- scritto da Luca Facchini
- categoria Energie rinnovabili
Solare termodinamico: stato attuale della tecnologia della concentrazione solare
La tecnologia della concentrazione solare è nota con l’acronimo CSP (Concentrating Solar Power) e consente di convertire la radiazione solare in calore o energia termica mediante un concentratore costituito da superfici riflettenti di varia natura geometrica che focalizzano i raggi del Sole su un captatore/ricevitore contenente un fluido termoconvettore. In relazione alla geometria e alla disposizione del concentratore
si possono avere diversi sistemi di CSP:
–Collettori Parabolici lineari;
–Sistemi a Torre;
–Collettori lineari, cosiddetti Fresnel, come variante dei collettori parabolici lineari;
–Collettori a disco parabolico (Dish–Stirling).
LE TAPPE FONDAMENTALI
Le tappe fondamentali della tecnologia del solare termodinamico dal dopo guerra in poi sono per lo più circoscritte agli Stati Uniti. Dagli anni ‘90 il fenomeno coinvolgerà altri paesi del bacino del Mediterraneo, il Medio Oriente, l’Australia e in parte la Cina e la Germania.
Anni ’60 – ‘70
Iniziano le prime ricerche scientifiche per sviluppare la tecnologia CSP, soprattutto in Italia e negli Stati Uniti.
Anni ‘80
Nel 1984 entra in funzione la prima centrale commerciale a collettori parabolici (la SEGS I di 14 MW) negli USA.
Continuano le ricerche per identificare le tecnologie CSP alternative (Torre Solare, Disco Stirling e Fresnel).
Nel 1981 si realizza l’impianto a torre e specchi da 1 MW a Adrano in Sicilia.
Anni ‘90
Nel 1990 sono costruite negli Stati Uniti 8 centrali SEGS con una capacità totale di 354 MW.
Nel 1998, si predispone il primo programma riguardante la tecnologia del collettore solare in USA.
2000/2005
Nel 2004, presso Sandia Labs ( New Messico) sono realizzate le centrali Solar 1 e Solar 2 di 150 MW. Nello stesso anno, la legislazione spagnola incrementa gli incentivi da destinare alla costruzione della prima centrale CSP di 200MW.
Una conferenza sulle CSP tenutasi a Bonn a cura di Solar PACES contribuisce a una maggior sensibilizzazione su questo tema.
2006/2011
Nel 2007, la costruzione della centrale PS10 in Spagna e di NEVADASOLAR 1 negliUSA, rappresenta l’inizio della fase di lancio commerciale di questa tecnologia.
Nel 2008 sono realizzate Adansol–1 in Spagna e Kimberlina negli USA.
Nel 2009 viene fondata la Fondazione Desertec con l’intento di promuovere progetti globali per la produzione e la distribuzione di energia da fonti rinnovabili realizzata nelle aree desertiche del pianeta.
Nel 2009 la realizzazione di PS20, Sierra Sun Tower, e PE1 permette di raggiungere i 511 MW mondiali.
Nel 2010 in poine sono commissionate altre due centrali Abdasol–2 (PT, 50 MW) e Maricopa (DS, 5MW9).
Nel 2011 viene messaa pieno regime l’unica centrale Termodinamica d’Italia,quella da 20 MW di Priolo (SR).
IL CSP IN ITALIA
Nell’immediato dopoguerra, Daniele Gasperini, inventore e artigiano (1895–1960) e Ferruccio Grassi, ingegnere(1897–1980), fondarono, assieme ad altri imprenditori, una società, la SOMOR – Società Motori Recupero del calore solare e del calore perduto, con l’obiettivo di sviluppare, produrre e commercializzare una pompa solare per il sollevamento dell’acqua dai pozzi. Il motore solare concepito utilizzava un sistema a bassa temperatura, impiegando anidride solforosa; il prototipo fu presentato alla prima fiera mondiale dell’energia solare che si svolse a Phoenix nel 1955 in Arizona.
Le prime esperienze nel Solare Termodinamico italiano vero e proprio hanno inizio negli anni ’60 grazie al prof. Giovanni Francia, che, insieme ad altri, è considerato uno dei primi sperimentatori moderni del settore. Le sue iniziative erano volte a dimostrare le potenzialità della concentrazione della radiazione solare mediante i primi impianti “proof of the concept” a Torre Centrale e a collettori lineari di Fresnel, entrambi oggi diffusi a livello industriale.
Il suo contributo al solare termodinamico a livello internazionale iniziò nell’agosto 1961 a Roma alla conferenza delle Nazioni Unite sulle nuove fonti di energia. Le sue verifiche sperimentali condotte con un concentratore troncoconico con strutture a nido d’ape o celle antiraggianti avevano ottenuto temperature di circa 250 gradi centigradi,temperature inferiori ai 500 °C che aveva previsto sul piano teorico.
L’impianto successivo ideato da Giovanni Francia fu realizzato in Francia (Marsiglia) alcuni anni dopo con la collaborazione di Marcel Perrot. In quest’occasione utilizzò per la prima volta la tecnica degli specchi piani, semplificando notevolmente la struttura; era in grado di produrre 38 kg/h di vapore a 100 atmosfere e 450°C di temperatura d’esercizio con un’insolazione di 1.000 W/mq.
Successivamente nel 1965 venne realizzato a S. Ilario (Genova), un impianto sperimentale a tecnologia combinata, con ricevitore centrale a torre e specchi di Fresnel capace di produrre circa 21 kg/h di vapore a 500ºC, a 100 Atm con un’insolazione di 900 W/mq.
Il nome di Giovanni Francia però resta intimamente legato al primo grande impianto a concentrazione solare al mondo, realizzata in collaborazione tra l’ENEL e la Comunità Economica Europea con la tecnologia mista a torre e campo specchi (tipo Fresnel) collegata alla rete elettricanazionale.
La centrale denominata Eurelios aveva una potenza di 1 MWe e fu collocata ad Adrano,vicino Catania; fu inaugurata 1981 ma di lì a breve venne smantellata, per poi essere addirittura rapidamente dimenticata con la stessa velocità con cui venne smantellato anche l’altro impianto solare sperimentale italiano sorto in quegli anni: la piccolastazione solare “La Capanna”, presso il centro dell’ENEA della Casaccia (PG).
Con la chiusura di questi impianti, per quindici anni nel nostro paese ci si dimenticò del solare a concentrazione.
In Italia si tornò a parlare di solare a concentrazione con le intuizioni del premio Nobel Carlo Rubbia riguardanti l’impiego dei sali fusi ad alta temperatura come fluido termovettore e come mezzo d’accumulo dell’energia da utilizzare la notte. Con questa tecnologia è stato realizzato Archimede, il primo e unico impianto industriale italiano in questo settore attualmente in funzione, situato a Priolo Gargallo, in Sicilia e che affianca una centrale a gas esistente.
PROSPETTIVE FAVOREVOLI
I sistemi CSP, a differenza della Tecnologia del Fotovoltaico, consentono di produrre energia anche nei periodi di riduzione e/o di mancanza della radiazione solare, attraverso sistemi di accumulo o di combinazione con impianti a combustibile fossile. Inoltre sotto il punto di vista dell’efficienza, negli ultimi anni, sono stati fatti grandi passi in avanti; i fluidi termoconvettori dei captatori sono stati sostituiti da miscele di Sali che consentono di raggiungere altissime temperature di esercizio (550°C) con la riduzione dei rischi legati all’uso dei fluidi termoconvettori (oli infiammabili) in chiave di sicurezza.
Inoltre il CSP resta più economico del fotovoltaico, avendo oggi un costo di 0,14 euro/kWh, che potrà scendere nei prossimi anni a 0,10 euro/kWh contro il costo del fotovoltaico che è intorno a 0,18 euro/kWh.
Il CSP possiede il valore aggiunto dell’accumulo energetico già integrato nella tecnologia e la possibilità di usare il calore di scarto su vasta scala anche per fini industriali. Infatti, se guardiamo al mercato mondiale, le previsioni per il CSP sono esaltanti: la sola Arabia Saudita conta di costruire entro il 2032, 25 GW di impianti che utilizzano questa tecnologia, contro 16 GW di fotovoltaico e 10 GW di eolico e la prima centrale saudita CSP da 150 MW ha già visto la posa della prima pietra. L’azienda leader in Italia è in procinto di firmare un contratto per 32.000 tubi ricevitori con un consorzio di imprese cinese per una centrale da 50 MW a sali fusi in Tibet che costituirà il primo tassello di un impianto gigantesco, da 15 GW, con un’estensione di 2.000 kmq a oltre 3.000 metri di altitudine, dove le condizioni di irraggiamento e temperatura sono ideali.
In Italia il progetto “Archetype” dell’Enea,un impianto da 30 KWe nei pressi di Catania si pone comeobbiettivo quello di garantire la funzionalità dell’impianto anche in qualsiasi condizione meteorologica e in ogni momento della giornata. In collaborazione con l’ENEL, per la prima volta al mondo sarà possibile integrare l’impianto CSP con un altro a ciclo combinato a Gas/Biomasse, con un rendimento del 16%. Si tratta di efficienze ancora non concorrenziali con i combustibili fossili, ma i margini di miglioramento sono elevati. Dello stesso tipo combinato saranno gli impianti realizzati in Sardegna e nel complessivo piano energetico è previsto di dotare l’Italia, entro il 2016, di circa 700 MWe da CSP.
Si pensi che si prevede nel lungo periodo, a livello planetario, il passaggio da una produzione poco superiore a 1 GWe e una frazione sulla produzione mondiale del 1,3% del 2012 ad una produzione di1.089 GWe nel 2050 con un incidenza sulla produzione mondiale del 11,3%.
La cosa più interessante è rappresentata dal fatto che le prospettive di miglioramento e di sviluppo per le tecnologie del solare termodinamico in termini di efficienza, sostenibilità economica e ambientale sono più che significative, soprattutto in relazione alla produzione di massa dei collettori a disco parabolico.
Al momento attuale il raffronto con i costi di produzione di 1kW/h da combustibile fossile risulta maggiore di 6–8 volte. Ancora, è evidente, non ci siamo ma le prospettive di maggior competitività saranno rese possibili da una serie di condizioni favorevoli, quali gli effetti combinati della produzione su scala più ampia, dalla scarsità e dai prezzi più elevati dei combustibili fossili, dal moltiplicarsi dei fornitori e dei miglioramenti tecnologici, dallo sviluppo e dall’avvio delle nuove installazioni CSP nel Nord Africa, Australia e Cina a sostegno del progetto DESERTEC.
PRO E CONTRO DEL SOLARE TERMODINAMICO
–Dal punto di vista dei costi di produzione, la discesa dei prezzi dell’energia prodotta da CSP sarà lenta perché usa componenti già molto maturi, come le turbine a vapore;
–I costi di realizzazione degli impianti sono di difficile determinazione; comunque nel Termodinamico i costi in relazione alla potenza installata segue un andamento favorevole, con una tendenza a scendere in maniera asintotica;
–Seppure il solare termodinamico rappresenti un’energia rinnovabile di grandi potenzialità – secondo Rubbia un quadrato di specchi di 40 mila Km² potrebbe sostituire l’intero approvvigionamento mondiale di energia derivata dal petrolio –gli svantaggi di questa tipologia di impianti sarebbe insita proprio nelle grandi dimensioni e, di conseguenza, nei vasti spazi necessari per la loro realizzazione, che li renderebbe particolarmente vulnerabili agli attacchi terroristici;
–Nonostante la tecnologia CSP necessiti di terreni piani, è possibile la coltivazione negli spazi residuali tra gli specchi;
–A parte la tecnologia dei collettori a disco parabolico, gli impianti CSP non garantiscono una diffusa e puntuale produzione di energia sul territorio. Anzi favoriscono la nascita di grandi centrali con potenziali rischi di gestione e di concentrazione di potere;
–Di fatto il sistema CSP (esclusa la tecnologia Dish Stirling) non prevede la possibilità di poter utilizzare il termodinamico su scala globale dato che solo alcune zone del pianeta sarebbero utilizzabili: le zone aride, secche e desertiche dove l’insolazione minima per garantire il funzionamento è superiore a 1.800 kWh/mq annui. Sono allo studio, con buone prospettive di riuscita,interessanti sviluppi usando collettori piani con lente di Fresnel e fluidi a basso punto di ebollizione in grado di produrre – certo, con rendimenti molto più bassi e in modalità combinata – energia anche in zone meno soleggiate.
Una cooperazione quindi tra fotovoltaico distribuito, termodinamico centralizzato e/o combinato, eolico, termico e idroelettrico diffuso e centrali a biomasse controllate, combinato con un programma serio di riduzione dei consumi energetici, potrà determinare l’uscita di scena del fossile nella produzione di energia elettrica; ben venga in quest’ottica il solare termodinamico.
Fonti | IEA (International Energy Agency), Solar Paces, Legambiente.
