Un impianto per la produzione di energia elettrica che sfrutta la tecnologia del Solare Termodinamico a Concentrazione può rappresentare una nuova opportunità di investimento dai ritorni stabili e al tempo stesso porre le basi per entrare in un nuovo mercato internazionale in forte espansione.

La concentrazione dei raggi del sole su un collettore che contiene un fluido convettore è una delle tecnologie più pulite per la produzione di energia elettrica. Il fluido convettore riscaldato dai raggi del Sole fino ad alte temperature (500-700 ° C) viene poi portato in uno scambiatore di calore dove viene prodotto vapore di acqua in alta pressione che può alimentare una turbina, esattamente come accade in una normale centrale termo-elettrica che sfrutta invece idrocarburi per scaldare acqua ed ottenere il vapore. Dopo la turbina si ha quindi una tecnologia del tutto convenzionale per la produzione di energia elettrica.

Questa tecnologia ha alcuni fondamentali vantaggi :

  1. sfrutta una fonte “inesauribile” di energia … il Sole (che farà il suo dovere per almeno 4 miliardi di anni), ovvero una fonte di energia rinnovabile;
  2. non produce anidride carbonica ed altri inquinanti (polveri sottili);
  3. con opportune scelte tecnologiche può produrre energia elettrica dal Sole in modo costante (24 ore su 24 ) senza interruzione, anche quando il Sole non è presente, cosa che non è possibile con il solare fotovoltaico.

il solare termodinamico a concentrazione è una tecnologia che nasce e si sviluppa in Italia e poi, purtroppo, viene sviluppata e portata a maturazione soprattutto in altri paesi (Stati Uniti e Spagna principalmente).

Nella seconda metà del Novecento, il solare termodinamico a concentrazione venne rivoluzionato da Giovanni Francia, scienziato, inventore e matematico torinese. Tra il 1960 e il 1965 arrivò infatti a dimostrare per la prima volta al mondo che è possibile produrre con il calore del Sole vapore ad alte pressioni e ad alte temperature (fino a 500°) in sistemi a concentrazione lineare di tipo Fresnel, vale a dire con campi di specchi piani. Gli studi di Francia portarono alla realizzazione dell’impianto Eurelios. Eurelios fu la prima grande centrale solare al mondo a concentrazione a torre e campo di specchi (tipo Fresnel), da 1 MWe ad essere collegata ad una rete elettrica nazionale. Questo impianto, realizzato dall’ENEL con la collaborazione della Comunità Economica Europea, venne poi  smantellato nel 1991.

In questi tre decenni la ricerca sul solare a concentrazione non si è mai arrestata, come testimoniano, a livello internazionale, gli impianti di Kramer Junction nel deserto del Mojave (California), in funzione dalla fine degli anni Ottanta, o la Plataforma Solar de Almeria in Spagna dove dal 1983 si sperimentò il solare a concentrazione a torre con campo a specchi piani.

Ritornando in Italia, la chiusura di Eurelios fece dimenticare pressoché il solare termodinamico e le ricerche compiute. È nell’anno 2000 che questa tecnologia venne riproposta con il lancio del progetto Archimede (centrale inaugurata nel luglio 2010 da Enel a Priolo Gargallo, Siracusa) da parte del premio Nobel Carlo Rubbia. Rubbia propose alla comunità scientifica l’utilizzo dei sali fusi come fluido termovettore nel ricevitore/caldaia di un impianto a concentrazione parabolico lineare, con lo scopo di rendere possibile l’immagazzinamento del calore solare e quindi dimostrare un più regolare funzionamento degli impianti. Nell’impianto di Archimede i sali riescono a raggiungere temperature comprese tra 260° e 550°.

Questi gli impianti realizzati e attivati negli ultimi anni :

  • 2004 realizzate le centrali Solar1 e Solar2 presso i laboratori Sandia Labs da 150MW
  • 2004 incremento incentivi al CSP del Governo spagnolo per la costruzione della prima centrale da 200MW
  • 2007 costruzione della centrale PS10 in Spagna e di NevadaSolar1 negli USA, rappresentando così l’inizio della fase di lancio commerciale del CSP
  • 2008 costruite le centrali Andasol1 in Spagna e Kimberlina negli USA
  • 2009 completato in Spagna la centrale Puerto Errado 1 con collettori Fresnel
  • 2010 inaugurato da Enel la prima centrale italiana a Sali fusi Archimede da 5MW a Priolo Gargallo, Siracusa
  • 2011 completato l’impianto Gemasolar di 19,9MW, in grado di produrre energia per 24 ore consecutive.

Oggi si confrontano sostanzialmente tre soluzioni tecnologiche :

  1. Concentrazione della luce solare con specchi piani su un collettore montato su una torre centrale
  2. Concentrazione della luce solare con specchi parabolici a sviluppo lineare che concentrano i raggi del sole nel collettore posto nel fuoco dello specchio parabolico
  3. Concentrazione della luce solare con specchi piani a sviluppo lineare che realizzano segmenti di una parabola (Specchi Fresnel) verso un collettore piazzato nel fuoco dello specchio parabolico composto dagli specchi piani.

Il sistema a torre, è formato da una serie di specchi piani (eliostati), grandi anche fino a 100 mq, che inseguono il Sole su due assi. Gli eliostati concentrano i raggi solari su un ricevitore fisso posto alla sommità di una torre. Questa tecnologia permette di raggiungere temperature superiori rispetto ai collettori parabolici e ai collettori Fresnel, e che dipende dal tipo di fluido usato per raccogliere il calore: solitamente gli intervalli di temperatura variano tra i 500 e i 600°C.

Due sono gli impianti in operazione realizzati a Siviglia da Abengoa: il PS10 da 11 MW e il PS20Tda 20 MW. Entrambi usano vapore saturo come fluido termovettore nel ricevitore.

Un altro impianto da 19,9 MW, sviluppato da Torresol, è in produzione dal 2011 nello stesso sito. In questo caso come fluido sono usati i sali fusi e la capacità di immagazzinamento dei Sali fusi è di circa 15 ore. Nel secondo anno di funzionamento l’impianto ha prodotto 110 GWh con 6450 ore di funzionamento (74% di operatività) evitando la produzione di anidride carbonica per oltre 30 000 tonnellate.

Il sistema a specchi parabolici a sviluppo lineare (Parabolic Troughs) è realizzato da lunghe file lineari di specchi di forma parabolica nel cui punto focale è posizionato un tubo ricevitore o collettore, solidale con la superficie riflettente. Questa, concentrando i raggi del Sole sul tubo ricevitore, scalda il fluido termovettore che scorre al suo interno, portandolo alle temperature desiderate in funzione del successivo utilizzo: dai 150°C per impieghi termici in processi industriali fino ad oltre 600°C per la produzione di energia elettrica.

Il sistema Parabolic Troughs è il più diffuso tra le tecnologie CSP attualmente produttive. Negli ultimi anni  sono stati realizzati nuovi impianti sia negli USA che in Europa: a fine 2010 erano in operazione 12 impianti (11 in Spagna e 1 in Sicilia) , per un totale di oltre 55 MW installati. In Algeria e Marocco due impianti da 50 MW abbinati a un ciclo combinato sono in fase di progettazione e altri 20 MW si stanno realizzando in Egitto. Anche il Medio Oriente, i paesi arabi e la Cina stanno guardando con interesse alla tecnologia.

I collettori Linear Fresnel possono essere visti come una semplificazione degli impianti lineari parabolici: la parabola è segmentata in diverse file di specchi molto più stretti e semipiani, posizionati in piano e movimentati in remoto partendo da angoli di posizionamento diversi per ogni fila.

Ad oggi esistono ancora pochi impianti Fresnel, e tutti di piccola taglia. Un importante sviluppatore di tale tecnologia è la tedesca Novatec Solar, con un impianto da 1,4 MW (Puerto Errado 1) in Spagna  a cui ha fatto seguito un impianto da 30 MW (Puerto Errado 2, 75 ettari occupati) entrato in produzione nel 2012.

 

Contributo a cura del dott. Antonio Dainelli, CEO di Finnova Capital, LLC