L'estrazione e l'utilizzo dell'energia solare rappresentano una delle realizzazioni più importanti dell'umanità in termini di energia. La principale difficoltà ora non risiede tanto nella raccolta dell'energia solare, quanto nella sua conservazione e distribuzione. Se riusciremo a risolvere questo problema, potremo mandare in pensione le tradizionali aziende che operano con combustibili fossili.
SolarReserve è un'azienda che propone di utilizzare il sale fuso nelle centrali solari e sta lavorando a una soluzione alternativa per i problemi di stoccaggio. Invece di utilizzare l'energia solare per generare elettricità e conservarla nelle batterie solari, SolarReserve suggerisce di dirottarla verso i serbatoi termici (torri). La torre energetica riceverà e immagazzinerà l'energia. La capacità del sale fuso di rimanere in forma liquida lo rende un mezzo ideale per lo stoccaggio termico.
L'obiettivo dell'azienda è dimostrare che la sua tecnologia può rendere l'energia solare una fonte di energia accessibile, operante 24 ore su 24 (come in qualsiasi centrale che utilizza combustibili fossili). La luce solare concentrata riscalda il sale nella torre fino a 566 °C, e viene mantenuto in un gigantesco serbatoio isolato finché non viene utilizzato per generare vapore per azionare la turbina.
Comunque, facciamo le cose in ordine.
Inizio
Il capo tecnologo di SolarReserve, William Gould, ha trascorso oltre 20 anni a sviluppare la tecnologia CSP (concentrated solar power) con sale fuso. Negli anni '90 era il responsabile del progetto dell'impianto dimostrativo Solar Two, costruito con il supporto del Ministero dell'Energia degli Stati Uniti nel deserto di Mojave. Un decennio prima, nello stesso luogo, era stato testato un impianto che ha confermato i calcoli teorici sulla possibilità di produzione commerciale di energia utilizzando gli eliostati. Il compito di Gould era quello di sviluppare un progetto simile, in cui invece del vapore si utilizzava il sale riscaldato, e trovare prove che l'energia potesse essere conservata.
Nella scelta del contenitore per immagazzinare il sale fuso, Gould oscillava tra due opzioni: un produttore di caldaie con esperienza in impianti energetici tradizionali a combustibili fossili e la Rocketdyne, che fabricava motori a razzo per la NASA. La scelta è ricaduta sui costruttori di razzi. In parte perché, all'inizio della sua carriera, Gould aveva lavorato come ingegnere nucleare in una gigantesca impresa di costruzioni, la Bechtel, che stava lavorando sui reattori di San Onofre in California. E riteneva di non poter trovare una tecnologia più affidabile.
Il ugello del motore a razzo, da cui fuoriescono gas caldi, è in realtà composto da due involucri (interno ed esterno), nei cui canali fresati circolano componenti combustibili in fase liquida, raffreddando il metallo e impedendo all'ugello di fondere. L'esperienza di Rocketdyne nello sviluppo di dispositivi simili e nel settore della metallurgia ad alta temperatura è stata utile nello sviluppo della tecnologia per l'uso di sale fuso in una centrale solare.
Il progetto Solar Two da 10 MW ha funzionato con successo per diversi anni ed è stato dismesso nel 1999, confermando la fattibilità dell'idea. Come ammette lo stesso William Gould, il progetto ha avuto alcune problematiche da risolvere. Ma la tecnologia principale utilizzata in Solar Two funziona anche negli impianti moderni come Crescent Dunes. La miscela di sali nitrati e le temperature operative sono identiche, l'unica differenza è nella scala dell'impianto.
Il vantaggio della tecnologia di utilizzo del sale fuso è che consente di fornire energia su richiesta, e non solo quando c'è il sole. Il sale può immagazzinare calore per diversi mesi, quindi anche una giornata nuvolosa occasionalmente non influisce sulla disponibilità di energia elettrica. Inoltre, le emissioni della centrale sono minime e, naturalmente, non ci sono rifiuti pericolosi prodotti come sottoprodotto del processo.
Principi di funzionamento
L'impianto solare utilizza 10.347 specchi (eliostati) installati su 647,5 ettari (oltre 900 campi di calcio) per concentrare la luce solare su una torre centrale alta 195 metri e riempita con una 'farcia' salina. Questo sale viene riscaldato dai raggi del sole fino a 565 °C, e il calore viene immagazzinato e poi utilizzato per trasformare l'acqua in vapore e per alimentare i generatori che producono elettricità.
Gli specchi sono chiamati eliostati poiché ciascuno di essi può inclinarsi e ruotare per indirizzare esattamente il proprio raggio di luce. Disposti in cerchi concentrici, focalizzano la luce solare su un 'ricevitore' nella parte superiore della torre centrale. La torre stessa non emette luce, mentre il ricevitore ha un colore nero opaco. L'effetto di luminosità deriva dalla concentrazione dei raggi solari che riscaldano il contenitore. Il sale caldo scorre in un serbatoio in acciaio inossidabile da 16.000 m³.
Eliostato
Il sale, che a queste temperature appare e scorre praticamente come l'acqua, passa attraverso uno scambiatore di calore per produrre vapore per alimentare un generatore a turbina standard. Nel serbatoio c'è abbastanza sale fuso per far funzionare il generatore per 10 ore. Questo equivale a 1100 megawattora di capacità di stoccaggio, quasi 10 volte di più delle più grandi batterie agli ioni di litio installate per immagazzinare energia rinnovabile.
Un percorso difficile
Nonostante la prospettiva promettente dell'idea, non si può dire che SolarReserve abbia avuto successo. In molti modi, l'azienda è rimasta una startup. Anche se una startup vivace e brillante in ogni senso. Infatti, la prima cosa che vedrai osservando l'impianto Crescent Dunes è la luce. Così intensa che è impossibile guardarla. La fonte di luce è una torre alta 195 metri, che si erge fiera sulle terre desolate del Nevada, a circa metà strada tra la piccola città di Reno e Las Vegas.
Come appariva l'impianto durante le varie fasi di costruzione
2012, inizio dei lavori
2014, il progetto è quasi completato
Dicembre 2014, Crescent Dunes è quasi pronto per l'operatività
Impianto completato
A circa un'ora di macchina da qui si trova la famosa Area 51, un'installazione militare segreta, che quest'estate ha minacciato di essere assaltata su internet per "salvare" gli alieni dalle mani del governo americano. Una vicinanza del genere porta il fatto che i viaggiatori, che hanno visto un'illuminazione straordinariamente intensa, a volte chiedono ai residenti locali se hanno assistito a qualcosa di insolito o addirittura extraterrestre. E poi si rattristano sinceramente nel scoprire che si tratta solo di una centrale solare, circondata da un campo di specchi largo quasi 3 km.
I lavori di costruzione di Crescent Dunes sono iniziati nel 2011 grazie a prestiti governativi e investimenti di NV Energy, la principale azienda di servizi pubblici del Nevada. La centrale elettrica è stata completata nel 2015, circa due anni dopo la data programmata. Ma anche dopo la costruzione non tutto andò liscio. Ad esempio, nei primi due anni spesso si rompevano e non funzionavano correttamente le pompe e i trasformatori per gli eliostati, che erano insufficientemente potenti. Pertanto, la potenza in uscita a Crescent Dunes è risultata inferiore a quanto previsto nei primi anni di funzionamento.
C'era anche un'altra difficoltà: quella degli uccelli. Cadendo nel "mirino" della luce solare concentrata, il povero volatile . Secondo i rappresentanti di SolarReserve, la loro centrale è riuscita a evitare la regolare e massiccia "cremazione" di uccelli. In collaborazione con diverse organizzazioni nazionali, è stato sviluppato un piano speciale per mitigare qualsiasi potenziale minaccia alla centrale. Questo programma è stato approvato nel 2011 e ha lo scopo di ridurre il rischio potenziale per gli uccelli e i pipistrelli.
Ma il problema più grande per Crescent Dunes è stata una perdita nel serbatoio di stoccaggio del sale caldo, individuata alla fine del 2016. Secondo la tecnologia, un gigantesco anello che poggia su piloni sul fondo del serbatoio distribuisce il sale fuso man mano che viene ricevuto dall'assorbitore. I piloni stessi avrebbero dovuto essere saldati al pavimento, mentre l'anello necessita di una certa libertà di movimento, dato che le variazioni di temperatura provocano l'espansione/contrazione dei materiali. Invece, a causa di un errore degli ingegneri, tutto questo è stato saldato insieme in modo molto rigido. Di conseguenza, al variare della temperatura, il fondo del serbatoio si piegava e perdeva.
Di per sé, la fuga di sale fuso non rappresenta un pericolo particolare. Quando ha raggiunto il letto di ghiaia sotto il serbatoio, il fuso si è subito raffreddato, trasformandosi in sale. Tuttavia, la sospensione della centrale elettrica si è protratta per otto mesi. Sono state esaminate le cause della fuga, i responsabili dell'incidente, le conseguenze dell'emergenza e altre questioni.
Ma i problemi di SolarReserve non sono finiti qui. La produttività della centrale elettrica si è rivelata inferiore a quella pianificata nel 2018, con un fattore di capacità medio del 20,3% rispetto al fattore di capacità previsto del 51,9%. Di conseguenza, il Laboratorio Nazionale delle Energie Rinnovabili degli Stati Uniti (NREL) ha avviato uno studio di 12 mesi sui costi del progetto CSP, concentrandosi su problemi di produttività e costi imprevisti. Alla fine, inizialmente è stata intentata una causa contro la società, costringendola a cambiare la dirigenza, e nel 2019 è stata costretta a dichiarare il proprio .
Questo non è ancora la fine
Ma nemmeno questo ha posto un freno allo sviluppo della tecnologia. Infatti, ci sono progetti simili anche in altri paesi. Ad esempio, tecnologie simili vengono utilizzate nel parco solare Mohammed bin Rashid Al Maktoum, la rete di centrali solari più grande del mondo, riunite in un'unica area a Dubai. Oppure, prendiamo il Marocco. Lì ci sono ancora più giorni di sole rispetto agli Stati Uniti e quindi l'efficienza della centrale dovrebbe essere superiore. E i primi risultati dimostrano che è davvero così.
La torre CSP Noor III, con una capacità di 150 MW in Marocco, ha superato le aspettative di produttività e di riempimento delle batterie nei primi mesi di operatività. I costi di finanziamento per i progetti di stoccaggio energetico nella torre corrispondono alle previsioni attese, assicura Xavier Lara, consulente senior CSP del Gruppo ingegneristico Empresarios Agrupados (EA).
Centrale elettrica Noor III
Inaugurata a dicembre dello scorso anno, la centrale elettrica Noor III dimostra un'ottima produttività. Noor III, installato dalla spagnola SENER e dalla cinese SEPCO, è la più grande centrale a torre operativa al mondo e la seconda per integrazione nella tecnologia di stoccaggio del sale fuso.
Gli esperti ritengono che dati affidabili e precoci sulle prestazioni del Noor III, sulla flessibilità della generazione e sull'integrazione delle batterie dovrebbero ridurre i problemi di affidabilità delle torri CSP e delle batterie, abbattendo i costi di capitale per i progetti futuri. In Cina, il governo ha già annunciato un programma per la creazione di 6000 MW di CSP con accumulo. SolarReserve collabora con la compagnia statale Shenhua Group, che si occupa della costruzione di centrali elettriche a carbone, per sviluppare 1000 MW di generazione di sale fuso CSP. Ma verranno costruite ulteriori torri di accumulo? Questa è la domanda.
Tuttavia, proprio nei giorni scorsi la Heliogen, di proprietà di Bill Gates, ha annunciato una sua scoperta nell'uso dell'energia solare concentrata. Heliogen è riuscita ad aumentare la temperatura da 565 °C a 1000 °C, aprendo così la possibilità di utilizzare l'energia solare nella produzione di cemento, acciaio e prodotti petrolchimici.
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Una centrale elettrica a sale liquido è
Una tecnologia morente
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Fonte: habr.com
