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CSP - Energia Solare a Concentrazione

Abbiamo migliorato le prestazioni degli impianti solari a concentrazione per renderli più efficienti, economici e versatili.

La tecnologia

Il solare a concentrazione è una tecnologia antica e innovativa allo stesso tempo che noi abbiamo migliorato per renderla ancora più efficace. Il principio di funzionamento è semplice: uno specchio a parabola concentra i raggi del Sole in un unico punto detto “fuoco” generando una temperatura di circa 550 °C. Nello stesso punto passa un tubo - detto tubo ricevitore -  in cui scorre un fluido in grado di immagazzinare calore che, grazie a uno scambiatore, viene poi utilizzato per generare vapore industriale o per far girare una turbina e produrre energia elettrica. Il fatto di utilizzare un fluido termovettore con composizione ottimizzata fa sì che si possa mantenere in funzione l’impianto anche di notte, riutilizzando il calore assorbito durante il giorno. Questo tipo di impianti è utilizzato dagli anni Settanta e il principio dello specchio parabolico è conosciuto fin dall’antichità: si racconta che Archimede ne avesse ricavato un’arma per incendiare le navi nemiche. Nel nostro Centro Ricerche per le Energie Rinnovabili e l'Ambiente di Novara, in collaborazione con il Politecnico di Milano e il MIT di Boston, abbiamo portato questa tecnologia a un livello superiore di efficienza, rendendola più facile da produrre, utilizzare e installare.

Il contesto

Fra le rinnovabili, il solare è una delle fonti maggiormente utilizzate: sia come fotovoltaico che come termico. Il limite di questo tipo di fonte energetica, però, è la sua intermittenza e variabilità perché, per definizione, il Sole splende solo di giorno e con intensità che dipendono dalle condizioni meteo. Anche il solare a concentrazione ha queste limitazioni perché il fluido al suo interno, normalmente un sale fuso, ha bisogno di temperature elevate per poter scorrere nel circuito: circa 270 °C. Al di sotto, diventa troppo viscoso per poter essere pompato nei tubi. Se poi la temperatura scende sotto i 250 °C, i sali si solidificano trasformandosi in blocchi di ceramica e l’impianto è da buttare. Per questo, di notte o col brutto tempo, gli impianti a concentrazione solare non solo non producono energia, ma addirittura la consumano perché bisogna mantenere caldi i fluidi termovettori. Il nostro obiettivo era ampliare i contesti e il periodo di utilizzo degli impianti in modo da renderli vantaggiosi e poterli integrare, per esempio, nelle nostre attività industriali. Ci siamo riusciti introducendo alcune importanti migliorie ingegneristiche.

La sfida tecnica

Per rendere più interessante dal punto di vista industriale il solare a concentrazione dovevamo renderlo più efficiente, economico e versatile. Abbiamo affrontato questo compito intervenendo su quattro elementi del sistema: lo specchio, il rivestimento del tubo del circuito, il fluido termovettore e il design complessivo. Per la superficie riflettente abbiamo scelto una speciale pellicola in PET e argento molto più economica degli specchi tradizionali in vetro. Il tubo del circuito in cui scorre il fluido, invece, lo abbiamo realizzato in multistrati di acciaio e ceramica con proprietà termiche ottimizzate: assorbanza del 95% ed emissività del 7% a 550 °C .  Per il fluido termovettore, inoltre, abbiamo puntato su una miscela di sali fusi che solidifica a circa 100-150 °C, una temperatura limite molto inferiore rispetto a quella a cui solidificano i fluidi utilizzati ora e cioè circa 250 °C. Nel design complessivo, infine, abbiamo adottato le soluzioni più semplici possibili in modo da poter commissionare realizzazione e assemblaggio degli impianti a maestranze locali dei Paesi in cui operiamo, anche lontano dai grandi complessi produttivi. Nel loro insieme, queste migliorie hanno dimezzato il costo dell’intero impianto e ridotto di quattro volte quello degli specchi.

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Solare termodinamico a concentrazione - La ricerca Eni | Eni Video Channel

Integrazione industriale

Essendo più economici, efficienti e versatili dei sistemi standard, i nostri impianti CSP si prestano a molti tipi di utilizzo. In particolare possono essere integrati nei siti produttivi upstream, downstream e chimici per fornire vapore industriale per i cicli di lavorazione o per far funzionare centrali termoelettriche a minor impatto ambientale. Il primo impianto sperimentale lo stiamo sviluppando a Gela. Nel settore upstream, in particolare, si può utilizzare il calore emanato dal fluido termovettore per migliorare il recupero degli idrocarburi. Ma il sistema può essere molto utile anche in altri settori, come ad esempio il riscaldamento e la fornitura elettrica a edifici civili, con o senza unità di storage termico.

L’impatto sull’ambiente

Le tecnologie che sfruttano le fonti rinnovabili sono parte integrante nel percorso di decarbonizzazione e, fra esse, trova posto anche il Solare a Concentrazione (CSP), insieme ai Concentratori Solari Luminescenti (LSC) e al Fotovoltaico Organico (OPV). Il vantaggio della nostra tecnologia CSP sono la sua economicità, semplicità e versatilità, caratteristiche che la rendono applicabile in modo facile e capillare anche in distretti lontani da infrastrutture logistiche, come sono molte realtà in cui operiamo. In questi contesti il solare a concentrazione potrebbe contribuire positivamente alla vita delle comunità sia producendo energia a basso impatto carbonico, termica o elettrica, sia sostenendo l’economia e l’occupazione locale, dal momento che potrebbe essere sviluppato direttamente nel sito.

Civiltà solare

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