Un impianto solare termodinamico è un impianto che sfrutta la radiazione solare concentrata attraverso un sistema di specchi per produrre vapore ad alta temperatura.
A differenza degli impianti solari con tecnologia fotovoltaica, l'energia del Sole può essere accumulata sotto forma di calore durante la giornata e utilizzata per produrre energia elettrica attraverso turbine a vapore anche al di fuori delle ore di massima insolazione.
Gli specchi concentrano l'energia solare in una tubazione attraversata da un fluido ad elevata capacità termica, in grado di raggiungere temperature di esercizio dai 400°C ai 550°C. Il fluido vettore riscaldato viene raccolto in vasche di accumulo, da dove viene prelevato gradualmente per riscaldare acqua fino a trasformarla in vapore. Il vapore ad alta temperatura e pressione viene quindi turbinato, producendo energia elettrica ceduta alla rete. Il fluido vettore prelevato e ridotto in temperatura fino a 250°C entra infine nuovamente in circolo per essere riscaldato dalla radiazione solare.
Aumentando l'estensione del sistema di collettori solari e specchi si aumenta l'energia termica accumulata e quindi le ore di funzionamento del sistema. Al fine di estendere il funzionamento dell'impianto anche alle ore notturne è possibile installare un bruciatore alimentato da biomasse, biogas o eventualmente da fonti convenzionali, capace di innalzare la temperatura del fluido vettore presente nelle vasche di raccolta. Il sistema permette inoltre di produrre energia termica sfruttabile per uso industriale o per teleriscaldamento.
Per la realizzazione di impianti solari termodinamici, o Concentrating Solar Power (CSP), possono essere utilizzate diverse tipologie di specchi quali torri solari, dischi parabolici, parabolici lineari o specchi di Fresnel. Inoltre, il fluido vettore può essere molteplice, come olio diatermico, sali fusi o acqua.
Il gruppo Future Energy identifica per ogni singola opportunità la tecnologia più efficiente, anche in funzione delle condizioni del sito di installazione ed a seguito di valutazioni meteo-climatiche di radiazione solare, con l'applicazione di modelli di simulazione numerica al fine di dimensionare tutti i componenti di impianto. Viene inoltre studiata l'applicazione di tutte le apparecchiature ausiliarie per il corretto funzionamento del sistema, per il telecontrollo e per la gestione nel ciclo di vita dell'impianto in ambito Operation & Maintenance e Asset Management.
Nata negli Stati Uniti tra il 1980 e il 1990, la tecnologia ha visto le prime applicazioni in Europa a partire dal 2000 in Spagna con tecnologia ad olio diatermico ed in Italia con tecnologia a sali fusi. La tecnologia sta avendo un rapido incremento negli ultimi anni e come il rapporto di ENEA stima raggiungerà il 5% della potenza installata a livello mondiale entro il 2030 e il 10% entro il 2050. (Quaderno Solare Termodinamico ENEA)
UNA TECNOLOGIA MADE IN ITALY: CSP A SALI FUSI
Il gruppo Future Energy propone, progetta ed installa, ove possibile, la tecnologia a sali fusi. Si tratta di una tecnologia "Made in Italy", che utilizza una miscela di nitrati si sodio e di potassio come fluido vettore, con temperatura di esercizio tra i 290°C e i 550°C.
La tecnologia a sali fusi è applicabile sia in presenza di specchi parabolici lineari che lenti di Fresnel e permette grazie alla capacità termica elevata di ridurre le dimensioni dell'impianto. La miscela di sali fusi, oltre alla elevata capacità termica e densità, permette di operare in condizioni di maggiore sicurezza essendo non infiammabile e non tossica e lavorando con pressioni inferiori. Inoltre è un composto non inquinante, garantendo un più semplice smaltimento alla fine del ciclo di vita all'interno dell'impianto.
La tecnologia a sali fusi con specchi parabolici lineari è operativa dal 2010, con l'inaugurazione dell'impianto denominato "Archimede", di potenza 5MW a Priolo Gargallo in provincia di Siracusa gestito da ENEA.
CASE STUDY: CSP A SALI FUSI IN CENTRO ITALIA
Nell'ambito dello sfruttamento per la produzione di energia termica ed elettrica su un appezzamento di circa 30 ettari in centro Italia, il gruppo Future Energy ha identificato nella soluzione solare termodinamico a sali fusi con collettori parabolici lineari quella più efficiente e meno impattante predisponendo progetto per la realizzazione dell'impianto.
Nel caso specifico la tecnologia del solare termodinamico a sali fusi permette lo sfruttamento del sito di installazione, caratterizzato da una radiazione globale di 1625 kWh/m2 e una radiazione diretta pari a 1850 kWh/m2. L'impianto CSP a sali fusi, che prevede un moltiplicatore solare pari a 2,5 e vedrà installati oltre 20km di collettori solari con una potenza termica captata superiore a 40MW. L'impianto sarà in grado di generare una potenza elettrica di circa 6MW con una produzione media annua di circa 20.300.000 kWh pari al consumo di circa 7.000 famiglie, garantendo un risparmio di CO2 pari a 13.000 tonnellate annue. Il sistema permette inoltre di cedere l'energia termica in uscita dalle turbine per scopi industriali o di teleriscaldamento.