Marginal Column

Moderne macchine a vapore

L’energia eliotermica costituisce una strada promettente nell’ambito della produzione di energia elettrica. Eppure come funzionano le diverse tecnologie?

 

La nostra maggiore fonte di energia rinnovabile è il sole. Nelle zone soleggiate, le centrali eliotermiche sono attualmente uno dei metodi più efficaci per produrre corrente elettrica. Aree altrimenti inutilizzate, come nelle regioni desertiche, offrono spazi per impianti di grandi dimensioni e, quindi, particolarmente potenti. A differenza degli impianti fotovoltaici, nelle centrali eliotermiche è possibile accumulare energia termica in modo relativamente semplice, ad esempio nei sali fusi. In questo modo è possibile produrre corrente elettrica secondo necessità anche durante la notte e in caso di nuvolosità. La sfida è tuttavia rappresentata dalla scarsa disponibilità di acqua, necessaria per la pulizia delle superfici riflettenti e per il funzionamento della turbina a vapore.

Per quanto riguarda il raffreddamento viene pertanto utilizzata frequentemente la tecnica del raffreddamento a secco, caratterizzata da un’efficienza leggermente inferiore. Il principio di funzionamento delle tecnologie eliotermiche è antichissimo e genialmente semplice: un riflettore concentra i raggi solari incidenti in un punto o linea predefiniti, per riscaldare in tal modo un termovettore (olio diatermico, sale fuso, aria o acqua). Eppure nell’allestimento tecnico di questo principio le tecnologie si differenziano considerevolmente e ciò si ripercuote sul campo di applicazione, sulla potenza e sul rendimento.

Concentratori parabolici


 

Funzionamento:

Collettori di lunghezza chilometrica, costituiti da singoli specchi ricurvi, riflettono la radiazione solare incidente verso un tubo assorbitore che corre lungo la linea focale. All’interno di questo tubo, di regola, scorre un olio diatermico che si surriscalda ad una temperatura di circa 400 °C. Mediante appositi scambiatori di calore viene generato il vapore acqueo che, come accade nelle centrali elettriche convenzionali, aziona una turbina. Questa, a sua volta, mette in moto un generatore.

Vantaggi:

La tecnologia di spicco viene impiegata con successo da 20 anni. Le esperienze accumulate negli anni aumentano l’affidabilità. Il costante sviluppo e, quindi, i costi di investimento costantemente in calo garantiscono un elevato grado di maturità e diffusione. Con l’impiego di altri termovettori è possibile raggiungere temperature di processo più elevate (sale fuso fino a 550°C o vaporizzazione diretta fino a 500°C) e ottenere, di conseguenza, migliori rendimenti.

Svantaggi:

Necessità di una superficie di fondo piana per l’installazione dello specchio parabolico. Necessità di olio diatermico come nell’utilizzo di scambiatori di calore a sale fuso. Il tubo assorbitore deve spostarsi simultaneamente, e ciò richiede snodi supplementari e aumenta il numero di componenti soggetti ad usura.

Rendimento:

16% nella media annual

Solar power towers


 

Funzionamento:

Singoli specchi, detti eliostati, concentrano i raggi solari su di un punto stabilito in una torre centrale, il cosiddetto ricevitore. Qui possono essere raggiunte temperature fino a 1300°C. Nel funzionamento normale si lavora con circa 500-600°C, in funzione del termovettore utilizzato (aria, sale fuso o acqua). Per mezzo di appositi scambiatori di calore l’energia viene convertita in vapore acqueo e trasformata in corrente in centrali elettriche convenzionali. Questa tecnologia sta vivendo attualmente una fase di notevole sviluppo. Al posto del ricevitore termico è possibile impiegare anche una fotocellula ad alto rendimento, in grado di convertire direttamente la luce solare concentrata in corrente elettrica.

Vantaggi:

In considerazione del fatto che ogni eliostato è indipendente, non è necessario che il luogo di installazione dell’impianto sia in piano. L’irradiazione solare dall’intero campo dell’eliostato viene concentrata in un unico punto, pertanto è possibile raggiungere una temperatura più elevata ed un migliore rendimento.

Svantaggi:

La tecnologia non è ancora completamente perfezionata. In particolare per quanto concerne il materiale del ricevitore, che in casi estremi è esposto a temperature elevatissime, non è ancora stata individuata una soluzione ideale.

Rendimento:

Fino al 20% nella media annual

Collettori Linear Fresnel


 

Funzionamento:

Analogamente ai concentratori parabolici, anche in questo caso specchi di forma snella e allungata riflettono i raggi solari su di un tubo assorbitore fisso, installato su una linea focale. Viene meno la necessità di elementi soggetti ad usura come gli snodi per il tubo.

Vantaggi:

Tutti gli specchi sono caratterizzati dalla stessa curvatura e sono pertanto più economici da produrre. Oltre a questo, gli specchi vengono installati a circa due metri sopra il suolo e risultano così meno esposti all’azione del vento.

Svantaggi:

Necessità di una superficie di fondo piana. Minore efficienza a causa di una minore temperatura di lavoro; tuttavia si registrano sviluppi positivi, grazie ai quali sarà possibile raggiungere temperature più elevate e, quindi, rendimenti più elevati. Utilizzo di termovettori (vedere concentratore parabolico). Esperienze nel settore ancora insufficienti.

Rendimento:

Solo 13% nella media annuale

Impianti disco-parabole


 

Funzionamento:

Si tratta di un impianto fine a sé stesso: un singolo specchio con curvatura parabolica concentra la radiazione solare in un punto. Qui l’energia viene trasformata per mezzo di una fotocellula oppure di un motore Stirling.

Vantaggi:

L’impianto singolo può essere installato in modo flessibile, senza particolare esigenze per quanto concerne la superficie di fondo. È adatto per progetti di piccola entità, ad esempio per l’utilizzo in ambito comunale. L’impiego di un motore Stirling o di una fotocellula non richiede acqua per il raffreddamento. Questa concezione consente di raggiungere temperature fino a 750°C e rendimenti elevati.

Svantaggi:

Questa tecnologia al momento si trova ancora ad un stadio sperimentale, pertanto i costi di produzione sono elevati e mancano le esperienze di lunga data nel settore. Esiste solamente un numero molto limitato di produttori in grado di realizzare motori Stirling affidabili. Difficoltà nell’accumulazione di energia sotto forma di calore.

Rendimento:

Fino al 25% nella media annual