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.
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.
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.