Il progetto, guidato dal Fraunhofer ISE, ha l'obiettivo di migliorare la progettazione e le prestazioni di una centrale ibrida integrata CSP-FV sia a livello di componenti che di integrazione di sistemi
Testato un riscaldatore elettrico per sali fusi
(Rinnovabili.it) – È possibile sfruttare l’energia solare, fonte non programmabile per eccellenza, per ottenere una produzione energetica stabile, efficiente e sempre a disponibile? La risposta è sì e uno dei modi per farlo attraverso le centrali solari termodinamiche o CSP (Concentrated Solar Power). Sulla carta questi impianti possono generare elettricità pulita su richiesta sia di giorno che di notte, ma anche essere incorporati in siti industriali per fornire vapore ai cicli di produzione. Nella pratica, tuttavia, presentano ancora diversi problemi sia perché la tecnologia CSP è estremamente costosa, sia perché non è facile far mantenere la giusta temperatura al fluido termovettore. Una soluzione potrebbe arrivare dall’integrazione delle centrali solari a concentrazione con il fotovoltaico.
Su questa opzione sta lavorando il progetto tedesco HybridKraft, condotta dalle aziende John Cockerill, Frenell e BASF New Business, e l’istituto di ricerca Fraunhofer ISE. L’iniziativa, finanziata dal Ministero federale dell’economia e della protezione del clima, sta realizzando un riscaldatore elettrico che utilizza l’energia fotovoltaica in eccesso per mantenere i sali fusi a temperature ottimali.
Centrali solari termodinamiche, la sfida tecnologica
Le centrali solari termodinamiche, che siano impianti a torre centrale, a collettori parabolici lineari o a collettori lineari di Fresnel, seguono tutte uno schema di base. Sfruttano lenti e specchi per concentrare i raggi del sole su un ricevitore e scaldare ad elevate temperature il fluido termovettore che vi scorre dentro. Tale fluido (sali fusi, oli diatermici, vapore/acqua o CO2 supercritica) viene quindi accumulato o indirizzato verso il generatore di vapore a cui cede il calore. Il vapore prodotto a sua volta aziona un turboalternatore che produce elettricità.
Sulla resa di queste centrali influiscono diversi fattori, ma due in particolare hanno un peso preponderante: la temperatura raggiungibile nel ricevitore (più è alta, maggiore sarà la resa dell’impianto) e la riduzione delle perdite termiche convettive. Lato temperatura i migliori risultati attualmente si ottengono con sali fusi, elementi economici, non tossici e a limitato impatto ambientale. In base alla miscela utilizzata è possibile ottenere un aumento delle temperature operative di processo fino a 450-550°C. Il problema? Generalmente al di sotto di 270°C i sali fusi diventano troppo viscosi per scorrere nel circuito del CSP; sotto i 250°C, solidificano rendendo l’impianto inutilizzabile. La soluzione più diretta è individuare miscele con un punto di solidificazione molto più basso, migliorando ovviamente l’isolamento termico del sistema di stoccaggio. Ma in aggiunta si può anche prevedere sistemi che aumentino la temperatura di uscita del fluido.
Le centrali solari termiche-fotovoltaiche di HybridKraft
Il consorzio di HybridKraft sta lavorando per migliorare la progettazione e le prestazioni di una centrale ibrida integrata CSP e FV sia a livello di componenti che di integrazione di sistema. Nel dettaglio sta realizzando un riscaldatore elettrico adatto a potenze termiche da 50 a 100 MWth, che impieghi l’energia fotovoltaica in eccesso per riscaldare il sale fuso della centrale solare termodinamica. I tecnici della John Cockerill con il supporto degli scienziati del Fraunhofer ISE hanno già messo a punto un prototipo con una taglia da 1 MWth, che sarà ora testato in un nuovo impianto di prova dell’Istituto tedesco. Sulla base dei risultati e delle simulazioni, verrà quindi sviluppato un progetto di riscaldatore elettrico di grande capacità da studiare in combinazione con collettori Fresnel.
Di base i collettori termici Fresnel che impiegano sale fuso direttamente nel tubo assorbitore possono fornire calore fino a 545°Celsius. Ma con l’aiuto dell’energia fotovoltaica e del riscaldatore, la temperatura di uscita del fluido termovettore può essere ottimizzata. “Possiamo usarlo per aumentare la densità di stoccaggio del sale fuso e la temperatura di esercizio della turbina, e quindi l’efficienza del sistema“, spiega il project manager Shahab Rohani del Fraunhofer ISE. “Ma possiamo anche ridurre i costi di produzione del CSP ottimizzando le dimensioni del campo del collettore Fresnel in base all’apporto di calore dal riscaldatore elettrico”.
Tecnologia CSP, i costi
Nell’ultimo decennio, il costo dell’elettricità prodotta da CSP è sceso di oltre il 50% grazie a sistemi più efficienti e al più ampio utilizzo dell’accumulo di energia termica. Ma i valori rimangono alti. Secondo un recente studio il costo livellato dell’elettricità (LCOE) delle centrali solari termodinamiche a torre solare si aggira intorno a 0,14 $/kWh, quello degli impianti a collettori parabolici lineari a 0,17 U$/kWh, quelli a collettori di Fresnel su 0,14 $/kWh. Uno dei grandi obiettivi del settore è di raggiungere un LCOE di 0,05 $/kWh per gli impianti di carico di base con almeno 12 ore di accumulo di energia termica.
Una strada che sembrerebbe percorribili proprio grazie all’integrazione con il fotovoltaico. Un recente studio, ad opera del Fraunhofer Chile Research, ha calcolato che una centrale ibrida FV-CSP con accumulo di energia termica sarebbe in grado di replicare la flessibilità delle centrali elettriche a gas ad un LCOE di 0,053 $/kWh.
