Centrali solari che sfruttano l’energia solare di notte anche di notte grazie alla tecnologia di accumulo
Attualmente, l’espansione di impianti CSP di piccole e medie dimensioni è limitata a causa della carenza di sistemi TES su misura. L’accumulo di energia termica svolge un ruolo cruciale per rendere gli impianti CSP più competitivi rispetto ai loro equivalenti fotovoltaici poiché permette di adattare la progettazione e/o il funzionamento dell’impianto a diverse strategie potenziali. Ad esempio, per soddisfare il fabbisogno dei consumatori in sistemi energetici isolati oppure per aumentare la produzione di elettricità negli impianti collegati alla rete di distribuzione elettrica in modo da esportare l’elettricità e, di conseguenza, incrementare i ricavi. Il progetto ORC-PLUS, finanziato dall’UE, ha fatto fronte a questa sfida esaminando la sostenibilità derivante dall’impiego di sistemi a ciclo Rankine a fluido organico (ORC, Organic Rankine Cycle) come motori termici per la produzione di energia elettrica in impianti CSP di piccole dimensioni. Nel caso di queste applicazioni, l’ORC utilizza l’energia termica raccolta dal sole per l’evaporazione del suo fluido ad alto peso molecolare e la generazione di elettricità grazie all’espansione del vapore all’interno di una turbina accoppiata a un generatore. «Tali sistemi costituiscono una valida opzione tecnologica poiché sono altamente affidabili e possono essere installati in luoghi remoti. Tuttavia, è necessario prendere in considerazione un loro rilevante limite tecnico, vale a dire il loro constante bisogno di alimentazione termica», afferma Walter Gaggioli, coordinatore del progetto. «L’accumulo di energia termica contribuisce a ovviare a questo inconveniente».
Elettricità su richiesta, 24 ore su 24, 7 giorni su 7
In seguito al collaudo di due differenti opzioni di TES e tre prototipi, il gruppo coinvolto nel progetto ORC-PLUS ha realizzato un innovativo sistema TES ottimizzato per impianti CSP di medie dimensioni. Il sistema amplifica la produzione energetica di una centrale termoelettrica solare esistente situata in Marocco e composta da collettori lineari a riflettore Fresnel e un’unità di potenza ORC di 1 MWe. Per l’impianto presente nel Green Park Energy, a Ben Guerir, il sistema TES favorisce la produzione di energia fino a 4 ore durante le ore serali (18:00-22:00), permettendogli di soddisfare i picchi di carico elettrico della rete locale a media tensione.
La produzione elettrica potenziata offre molteplici vantaggi
Il progetto ORC-PLUS fornisce il suo contributo per affrontare diverse sfide climatiche ed energetiche. «La potenzialità per gli impianti CSP di piccole e medie dimensioni (1-10 MWe) è enorme in caso vadano a sostituire i dispendiosi impianti elettrici a diesel in applicazioni rurali, sia collegate che scollegate alla rete, poiché comporterebbero una riduzione delle emissioni di gas serra», spiega Gaggioli. «La natura programmabile dell’energia prodotta dalla soluzione del progetto ORC-PLUS va a complementare un tipo di energia meno programmabile generata da altri sistemi di energia rinnovabile, tra cui il sistema fotovoltaico ed eolico». Il termine programmabile si riferisce alla produzione di elettricità su richiesta. «Ciò rende il sistema una tecnologia potenzialmente strategica per l’integrazione di altre energie rinnovabili e per indirizzare un’alta percentuale complessiva di energie rinnovabili nella fornitura di energia a livello mondiale», afferma Gaggioli. L’impianto del progetto ORC-PLUS sarà messo in servizio negli ultimi mesi del 2020 e lungo il suo percorso promuoverà la creazione di posti di lavoro e la rivitalizzazione delle industrie locali. La soluzione tecnica sviluppata migliora l’efficienza media annuale derivante dalla trasformazione del calore solare in elettricità fino al 20 %. In generale, il progetto ha abbattuto i tempi di ammortamento del 30 %, riducendoli a 8 anni, migliorando in questo modo il potenziale di penetrazione nel mercato. Si prevede che l’investimento minore richiesto per gli impianti CSP di piccole e medie dimensioni contribuirà a suscitare un notevole interesse negli investitori del mercato. Il progetto ORC-PLUS ha migliorato la fabbricazione di collettori solari Fresnel, abbassando il costo di investimento per le future centrali solari di circa il 20 %. «Le soluzioni ingegneristiche preconfezionate sviluppate su misura per questi impianti CSP possono essere ampiamente replicate in Europa e in Africa», conclude Gaggioli.
Parole chiave
ORC-PLUS, energia, CSP, elettricità, sistema TES, impianto CSP, energia solare, accumulo di energia termica, ciclo Rankine a fluido organico