Solare termodinamico. I progetti italiani Archimede e FrEeSun

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1 > FONTI ENERGETICHE RINNOVABILI Solare termodinamico I progetti italiani Archimede e FrEeSun di Emilia Li Gotti * e Chiara Basso** L ultimo RAPPORTO ENERGIA E AMBIENTE Analisi e Scenari 2009 pubblicato da ENEA nel novembre 2010, mostra in percentuale i risultati in materia energetica registrati in Italia nell ultimo anno. La crisi che ha coinvolto le economie mondiali, ha provocato una sostanziale riduzione della domanda di energia primaria, rispetto ai dati dell anno precedente, (6% circa nel territorio nazionale) alla quale è seguito un aumento di circa il 16% dei consumi energetici da fonte rinnovabile. Tra le FER Fonti Energetiche Rinnovabili, il solare fotoelettrico, l eolico, le biomasse ed i rifiuti hanno consentito la produzione d energia pulita per oltre il 32%.Non figura ancora, nei dati presentati, l apporto della tecnologia solare termodinamica che, congiuntamente alle altre, consentirebbe in futuro di incrementare l erogazione di potenza elettrica, con conseguenti vantaggi in termini economici e di tutela dell ambiente. La situazione italiana, a più di un anno dall approvazione della mozione presentata in Senato il 29 luglio 2009, ostativa allo sviluppo del solare a concentrazione, presenta spunti scientifici che necessariamente spingono ad un accelerazione per lo sviluppo ed il completamento della filiera industriale italiana, oggi ancora sperimentale. La possibilità di concentrare l energia irraggiata dal Sole e l accumulo termico a garanzia di un esercizio continuativo degli impianti sono i principali vantaggi del solare termoelettrico che nel mondo conta istallazioni già per 1 GW di potenza. La ricerca voluta dal premio Nobel Carlo Rubbia e lo sforzo seguito da società impegnate attivamente nella ricerca e nella realizzazione di centrali solari a concentrazione presentano oggi risultati di non poco conto, concretizzatesi con la messa in opera dell impianto a concept CSP Archimede a sali fusi ed i lavori in corso per la realizzazione dell impianto Fresnel, nato dal progetto FREeSuN di FERA- Fabbriche Energie Rinnovabili Alternative. A Priolo Gargallo (SR) nel luglio scorso, è stata inaugurata la centrale ENEL-ENEA a collettori parabolici lineare ad inseguimento monoassiale, che sfrutta come fluido termovettore una miscela di nitrati, consentendone lo stoccaggio ad una temperatura di 550 C in un apposito serbatoio alloggiato sull isola di potenza nei pressi del campo solare. Su 9 stringhe sono disposti 54 SCA- Solar Collector Assembly, che impegnano una superficie di oltre 3 Ha di area captante. Considerato lo spazio necessario volto a ridurre il mutuo ombreggiamento tra file di collettori, il campo solare occupa circa 8 Ha, erogando una potenza di 4,7 MW. L impianto Archimede (Fig.1) si integra con l esistente centrale termoelettrica ENEL a ciclo combinato da 760 MW, composta da due sezioni, ciascuna con potenza pari a 380 MW, dei quali 250 MWe a turbogas e 130 MWe a gruppo vapore. La capacità di accumulo termico è di 100 MWh, cioè di 8 ore giornaliere in considerazione del carico massimo richiesto pari a circa 12 MWt. Due turbogeneratori (Fig.2) raccolgono in aggiunta al vapore prodotto dai generatori a recupero dei gruppi turbogas, anche quello in uscita dal GVS (Generatore di Vapore a Sali) dell impianto termodinamico, così che a parità di combustibile usato, l energia elettrica prodotta risulti incrementata. Una centrale così realizzata assicura annualmente un numero di poco superiore alle ore equivalenti, evitando oltre 6300 t di emissioni di gas serra, con un risparmio in termini di energia primaria pari ad oltre 2000 TEP.

2 Il decreto ministeriale d.m. 11 aprile 2008 Conto energia termodinamico, che definisce i criteri e le modalità per incentivare la produzione di energia elettrica da fonte solare mediante cicli termodinamici così recita nei comma 2 e 3 dell art. 4: 2. Possono accedere all'incentivazione di cui al presente decreto gli impianti solari termodinamici, anche ibridi, che rispettano i seguenti requisiti: a) sono dotati di sistema di accumulo termico con capacità nominale di accumulo non inferiore a 1,5 kwh termici per ogni metro quadrato di superficie captante; b) non utilizzano come fluido termovettore né come mezzo di accumulo sostanze e preparati classificati come molto tossici, tossici e nocivi ai sensi delle direttive 67/548/CEE e 1999/45/CE e loro successive modificazioni; il predetto requisito non è richiesto in caso di impianti ubicati in aree industriali; c) la superficie captante è superiore a 2500 mq. 3. Gli impianti solari termodinamici, anche ibridi, devono essere collegati alla rete elettrica o a piccole reti isolate. Ogni singolo impianto dovrà essere caratterizzato da un unico punto di connessione alla rete elettrica, non condiviso con altri impianti. Come previsto dalle tariffe incentivanti, mostrate nella Tabella 1, l impianto Archimede può contare su un premio iniziale di 0,220/kWh, tenuto conto della frazione di integrazione Fint, superiore allo 0,50. In Italia sono oggetto del sopramenzionato progetto FREeSuN, lo studio e la realizzazione della tipologia di impianto CSP Linear Fresnel, sviluppato nell ambito del bando Industria 2015 Efficienza Energetica con budget previsto di 12,5 milioni e, in quanto vincitore, finanziato per una quota dal Ministero dello Sviluppo Economico. Lo scopo del progetto FREeSuN è quello di effettuare una ricerca industriale mirata alla progettazione di una centrale di grossa potenza (50 MW) per la produzione di energia elettrica, utilizzando e migliorando componenti attualmente esistenti, in modo da massimizzare l efficienza dell impianto e ridurne i costi relativi all installazione e alla gestione. I tre principali obiettivi a cui è finalizzato il progetto sono: - sviluppo della tecnologia solare termodinamica con bassi costi di realizzazione; - costruzione di un impianto CSP Linear Fresnel per produzione di energia elettrica fino a 1MW; - creazione di una filiera italiana per lo sviluppo industriale dei sistemi CSP. Il progetto FREeSuN è realizzato da un valido partenariato, composto da aziende, università e centri ricerca avente come primo proponente la società Fabbrica Energie Rinnovabili Alternative S.r.l.. Le aziende coinvolte IMAT S.p.A., Almeco S.p.A., s.d.i. automazione industriale S.r.l., Xeliox S.r.l., Turbocoating S.p.A., DNA Engineering, presentano una forte complementarietà, e allo stesso tempo una perfetta eterogeneità, nei diversi settori interessati, poiché all interno del progetto svolgono attività indipendenti ma interagenti per la realizzazione dell impianto, creando pertanto una filiera produttiva italiana. In ogni settore di ricerca del progetto, l azienda competente è supportata da uno dei cinque organismi di ricerca CNR ITAE, Politecnico di Milano, Università degli Studi di Genova, Università degli Studi di Catania, Università degli Studi di Firenze. La realizzazione del progetto si articola complessivamente in 36 mesi, di cui i primi 24 sono dedicati alla ricerca industriale applicata allo sviluppo dei componenti e i successivi 12 alla realizzazione dell impianto produttivo. Tale centrale sarà la prima installazione funzionante su territorio nazionale di tale tecnologia e rappresenterà il punto di partenza per l apertura di un nuovo mercato per la produzione di energia da fonti rinnovabili. L impianto CSP Linear Fresnel si basa sulla concentrazione solare in un tubo assorbitore lineare non solidale con gli specchi, usando file di specchi quasi piani movimentati in remoto partendo da angoli di posizionamento diversi per ogni fila. Per evitare la dispersione della luce riflessa, una

3 superficie secondaria viene posta al di sopra del tubo assorbitore per riconcentrare i raggi. Una delle innovazioni introdotte è l utilizzo di acqua come fluido termovettore che scorre nel tubo assorbitore; essa evapora producendo vapore che viene inviato in una turbina per la produzione diretta di energia elettrica. La superficie captante del sistema sviluppato nel progetto sarà di circa mq e grazie all utilizzo di specchi semipiani che ruotano intorno al proprio asse, e quindi non comportano elevati problemi di ombreggiamento, il terreno occupato dal parco solare risulta essere altamente sfruttato. Il programma FREeSuN è stato avviato il 1 Aprile 2009 e durante la fase di ricerca industriale, si sono svolti studi su diverse tecnologie dei componenti di impianto, considerando stati dell arte e nuove idee tecniche approcciate dai partners di progetto. I componenti indagati riguardano: Le superfici riflettenti primarie e secondarie, che devono rispettare caratteristiche precise di alta riflessività, accuratezza della forma, resistenza, stabilità meccanica anche ad alte temperature per quanto riguarda la superficie secondaria; Tubo assorbitore che dovrà essere sviluppato con elevate caratteristiche di assorbanza e di bassa emissività, attraverso lo studio di un coating selettivo con alta resistenza e stabilità alla temperatura di 300 C che non richieda l utilizzo del vuoto spinto; Sistema di inseguimento solare puntuale e preciso attraverso lo sviluppo di software specifico e sistema movimentazione specchi con leve meccaniche ad elevata precisione e affidabilità nel tempo e in condizioni ambientali avverse; Sistema di accumulo, analizzando le varie tecnologie (olio, cemento, PCM) per ottimizzare l efficienza dello stoccaggio e dare maggiore continuità alla produzione di energia elettrica. E stato progettato l intero layout di impianto comprensivo di circuito idraulico e power block e realizzato un prototipo di scala sufficiente per permettere di verificare sperimentalmente le scelte tecnologiche dei componenti e assemblati selezionati. Parallelamente a tali attività, attraverso un approfondita analisi di mercato, si determinano con processi iterativi i trade-off prestazioni/costi in modo da poter essere commercialmente competitivi e permettere quindi l avvio di una filiera nazionale.

4 Figura 1. Archimede Figura 2. Integrazione solare

5 Conto Energia Termodinamico d.m. 11 aprile 2008 Frazione di integrazione Fint Tabella 1. Evoluzione temporale della tariffa incentivante Figura 3.Prototipo progetto FREeSuN *Ingegnere, libero professionista, progettista IAFR ** Ingegnere, Project Menager-R&D presso Fabbrica Energie Rinnovabili Alternative S.r.l.