Center for Advanced Studies, Research and Development in Sardinia Il CSP in Sardegna il Progetto 'ESTATE LAB'

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1 Center for Advanced Studies, Research and Development in Sardinia il Progetto 'ESTATE LAB'

2 Indice degli argomenti La nascita del Progetto ESTATE LAB I Partner e la Sede del Progetto ESTATE LAB Gli obiettivi del Progetto Lo schema di impianto del dimostratore Le caratteristiche e le prestazioni del dimostratore Le nuove strutture di supporto degli specchi I nuovi tubi di raccolta della radiazione solare Il nuovo sistema di stoccaggio termico a elementi solidi Iniziative collaterali 10. Le collaborazioni in atto

3 La nascita del Progetto ESTATE LAB Scelta strategica RAS Laboratorio pubblico-privato per lo sviluppo di tecnologie per l energia solare termica ad alta temperatura Legge 297/99 Art. 12 Ricerca MIUR Laboratorio per la produzione di Energia Solare Termica ad Alta TEmperatura da concentratori solari lineari Team di esperti Crs4 Presidente Crs4: Prof. C. Rubbia

4 I Partner e la Sede del Progetto ESTATE LAB

5 Gli obiettivi del Progetto Obiettivo tecnico primario - Il problema Dimostrazione della fattibilità della produzione efficiente, pulita e competitiva, di energia elettrica a partire dalla fonte energetica solare, e attraverso la gestione termodinamica ad alta temperatura (T=550 C), della radiazione solare raccolta, concentrata e immagazzinata. Obiettivi tecnici immediati - Le soluzioni Obiettivi generali - I prodotti Analisi per l utilizzo di gas sotto pressione come fluidi termovettore Sviluppo di nuovi tubi di raccolta della radiazione solare concentrata Sviluppo di nuove strutture di supporto degli specchi parabolici lineari Sviluppo di un sistema di stoccaggio basato su materiali solidi refrattari a basso costo Sviluppo di scambiatori termici per l accoppiamento con il power block Sviluppo di schemi di gestione dei flussi termici Creazione di un laboratorio di R&SD sulle tecnologie solari termodinamiche Attrazione di progetti di R&S grazie alla realizzazione di technical facilities Attrazione di progetti di sviluppo tecnologico e industriale grazie alla generazione della conoscenza

6 Lo schema di impianto del dimostratore

7 Le caratteristiche del dimostratore Principali parametri del sistema dimostrativo Gas termovettore Elio Portata totale del gas 0,37 kg/s Temperatura gas termovettore (max) 550 o C Temperatura gas termovettore (min) 150 o C Pressione del gas termovettore (max) 30 atm Numero linee di specchi solari parabolici 2 Lunghezza linee specchi solari parabolici 100 m Tipo di accumulo termico gas-solido Calore accumulabile nel sistema di accumulo termico (max) 7,2 MWh Tipo di scambiatore di calore gas-vapore Parametri contenitori di accumulo termico Numero moduli cilindrici accumulo termico 2 - Diametro modulo cilindrico 2 m Altezza modulo cilindrico 4 m Mass flow rate gas per moduo cilindrico 0,19 kg/s Calore accumulabile per modulo 3,6 MWh Peso totale elementi di accumulo per modulo cilindrico 37 ton Materiale solido di accumulo termico (mattone refrattario in sferette) Diametro della particella solida 1 mm Frazione di vuoto 0,3 Densita' 4150 kg/m3 Capacita' termica, Cp 889 J/(kgK) Conducibilita' termica 1,65 W/(Km)

8 Le prestazioni del dimostratore - I Parametri del sistema Pressione del circuito alla mandata del compressore atm Gas termovettore Elio Elio Elio Campo solare Numero di linee Trough Lunghezza della linea m Apertura della parabola 5,75 5,75 5,75 m Lunghezza totale delle linee m Superficie totale del campo solare (Amir) m2 Irraggiamento solare nominale massimo (Qtot) W/m2 Potenza solare incidente sul campo (Qsun) kw Potenza solare incidente sul tubo assorbitore (Qmir) kw Temperatura alla aspirazione del compressore C Temperatura di uscita dal campo solare C Guadagno di temperatura nel campo solare C Potenza solare trasmessa al fluido termovettore (Qa) kw Potenza dissipata kw Efficienza degli specchi (Eta_mir=Qmir/Qsun) 79,0 79,0 79,0 % Efficienza del tubo assorbitore (Eta_t=Qa/Qmir) 93,4 93,5 93,4 % Efficienza totale stimata (Eta_h=Qa/Qsun) 73,8 73,8 73,8 % Piping Temperatura ambiente (Tenv) C Diametro del piping (caldo e freddo) cm Spessore dell'isolamento termico (caldo e freddo) cm Lunghezza della porzione calda del piping (Lpipe,h) m Lunghezza della porzione fredda del piping (Lpipe,c) m Calore perduto nel piping (Qpipe) kw Temperatura all'ingresso del modulo di accumulo o dello scambiatore di calore 539,5 539,5 539,5 C Potenza termica netta, all'accumulo o allo scambiatore (Qs=Qa- Qpipe) kw Efficienza dell'isolamento (EtaQpipe=Qs/Qa) 95,4 95,4 95,4 %

9 Le prestazioni del dimostratore - II Pumping Pressione alla mandata del compressore atm Portata massica del gas 0,37 0,37 0,37 kg/s Diametro esterno del tubo assorbitore (ENEA) cm Diametro del piping (caldo e freddo) cm Perdita di pressione in una linea di tubo assorbitore 0,40 0,20 0,13 atm Perdita di pressione nel piping 0,06 0,03 0,02 atm Perdita di pressione complessiva nel campo solare 0,45 0,22 0,15 atm Perdita di pressione nel serbatoio di accumulo 0,13 0,07 0,04 atm Perdita di pressione nello scambiatore (sezione surriscaldatore) 1,10E- 04 5,50E- 05 3,70E- 05 atm Perdita di pressione nello scambiatore (sezione evaporatore) 4,70E- 05 2,03E- 04 1,55E- 05 atm Perdita di pressione totale del gas nello scambiatore 1,57E- 04 2,58E- 04 5,25E- 05 atm Efficienza del compressore (EtaC) % Pressione nominale del vapore (impianto Syndial) atm Portata massica del vapore 1,14 1,14 1,14 kg/s Portata massica dell'acqua 6,80 6,80 6,80 kg/s Temperatura del vapore all'ingresso del surriscaldatore C Temperatura del vapore all'uscita del surriscaldatore C Temperatura dell'acqua all'ingresso dell'evaporatore C Temperatura dell'acqua all'uscita dell'evaporatore C Perdita di pressione del vapore nell'impianto Syndial 1,13 1,13 1,13 atm Rendimento complessivo dell'impianto Syndial % Potenza di pompaggio ideale per il campo solare 28,45 6,96 3,04 kw Potenza di pompaggio ideale per l'accumulo termico 5,28 2,28 0,44 kw Potenza di pompaggio ideale per gli scambiatori (gas + vapore) 1,49 1,49 1,49 kw Potenza di pompaggio per il campo solare kw Potenza di pompaggio per l'accumulo termico kw Potenza di pompaggio per gli scambiatori (gas +vapore) 1,737 1,734 1,732 kw Potenza termica equivalente per il pompaggio nel campo solare 103,4 25,3 11,1 kw Potenza termica equivalente per il pompaggio nell'accumulatore 19,2 8,3 1,6 kw Potenza termica equivalente per il pompaggio nello scambiatore 5,43 5,42 5,41 kw

10 Le prestazioni del dimostratore - III Circuito 1: dal campo solare all'accumulatore (circuito di carica) Pressione alla mandata del compressore atm Portata massica del gas 0,37 0,37 0,37 kg/s Potenza solare sul campo kw Perdite del tubo assorbitore kw Calore perduto dal piping kw Calore equivalente per il pompaggio kw Potenza all'accumulatore kw Efficienza termica 58,6 67,2 69,2 % Rendimento complessivo dell'impianto Syndial % Efficienza globale 18,8 21,5 22,1 % Circuito 2: dall'accumulatore allo scambiatore (circuito di scarico) Pressione alla mandata del compressore atm Portata massica del gas 0,37 0,37 0,37 kg/s Potenza solare sul campo kw Potenza all'accumulatore kw Potenza per il pompaggio kw Efficienza dell'accumulo (stimata per un singolo ciclo di carica e scarica) 82,0 82,0 82,0 % Potenza allo scambiatore 472,7 556,6 580,4 kw Efficienza termica 45,7 53,8 56,1 % Rendimento complessivo dell'impianto Syndial % Efficienza globale 14,6 17,2 17,9 % Circuito 3: dal campo solare allo scambiatore (circuito di potenza) Pressione alla mandata del compressore atm Portata massica del gas 0,37 0,37 0,37 kg/s Potenza solare sul campo kw Perdite del tubo assorbitore kw Calore perduto dal piping kw Calore equivalente per il pompaggio kw Potenza allo scambiatore di calore kw Efficienza termica 59,9 67,5 68,8 % Rendimento complessivo dell'impianto Syndial % Efficienza globale 19,2 21,6 22,0 %

11 Il rendering del dimostratore

12 Le nuove strutture di supporto degli specchi I Nei disegni tradizionali, la superficie riflettente è supportata da strutture di acciaio. La superficie riflettente è soggetta a rotazioni a causa dei venti. Il processo di montaggio, di focalizzazione e di registrazione del campo solare è lungo e laborioso.

13 Le nuove strutture di supporto degli specchi II Si propone un nuovo disegno in cui la superficie riflettente è incollata ad una struttura inscatolata composta di lamine di alluminio (o di plastica rinforzata), simile a quello che è fatto per le ali degli aerei. Dai calcoli strutturali si è ottenuta un alta rigidità.

14 I nuovi tubi di raccolta della radiazione solare I Il miglioramento degli scambi termici tra il tubo di raccolta e il fluido termovettore è ottenuto Aumentando la rugosità della superficie interna del tubo. Inserendo una struttura elicoidale interna. Da estese analisi numeriche, il tubo che si propone è caratterizzato da Una rugosità superficiale interna di 0.25 mm. Una struttura elicoidale di 2.03 m di lunghezza.

15 I nuovi tubi di raccolta della radiazione solare II I tubi standard, sottoposti a cicli termici di riscaldamento/raffreddamento, si deformano plasticamente e non tornano alla loro posizione iniziale. Il tubo proposto, sottoposto agli stessi cicli, ritorna alla sua posizione iniziale poiché la sua deformazione è sempre nell intervallo di elasticità.

16 Il nuovo sistema di stoccaggio termico a elementi solidi Evoluzione del termoclino, ed efficienza del sistema di stoccaggio termico gas-solido per un ciclo singolo di riempimento e di svuotamento.

17 Il costo del Progetto Il Progetto di Ricerca Voce di costo Eleggibile Eleggibile Eleggibile Non Extra Totale lett a) lett c) Ob. 2, 5B eleggibile U.E. Personale 2102, ,180 Spese generali 1261, ,302 Attrezzature 7865, ,250 Consulenze 492,50 72,30 564,800 Prestazioni di terzi 458,00 60,00 445,90 963,900 Beni immateriali 476,20 476,200 Materiali 345,00 345,000 Recuperi (da detrarre) -3900, ,000 Totale 9100,43 60,00 518,20 0, ,632 Il Progetto di Formazione Voci di costo El.lett.A El.lett.C Non el. TOTALE Costo del personale docente Spese di trasferta del personale docente e dei destinatari della formazione Altre spese correnti Strumenti e attrezzature Costi dei servizi di consulenza SUBTOTALE Costo del personale per i partecipanti alla formazione TOTALE

18 Iniziative collaterali ELIOSLAB Decreto Direttoriale 14/03/0 prot. N. 602/Ric/ MIUR Coordinatore: ENEA Sviluppo di sistemi di accumulo termico ad alta temperatura, T > 800 C DIASOL Industria Sviluppo sostenibile Coordinatore: TECHINT DRYSOL Committente: CASIS GRANDI_PROGETTI Committente: RAS MACCHIASOL Committente: Sorgenia Sviluppo di sistemi di accumulo termico ad alta temperatura, T 400 C; Sviluppo di materiali per distillazione a membrana Sviluppo software per la simulazione real time di impianti CSP Sviluppo modelli e software per la progettazione di massima di impianti CSP

19 Le collaborazioni in atto Attività di R&SD Attività di Formazione, Divulgazione e Promozione ENEA ENEA RTM RTM SAPIO SAPIO Sardegna Ricerche Sardegna Ricerche Università di Cagliari Università di Cagliari Università di Genova TECHINT CASIS Ass. Industria - RAS SORGENIA ISFORAPI Ass. Programmazione - RAS Associazione Scienza Società Scienza