Solare termodinamico a concentrazione Sviluppi e prospettive

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1 Sviluppi e prospettive Giornata di studio e divulgazione sull Energia Firenze 23/11/2011 Dott. Guglielmo Liberati Consulente Scientifico

2 Associazione ESTELA

3 Relationships SET Plan Documents Contributions Utilities Associations Research Centers Manufacturers Associazione ESTELA

4 Fluido intermedio (HTF) ~ Radiazione solare diretta Collettore Concentratore Ricevitore Scambiatore Ciclo termico Il principio di funzionamento

5 Sistemi parabolici lineari Parabolic Trough Sistemi a torre Costi e tempi di costruzione tendenzialmente piu bassi rispetto alle altre soluzioni Elevato utilizzo di spazio Tecnologia di media maturità Buona efficienza di conversione Semplicità del sistema di inseguimento solare (singolo asse) Tecnologia matura Fattore di concentrazione Tipologie di impianti

6 Sistemi Fresnel Lineari Sistemi a disco Alta temperature Adatti per piccole potenze (generazione distribuita) Tecnologia promettente per la generazione diretta di idrogeno Basso costo Minore tempo di costruzione Tecnologia in fase di sviluppo Fattore di concentrazione Absorber tube reflectors e oltre Tipologie di impianti

7 Solar ONE (10MWe) USA 1980 Southern California Edison --Costo Costoelevato elevato --Prestazioni Prestazioninon nonesaltanti esaltanti CE (Italia-Francia-Germania) Eurelios (1MWe) Italia 1980 Produzione diretta di vapore (DSG) Sistemi a torre i primi impianti

8 Impianto SEGS (*) 371 C bar T olio = 390 C --Concentratore Concentratore lineare lineareparabolico parabolico --Olio Oliocome comefluido fluidointermedio intermedio η=36.5% (*) SEGS: Solar Energy Generation System (LUZ) Impianti a collettori parabolici

9 Un sito ad alta vocazione solare 9 impianti SEGS 1st operation MW SEGS ,8 SEGS SEGS SEGS SEGS SEGS ,5 SEGS ,5 SEGS SEGS Pioggia ~120mm/anno Temperatura ambiente da 10 C a 46 C In media 340 giorni di insolazione piena ~ 2700 kwh/m2/anno (DNI) Impianti a collettori parabolici l esperienza Californiana

10 Collettore parabolico cilindrico Movimentazione su un solo asse Larghezza tipica ~6 m Lunghezza modulare (100 m) Tubo ricevitore Rivestimento selettivo Involucro prottettivo in vetro Intercapedine sotto vuoto Tubi da 4 m Impianti a collettori parabolici Elementi distintivi

11 Il Ricevitore solare (HCE) Tubo metallico interno ø 70 mm Spazio intermedio Vuoto: ~0.013 Pa rivestimento tubo interno: cermet evaporato sotto vuoto ηsolare: 0.97 C): 0.19 Tubo di vetro esterno ø 110 mm borosilicato trattamento antiriflesso Getter: mantenimento vuoto Soffietto metallico Compens. dilatazione Impianti a collettori parabolici Tubo ricevitore

12 SEGS - Occupazione suolo: ~ 1.9 ha /MWe ~150 ha cad. 80 MWe SEGS IX SEGS VIII 1200 m Impianti a collettori parabolici l esperienza Californiana

13 Sito di Harper Lake (SEGS VIII IX) ~150 ha cad. 80 MWe SEGS IX SEGS VIII 1200 m Power block Impianti a collettori parabolici l esperienza Californiana

14 Tutti gli impianti SEGS sono stati costruiti da Utilities o IPP a seguito di incentivi - federal and state investment tax credits - solar property tax exclusion - accelerated depreciation. Continuano ad essere utilizzati tuttora (~600 GWh/y) Nessun impianto ulteriore fino al 2007 Giu 2007: Nevada Solar One - Tecnologia identica ai SEGS - 64 MWe Nuovi incentivi: - finanziamento statale - 30% tax credit Impianti a collettori parabolici nuovi impianti in USA

15 I nuovi impianti in Spagna Real Decreto 436/2004 e succ. modifiche Solare termodinamico: 50 MWe max 15% max integrazione comb. Trad. 270 /MWh (25 yr) Impianti a collettori parabolici - le realizzazioni in Spagna

16 Impianti a collettori parabolici - le realizzazioni in Spagna

17 Nevada Solar One 2100 kwh/m2/yr Solnova 1-3 Sevilla Boulder city (NV) 64 MWe 3 x 50 MWe Impianti a collettori parabolici i nuovi impianti

18 Solar salt CHARGE Hot tank DISCHARGE Heat exchanger Heat exchanger KNO3 40 % NaNO3 60 % Freezing 235 C Max temp 600 C 390 C 1960 kg/m3 1.6 kj/kg/ C Cold tank 295 C Scambiatore di calore Sistema di accumulo termico

19 Impianti a collettori parabolici con accumulo termico

20 Storage system Impianti a collettori parabolici con accumulo termico

21 Andasol h storage 1010 MWh(th) t 2 tanks 32 m h 15 m Impianti a collettori parabolici con accumulo termico

22 Solar Field 550 C Thermal cycle Steam generator 295 C Sistema a collettoti parabolici con sali fusi Tecnologia Archimede

23 Impianto dimostrativo Archimede 5 MWe Sistema a collettoti parabolici con sali fusi Impianto dimostrativo tecnologia Archimede

24 Impianto dimostrativo Archimede 5 MWe First of a kind Primo impianto solare al mondo ad utilizzare i sali fusi come fluido termovettore in collettori lineari parabolici Primo impianto solare al mondo ad essere integrato con una centrale termoelettrica preesistente (C/C) Tecnologia tradizionale Tecnologia Archimede Tmax 390 C 550 C ηcyc 35.5 % 41% Sist. di accumulo separato Accumulo integrato ηav 15 % 12 % Elementi distintivi: Brevetto Enea T > 500 C Tubo ricevitore Specchi innovativi Sistema di accumulo integrato Fluido di scambio termico innovativo ( = +21%)! Inaugurato il 14/7/2010 alta efficienza del ciclo alta capacità di accumulo minori costi di investimento ed esercizio Sistema a collettoti parabolici con sali fusi Impianto dimostrativo tecnologia Archimede

25 Central Receiver Thermal cycle Steam generator 565 C 295 C Heliostats Molten salt Energy storage system Sistema a torre con sali fusi

26 Gemasolar Fuentes de Andalucia (Sevilla) Power: Heliostats Tower: Land area Concentration Storage 19.9 MWe 2650 (120m2) 140 m 185 ha 1000:1 15h 24h operation capability Commissioning: May 2011 Torresol Energy Sistemi a torre i nuovi impianti

27 Gemasolar Fuentes de Andalucia (Sevilla) Gemasolar

28 Costo energia prodotta [ cent/mwh] Fonte: ESTELA AT Kerney 2010 Impianti con accumulo PV CSP Previsione costi

29 Obiettivi di sviluppo: - Diminuzione dei costi - Aumento dell'efficienza - Dispacciabilità - Ibridazione Sviluppi futuri

30 Conversion efficiency : % Nuovi concetti ISCC

31 Una innovazione recente...

32 Grazie per l'attenzione