DIPARTIMENTO DELLE TECNOLOGIE ENERGETICHE

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1 DIPARTIMENTO DELLE TECNOLOGIE ENERGETICHE L Esperienza Italiana sul Solare Termodinamico Tecnologie Solari ad alta temperatura e sistemi ibridi per la produzione di energia elettrica e termica Tommaso Crescenzi Divisione Solare Termico e Termodinamico tommaso.crescenzi@enea.it

2 Energia Solare Concentrata Solare Termodinamico (Concentrating Solar Power - CSP) (Solar Thermal Electricity- STE) Una serie di tecnologie che consentono di convertire l energia del sole in energia termica e/o elettrica attraverso: La concentrazione dell energia solare utilizzando un sistema di specchi o dispositivi ottici (sfruttando esclusivamente la parte diretta della radiazione solare) La produzione di calore ad alta temperatura trasferito di norma ad un fluido termovettore (Heat Transfer Fluid, HTF) (aria, olio diatermico, miscele di sali mixtures, vapore ) La generazione di elettricità attraverso una conversione termodinamica

3 Energia Solare Concentrata Sono presenti due componenti: CONCENTRATORE dove la radiazione solare è raccolta e concentrata RECEVITORE dove l energia solare è convertita in calore ad alta temperatura trasferito ad un fluido Il ricevitore insieme al concentratore rappresentano la caldaia di un impianto convenzionale, il combustibile è la radiazione solare CONCENTRATORE RICEVITORE Fluido termovettore

4 Energia Solare Concentrata CONCENTRATORE Calore solare IMPIANTO DI PRODUZIONE Calore di processo Elettricità RICEVITORE Accumulo termico Combustibile

5 I CSP nel passato Archimede 200 a.c. Antoine-Laurent Lavoisier 1772 John Ericsson Aria, 1887 Frank Shuman Acqua/Vapore, 1910 SEGS, Olio, 1983 Augustine Mouchot Acqua/Vapore, 1878 Prof. Francia Acqua/Vapore, 1964 Solar One, Acqua/Vapore, 1981 Solar Two, Sali fusi, 1999 William Adams Acqua/Vapore, 1878 Eurelios Acqua/Vapore, 1979 Enea, Sali fusi, 2004

6 Tecnologie CSP

7 Tecnologie CSP Sistemi Fa8ore di concentraz ione Efficienza solare * di picco (%) Efficienza solare * media annua (%) Fluido Parabolici Lineari Fresnel Lineari olio, acqua, sali fusi acqua, olio, sali fusi Torri solari sali fusi, acqua, gas Dischi parabolici elio, vapore di sodio (*) Efficienza solare = Produzione elelrica nela/radiazione solare direla

8 Temperature tipiche Tecnologie CSP

9 Intervento ENEA Progetto Solare Termodinamico Obiettivi:! Ridurre il costo dell energia prodotta;! Incrementare le prestazioni degli impianti solari (maggiore efficienza);! Compensare la variabilità della sorgente solare con l uso di sistemi di accumulo termico;! Utilizzare fluidi termovettori a basso impatto ambientale ed economici;! Promuovere lo sviluppo della tecnologia CSP presso l industria Italiana.

10 Le innovazioni Enea Utilizzo di un nuovo fluido termovettore (Sali fusi * invece di olio diatermico) per incrementare l accumulo termico e le prestazioni tecnico-economiche degli impianti CSP a collettori parabolico-lineari In confronto con l olio, si ottiene: Accumulo termico a sali fusi Recipiente caldo Accumulo termico a sali fusi Recipiente freddo " Maggiore capacità di accumulo, " Maggiore fattore di utilizzo " Operatività più sicura Colle8ori Solari 550 C 290 C " Maggiore efficienza " Minori costi per accumulo e generazione richiedendo: Blocco di potenza: generazione di vapore ed ele8ricità " Una nuova tecnologia ad alta temperatura per i collettori ed i ricevitori solari " Capacità di gestione di un sistema a sali fusi * KNO 3 /NaNO 3

11 Le innovazioni Enea Tecnologia a sali fusi e collettori parabolico-lineari

12 Il percorso della tecnologia ENEA Ruolo del Governo Start-up del progetto Progettazione del prototipo Lab R&D RONDA - REFLEX ASE Start-up operativo del prototipo Prova e qualifica dei componenti Ruolo Industriale Impianto prova PCS Progettazione e costruzione dell impianto dimostrativo Impianto dimostrativo industriale ENEL Archimede 5 MWe

13 Dimostrativo Enea-ENEL Impianto Solare ARCHIMEDE presso Enel Priolo Gargallo (SR)

14 Schema di Archimede ENEL/ENEA Applicazione tecnologia ENEA ad Archimede ENEL 2010

15 Dimostrativo ASE Impianto test ASE presso Massa Martana (PG)

16 Dimostrativo Akesai Impianto demo in Akesai altopiano del Tibet Cina

17 ENEA -JINFAN Power Studio Preliminare CSP 55 MWe in Akesai altopiano del Tibet Cina

18 Linee di Ricerca! ACCUMULO TERMICO # STRATIFICAZIONE/DIRETTO A SALI FUSI # MATERIALE CEMENTIZIO # CAMBIAMENTO DI FASE (PCM) # ACCUMULO CHIMICO! FLUIDI TERMOVETTORI # NUOVE MISCELE DI SALI # ACQUA PRESSURIZZATA/OLIO DIATERMICO # NANOFLUIDI/GAS! COMPONENTI SPECIALI # RICEVITORI/SPECCHI/STRUTTURA # GIUNTI DI COLLEGAMNTO! NUOVE SOLUZIONI IMPIANTISTICHE # IMPIANTI IBRIDI (SOLARE/BIOMASSA) CIRCUITI A VAPORE/ORC # CIRCUITI A GAS/MICROTURBINE! CHIMICA SOLARE # PRODUZIONE IDROGENO (REFORMING/ELETTROLISI B.T,M.T)

19 Nuovi Obiettivi Ricerca Sistemi innovativi di accumulo termico ACCUMULO TERMICO A CALORE SENSIBILE IN MATERIALI CEMENTIZI ACCUMULO TERMICO CON MATERIALI A CAMBIAMENTO DI FASE SISTEMI DI ACCUMULO TERMOCHIMICO Basa^ su materiali reagen^ sogge` a fasi cicliche di conversione consentendo di immagazzinare l energia termica solo forma di energia chimica Esempio: sistemi reazvi gas-solido Ossidi - ossigeno 2Co 3 O 4 6CoO+O 2 Carbona^ - CO 2 CaCO 3 CaO + CO 2 Idrossidi - vapor d acqua Ca(OH) 2 CaO + H 2 O

20 Nuovi Obiettivi Ricerca Impianto OMSOP (Op]mised Microturbine SOlar Power system) Temperatura opera]va 800 C Superficie captante m 2 Diametro dish 8-12 m Potenza elelrica 5-10 kw Servizio Integrazione Utenze distribuite anche isolate Backup fossile

21 Nuovi Obiettivi Ricerca Nuove soluzioni impiantistiche Sistemi ibridi e multigenerazione SISTEMA IBRIDO SOLARE-BIOMASSA SISTEMA SOLARE IN MULTIGENERAZIONE

22 Nuovi Obiettivi Ricerca MATS Multipurpose Applications by Thermodynamic Solar Impianto CSP da 1MWe con tecnologia made in Italy Egitto, Borg El Arab, Sud Alessandria (Mubarak City for Science and Technology) FP7: ENEA, Tecnimont KT, ASE, ASRT, NREA, Fraunhofer, Cranfield University, CEA, Delft Environment, OCI. Enea (1,91 M ) : Progetto, costruzione ed esercizio di un impianto solare CSP da 1 MWe per la produzione combinata di calore, energia elettrica e acqua potabile. Campo solare: 18 collettori PTC, MS da 290 C a 550 C, TV da 1MWe.

23 Nuovi Obiettivi Ricerca Nuove soluzioni impiantistiche SISTEMA IBRIDO SOLARE-BIOMASSA

24 Nuovi Obiettivi Ricerca Nuove soluzioni impiantistiche SISTEMA IBRIDO SOLARE-BIOMASSA/BIOGASs

25 Nuovi Obiettivi Ricerca Applicazione delle turbine a gas negli impianti solari a concentrazione! Studio di impianti con turbine a gas di piccola potenza (100kW - 5 MWe) con integrazione a gas da biomassa o 100% solare! Studio di sistemi di accumulo per aria ad alta temperatura.! Studio per il recupero del calore di scarico (dissalazione, raffrescamento).! Studio di nuovi ricevitori solari

26 Tecnologia Solare Termodinamico Vantaggi fondamentali del solare termodinamico (CSP-STE) 1. La presenza «nativa» di un sistema di accumulo 2. Costo dell accumulo competitivo (35 /KWhth - target DOE 15 $/kwhth); in termini «elettrici» rispettivamente 100 ==> 40 $/kwe 3. Perdite di energia accumulata molto contenute (circa 1% al giorno, roundtrip 99%) 4. Accumuli da 3 a 15 hr equivalenti negli impianti attuali 5. Possibilità di ibridizzazione cogenerazione elettrica/termica

27 Obiettivi a medio termine Promuovere la tecnologia nazionale dei sistemi CSP: Miglioramento dell efficienza e la riduzione dei costi:! ricerca e sviluppo dei componenti (collettore solare, tubo ricevitore, fluido ) e sistemi; Collaborazione con l industria per lo studio di fattibilità/progettazione di impianti:! di grossa taglia per la produzione di energia elettrica;! di media e piccola taglia per la cogenerazione/ trigenerazione. Collaborazioni internazionali sia nel settore della ricerca che per la realizzazione di impianti.

28 Conclusioni o o o o La tecnologia del solare termodinamico può rappresentare, per la produzione di energia elettrica, una valida alternativa all utilizzo dei combustibili fossili; Aumentare la competitività:! miglioramento dell efficienza;! riduzione di costi: Costo dell energia in funzione del DNI impianto 4500 /kw, costo energia /MWh;! normativa di incentivazione La produzione distribuita di energia solare con accumulo termico permette la dispacciabilità e rappresenta una soluzione combinabile con altre tecnologie solari (PV & CSP). Queste tecnologie utilizzano la radiazione solare diretta e quindi sono più adatte in siti con alta insolazione (DNI >2000 kwh/(m 2 a))

29 Grazie per l attenzione tommaso.crescenzi@enea.it