CAPTure, finanziato dall’UE, si prefigge di migliorare sensibilmente la competitività del CSP, concentrando la sua attenzione su un concetto di centrale elettrica innovativa ad alta efficienza, e sulla taratura intelligente e sulla produzione di massa di specchi che riflettono la luce solare su un’area ridotta del ricevitore, che a sua volta genera calore ad alta temperatura. «In entrambi i modi è possibile ridurre notevolmente i costi livellati della produzione di energia», osserva Fritz Zaversky, coordinatore del progetto. La centrale solare è in grado di produrre una quantità di elettricità per area a specchio di gran lunga superiore rispetto agli approcci tradizionali. Inoltre, il funzionamento degli specchi semplificato, caratterizzato da costi minori di funzionamento e manutenzione, insieme alla produzione di massa di specchi riflettenti comporta una forte riduzione dei costi. «Pertanto, la maggiore efficienza di conversione, ovvero un’erogazione superiore di energia, e i costi di investimento, funzionamento e manutenzione ridotti si traducono in costi livellati inferiori, rendendo il CSP più competitivo», spiega Zaversky.
Produzione e accumulo di calore solare ad alta temperatura efficienti in termini di costi
Per ottenere una maggiore efficienza di conversione, i partner del progetto hanno sviluppato tre componenti chiave: un ricevitore solare, uno scambiatore di calore rigenerativo e un campo solare (specchi e inseguitori). Gli specchi concentrano la luce solare sul ricevitore solare che riscalda l’aria atmosferica a temperature elevate (1 000 °C). Lo scambiatore di calore rigenerativo si occupa di scambiare il calore tra il flusso di aria pressurizzata e il flusso di aria atmosferica proveniente dal ricevitore solare. Successivamente, una turbina ad aria calda converte il calore in energia elettrica. «Il risultato più rilevante del progetto CAPTure è stato il successo nella progettazione, produzione e messa in servizio di un prototipo ad alte temperature termiche da 300 kW installato presso un impianto di ricerca solare nel sud della Spagna», afferma Zaversky. Questo prototipo è costituito da tutti e tre i componenti oltre a tubi e valvole. Inoltre, il team coinvolto nel progetto CAPTure ha progettato uno specchio o eliostato di inseguimento solare di dimensioni ridotte, ottimizzato per una produzione di massa economicamente vantaggiosa.
I singoli componenti mostrano un grande potenziale
I membri del team hanno convalidato con successo tutti i componenti principali e il concetto alla base della configurazione dell’impianto in contesti reali, dimostrando l’attuabilità del concetto dal punto di vista tecnico. Un’ottimizzazione di tipo tecnico-economico e un’analisi comparativa hanno messo in luce il potenziale del concetto per la centrale. I risultati rivelano come la tecnologia a ricevitore ad aria sia una soluzione molto promettente per realizzare una centrale termoelettrica solare efficiente a ciclo combinato. È infatti possibile raggiungere circa il 30 % del picco di efficienza di conversione da energia solare a elettrica, con un sostanziale miglioramento rispetto a circa il 21 % della tecnologia d’avanguardia. In questo momento, la configurazione proposta per la centrale elettrica non è redditizia per la distribuzione su larga scala; tuttavia, risulterà molto vantaggiosa per una serie di impieghi. «I componenti sono preziosi per diverse applicazioni», conclude Zaversky. In particolare, il ricevitore solare e il sistema rigenerativo possono essere adoperati per l’integrazione del riscaldamento solare a elevata efficienza in vari processi. Il sistema rigenerativo può funzionare come mezzo di accumulo di energia termica ad alte temperature, essendo uno scambiatore di calore conveniente tra i circuiti di aria atmosferica e pressurizzata. Inoltre, è possibile utilizzarlo come reattore chimico per l’accumulo di energia termochimica con densità ad alta energia o altri tipi di reattori ad alta temperatura.
Parole chiave
CAPTure, calore, energia, centrale elettrica, elettricità, calore solare, energia solare, CSP