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Campo di grano

Solare Termodinamico ad Alta Temperatura: Archimede Solar Energy, l’innovazione nelle energie rinnovabili

Nelle zone del pianeta con alta densità di potenza solare, l’utilizzo di questa fonte di energia consente di ottenere annualmente, per ogni metro quadrato di superficie, un’energia termica equivalente alla combustione di un barile di petrolio, evitando il rilascio in atmosfera di circa cinque quintali di anidride carbonica. Sarebbe quindi necessario ed economicamente vantaggioso utilizzare questa fonte inesauribile di energia per rispettare l’ambiente e contenere i costi dello sviluppo industriale mondiale.





La Archimede Solar Energy S.r.L nasce nel 2007, dopo anni di collaborazione del gruppo Angelantoni Industrie S.p.A. con il centro di ricerca Enea. Archimede è la società del Gruppo Angelantoni che opera nel settore delle Energie Rinnovabili, con la produzione del tubo ricevitore per centrali solari termodinamiche. L’innovazione che la ricerca ha prodotto, e che è alla base del brevetto che Archimede utilizza su licenza esclusiva, riguarda direttamente le caratteristiche del tubo ricevitore che presenta un’alta efficienza di assorbimento, e temperature di esercizio fino a 580 °C.

Potenzialità di sviluppo e caratteristiche della tecnologia
Gli impianti solari termici sfruttano l’energia solare per produrre il calore da utilizzare nei processi industriali o per la produzione di energia elettrica. Quest’ultima è la forma più pregiata di energia, che per essere prodotta con buona efficienza da fonte solare, richiede la realizzazione di un sistema di accumulo di energia termica ad alta temperatura. Per ovviare alla indisponibilità di energia solare nell’arco della giornata, il calore potrà essere accumulato in serbatoi di volume opportuno, che ne assicurano la disponibilità di notte e nei giorni di scarsa insolazione, rendendo l’utilizzo del calore più flessibile e rispondente alle esigenze dei processi produttivi. L’assorbimento di energia solare è ottenuto con un sistema ottico, il concentratore, che riflette la radiazione sulla superficie del tubo ricevitore, dove viene assorbita sotto forma di calore. Durante il giorno il concentratore segue costantemente la traiettoria del sole, concentrando la radiazione solare sulla superficie del tubo assorbitore, che ha il compito di trasferirla ad un fluido ad alta capacità termica che scorre nel suo interno. Il fluido, a contatto poi con un circuito di acqua, produce vapore a temperatura di circa 530°C utilizzato per muovere turbine a vapore convenzionali. Si potrà perciò produrre vapore dal sole, senza bruciare combustibili fossili. L’efficienza varia dal 17% al 34%, ottenibile questa in paesi desertici a forte insolazione (fino a 2 KW/mq). Le grandi quantità di calore termico residuo possono essere utilizzate per processi industriali, per teleriscaldamento o condizionamento dell’aria (tramite refrigeratori ad assorbimento). Di grande interesse è la possibilità di usare tale calore anche per impianti di dissalazione di acqua marina, rendendola disponibile per scopi irrigui che potrebbero trasformare facilmente zone desertiche in orti e giardini. E’ opportuno segnalare, anche se per ora in via teorica, che una superficie di 300 km per 300 km di lato, coperta di specchi concentratori con questa tecnologia, genererebbe tutta l’energia elettrica necessaria ogni anno in tutto il mondo. La superficie suddetta, seppur grande, sarebbe solo l’1% della superficie del Sahara, che potrebbe poi essere parzialmente trasformato in area coltivabile dall’acqua desalinizzata.

Collettore solare
Si sfrutterebbe in tal modo tutta l’energia solare e l’energia elettrica prodotta potrebbe essere trasportata a basso costo in Europa attraverso elettrodotti sottomarini, alcuni dei quali già in costruzione. Parte dell’energia elettrica prodotta potrebbe essere utilizzata nei Paesi Nord-Africani, insieme all’acqua prodotta, spingendo le attività industriali ed agricole, riducendo la necessità di emigrare verso i Paesi Europei e rendendo più armonica la crescita economica dell’intero bacino del Mediterraneo. La stessa tecnologia solare potrebbe ovviamente essere utilizzata in molte aree desertiche della Terra.

Trattore

Il funzionamento
La radiazione solare viene focalizzata su una linea di tubi assorbitori posizionati lungo la linea focale del concentratore parabolico. L’efficienza di assorbimento del calore dipende dal rendimento ottico del concentratore (precisione nella fabbricazione della struttura e dei pannelli riflettenti) e dal rendimento di conversione del tubo ricevitore, che deve essere in grado di assorbire la massima energia possibile, con le minime dispersioni termiche. La temperatura massima di esercizio del tubo ricevitore dipende essenzialmente dal fluido termovettore che viene utilizzato. La scelta della miscela di sali fusi, 60% NaNO3, 40% KNO3, è legata all’elevata capacità termica di questo fluido (elevate densità e calore specifico), ottima stabilità chimica ad alta temperatura, basso costo, nessun rischio ambientale. Gli oli diatermici, attualmente usati da due aziende concorrenti di Archimede Solar Energy, hanno invece un limite di temperatura di 380°-400°C, sono infiammabili ed altamente inquinanti. Il sistema d’accumulo, consentito dall’uso dei sali fusi, è costituito da due serbatoi di stoccaggio del fluido termovettore, uno caldo a 550°C ed uno freddo a 290°C (la temperatura di solidificazione della miscela di sali fusi è 238°C). La portata di sale fuso necessaria per la produzione di energia elettrica viene spillata dal serbatoio caldo ed inviata al generatore di vapore, dove cede calore fino a scendere ad una temperatura di circa 290°C. Il sale fuso in uscita dal generatore di vapore viene accumulato nel serbatoio freddo, per essere successivamente immesso nel campo solare e di nuovo riscaldato. In presenza di radiazione solare, il sale spillato dal serbatoio freddo assorbe calore fino a 550 °C e lo accumula nel serbatoio caldo. In assenza di radiazione (ad es. di notte), il sale fuso circola all’interno dei tubi ricevitori per mantenerli ad una temperatura superiore a quella di solidificazione del sale stesso e torna nel serbatoio freddo ad una temperatura di circa 283°C, con una perdita complessiva di potenza termica di soli 51 KWt.

Il Progetto Archimede
Il Progetto Archimede è nato da una collaborazione tra ENEA ed ENEL, per studiare la possibilità di integrare la produzione di calore degli impianti termoelettrici esistenti con calore ad alta temperatura accumulato da fonte solare. Tale collaborazione ha portato alla realizzazione di un impianto solare integrato con la centrale turbogas a ciclo combinato di Priolo Gargallo (Siracusa). L’impianto Archimede ha una potenza di 5 MW, sufficiente a dimostrare l’applicabilità della tecnologia ENEA per gli impianti solari utilizzati in centrali turbogas a ciclo combinato. La centrale verrà avviata entro l’estate 2010. Il campo solare dell’impianto Archimede è costituito da 9 stringhe di 6 collettori ciascuna, per un totale di 54 collettori da 100 m e 1500 tubi ricevitori (compresi i tubi di scorta). La fornitura dei tubi ricevitori da parte di Archimede Solar Energy S.r.L. è la chiave dello sviluppo del solare termodinamico ad alta temperatura, un esempio concreto di trasferimento tecnologico tra il mondo della ricerca e l’industria italiana.

Grano

Crescita e prospettive
Attualmente Archimede è impegnata nell’avviamento di un nuovo stabilimento produttivo a Massa Martana, in Umbria, che avrà una capacità produttiva che a regime sarà pari a circa 20 volte quella attuale e che impiegherà 150-200 persone nei prossimi due anni. Questo nuovo stabilimento sarà quasi completamente automatizzato e sarà capace di fornire al mercato un numero di tubi pari a 250 MW all’anno. Di fianco allo stabilimento verrà realizzata una centrale dimostrativa costituita da un modulo di 600 metri di specchi e tubi, che avrà come primo scopo quello di favorire le attività di ricerca su nuovi componenti e nuovi materiali e che funzionerà chiaramente anche da dimostrativo della tecnologia.



Conclusioni
Nelle zone del pianeta con alta densità di potenza solare, l’utilizzo di questa fonte di energia consente di ottenere annualmente, per ogni metro quadrato di superficie, un’energia termica equivalente alla combustione di un barile di petrolio, evitando il rilascio in atmosfera di circa cinque quintali di anidride carbonica. Sarebbe quindi necessario ed economicamente vantaggioso utilizzare questa fonte inesauribile di energia per rispettare l’ambiente e contenere i costi dello sviluppo industriale mondiale. Grazie alle favorevoli condizioni di insolazione presenti nel Mezzogiorno, gli impianti solari a collettori parabolico- lineari possono assumere un ruolo non trascurabile nel futuro panorama energetico mondiale. Inoltre, la costruzione e la messa in esercizio di impianti in Italia, consentono la diffusione su ampia scala di questa tecnologia, come stimolo per la crescita della filiera italiana che sarà, così, capace di affrontare anche le sfide che le verranno dal mercato internazionale. La tecnologia del solare termodinamico ad alta temperatura è modulare e può soddisfare esigenze di realizzazione di grandi centrali solari autonome, di integrazione con le centrali termoelettriche attualmente in esercizio, ma anche di piccoli impianti autonomi con un minimo di 100 KW. Le attività di R&D di ENEA sono state condotte in stretta collaborazione con l’industria nazionale, che ha prontamente risposto, sviluppando con ENEA tecnologia, impianti e componenti innovativi, con un salto tecnologico che garantisce, almeno per ora, una supremazia indiscussa a livello mondiale di questa tecnologia totalmente italiana.