L'energia solare rappresenta una delle più importanti conquiste umane nel campo dell'energia. La principale sfida ora non è tanto la raccolta dell'energia solare quanto il suo stoccaggio e distribuzione. Se riusciremo a risolvere questo problema, le tradizionali imprese che utilizzano combustibili fossili possono andare in pensione.
SolarReserve è un'azienda che propone l'uso del sale fuso nelle centrali solari e lavora su una soluzione alternativa per i problemi di stoccaggio. Anziché utilizzare l'energia solare per generare elettricità e stoccarla in pannelli solari, SolarReserve suggerisce di dirottarla verso accumulatori termici (torri). La torre energetica riceverà e immagazzinerà l'energia. La capacità del sale fuso di rimanere allo stato liquido 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 disponibile 24 ore su 24 (come qualsiasi centrale che opera con combustibili fossili). La luce solare concentrata riscalda il sale nella torre fino a 566 °C, e viene stoccato in un grande serbatoio isolato fino a quando non viene utilizzato per generare vapore per azionare una turbina.
Ma andiamo con ordine.
Inizio
Il chief technology officer di SolarReserve, William Gould, ha trascorso oltre 20 anni nello sviluppo della tecnologia CSP (concentrated solar power) con sale fuso. Negli anni '90, ha guidato il progetto di una centrale dimostrativa chiamata Solar Two, costruita con il supporto del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti nel deserto di Mojave. Un decennio prima, era stato testato lì un impianto che ha confermato i calcoli teorici riguardanti la produzione commerciale di energia tramite eliostati. Il compito di Gould era sviluppare un progetto simile che utilizzasse sale riscaldata al posto del vapore e trovare prove che l'energia potesse essere stoccata.
Quando ha dovuto scegliere il contenitore per stoccare il sale fuso, Gould ha esitato tra due opzioni: un produttore di caldaie con esperienza nelle centrali tradizionali che utilizzano combustibili fossili e la Rocketdyne, che produceva motori a razzo per la NASA. La scelta è ricaduta sui costruttori di razzi, anche perché, all'inizio della sua carriera, Gould ha lavorato come ingegnere nucleare per la grande azienda di costruzione Bechtel, che si occupava dei reattori californiani di San Onofre, e credeva di non poter trovare una tecnologia più affidabile.
L'ugello di un motore a razzo, da cui fuoriescono gas caldi, è composto da due guaine (interna ed esterna), nei cui canali fresati vengono pompati componenti combustibili in fase liquida, raffreddando il metallo e impedendo la fusione dell'ugello. L'esperienza della Rocketdyne nello sviluppo di tali dispositivi e nel campo della metallurgia ad alta temperatura si è rivelata utile nello sviluppo della tecnologia che impiega il sale fuso nella centrale solare.
Il progetto Solar Two, con una potenza di 10 MW, ha funzionato con successo per diversi anni ed è stato dismesso nel 1999, confermando la validità dell'idea. Come riconosce lo stesso William Gould, ci sono stati alcuni problemi da risolvere. Ma la tecnologia di base utilizzata in Solar Two funziona anche nelle centrali moderne come Crescent Dunes. La miscela di sali nitrati e le temperature operative sono identiche, l'unica differenza è la dimensione della centrale.
Il vantaggio della tecnologia con sale fuso è che essa consente di fornire energia su richiesta e non solo quando splende il sole. Il sale può conservare il calore per diversi mesi, quindi una giornata nuvolosa non influisce sulla disponibilità di elettricità. Inoltre, le emissioni della centrale sono minime e, naturalmente, non ci sono rifiuti pericolosi prodotti dal processo.
Principi di funzionamento
La centrale solare utilizza 10.347 specchi (eliostati) installati su 647,5 ettari (più di 900 campi da calcio) per concentrare la luce solare su una torre centrale alta 195 metri, riempita di 'ripieno' di sale. Questo sale viene riscaldato dai raggi solari fino a 565 °C, e il calore viene immagazzinato e poi utilizzato per trasformare l'acqua in vapore e azionare i generatori che producono energia elettrica.
Gli specchi vengono chiamati eliostati, poiché ognuno di essi può inclinarsi e ruotare per focalizzare con precisione il proprio raggio di luce. Disposti in cerchi concentrici, concentrano la luce solare su un "ricevitore" situato nella parte superiore della torre centrale. La torre stessa non emette luce, il ricevitore ha un colore nero opaco. L'effetto di illuminazione è dovuto proprio alla concentrazione dei raggi solari, che riscaldano il contenitore. Il sale caldo defluisce in un serbatoio in acciaio inox con una capacità di 16.000 m³.
Eliostato
Il sale, che a queste temperature appare e scorre quasi come acqua, passa attraverso uno scambiatore di calore per generare vapore per alimentare un generatore a turbina standard. Il serbatoio contiene abbastanza sale fuso per far funzionare il generatore per 10 ore. Questo equivale a 1.100 megawattora di capacità di accumulo, ovvero quasi 10 volte di più rispetto ai più grandi sistemi di batterie agli ioni di litio installati per l'accumulo di energia rinnovabile.
Una strada difficile
Nonostante le potenzialità dell'idea, non si può dire che SolarReserve abbia raggiunto il successo. Sotto molti aspetti, l'azienda è rimasta una startup. Anche se una startup vivace ed energica in tutti i sensi. Difatti, la prima cosa che vedrete guardando verso la centrale elettrica Crescent Dunes è la luce. Così intensa che è impossibile guardarla. La fonte di luce è una torre alta 195 metri, che svetta con orgoglio sopra i territori desertici del Nevada, a metà strada tra la piccola cittadina di Reno e Las Vegas.
Come appariva la centrale elettrica nelle diverse fasi di costruzione
Anno 2012, inizio della costruzione
Anno 2014, il progetto è quasi completato
Dicembre 2014, Crescent Dunes è quasi pronta per l'uso
Centrale completata
A circa un'ora di auto da qui si trova la famosa Area 51, un'installazione militare segreta che quest'estate ha attirato le attenzioni del web, minacciando assalti per "salvare" gli alieni dalle mani del governo americano. Questa vicinanza porta a situazioni in cui i viaggiatori, vedendo un'illuminazione straordinariamente intensa, talvolta chiedono ai locali se sono stati testimoni di qualcosa di insolito o addirittura extraterrestre. E poi rimangono delusi nell'apprendere che si tratta solo di una centrale solare circondata da un campo di specchi largo quasi 3 km.
La costruzione di Crescent Dunes è iniziata nel 2011 grazie a prestiti governativi e investimenti della NV Energy, la principale azienda di servizi pubblici del Nevada. La centrale è stata completata nel 2015, circa due anni dopo la data programmata. Ma anche dopo la costruzione, le cose non sono andate lisce. Ad esempio, nei primi due anni molte pompe e trasformatori degli eliostati si sono guastati e non hanno funzionato correttamente, risultando insufficientemente potenti. Pertanto, la potenza di uscita di Crescent Dunes è stata inferiore a quanto previsto nei primi anni di attività.
C'era anche una difficoltà con gli uccelli. Colpiti dal "mirino" della luce solare concentrata, i poveri uccelli . Secondo i rappresentanti di SolarReserve, la loro centrale è riuscita a evitare crematori regolari e su larga scala di uccelli. In collaborazione con diverse organizzazioni nazionali, è stato sviluppato un piano speciale per mitigare eventuali minacce potenziali per la centrale. Questo programma è stato approvato nel 2011 ed è progettato per ridurre il rischio potenziale per gli uccelli e i pipistrelli.
Ma la maggiore problematica per Crescent Dunes è stata la perdita nel serbatoio di stoccaggio del sale caldo, scoperta alla fine del 2016. Secondo la tecnologia, un enorme anello, sostenuto da piloni sul fondo del serbatoio, distribuisce il sale fuso man mano che questo proviene dal ricevitore. I piloni stessi avrebbero dovuto essere saldati al pavimento, mentre l'anello necessitava di un certo margine di movimento, poiché i cambiamenti di temperatura causano espansione/contrazione dei materiali. Invece, a causa di un errore degli ingegneri, tutto è stato saldato saldamente insieme. Di conseguenza, a causa delle variazioni di temperatura, il fondo del serbatoio cedeva e perdeva.
La perdita di sale fuso in sé non rappresenta un pericolo particolare. Una volta che raggiunge il strato di ghiaia sotto il serbatoio, il fuso si raffredda istantaneamente, trasformandosi in sale. Tuttavia, la chiusura della centrale si è protratta per otto mesi. Sono state esaminate le cause della perdita, i responsabili dell'incidente, le conseguenze dell'emergenza e altri aspetti.
Queste difficoltà per SolarReserve non sono terminate. La produzione dell'impianto è stata inferiore a quanto previsto nel 2018, con un fattore medio di capacità del 20,3% rispetto al fattore di capacità programmato 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 sui problemi di performance e costi imprevisti. Come risultato, inizialmente l'azienda è stata citata in giudizio e costretta a cambiare la dirigenza, e nel 2019 è stata costretta a dichiarare il proprio .
Questo non è ancora la fine
Ma nemmeno questo ha fermato lo sviluppo della tecnologia. Ci sono progetti simili in altri paesi. Ad esempio, tecnologie simili sono utilizzate nel parco solare Mohammed bin Rashid Al Maktoum - la più grande rete di centrali solari al mondo, unite in un unico spazio a Dubai. Oppure, per esempio, in Marocco. Lì ci sono ancora più giorni soleggiati rispetto agli Stati Uniti, quindi l'efficienza dell'impianto dovrebbe essere più alta. E i primi risultati mostrano che è effettivamente così.
La torre CSP Noor III con una capacità di 150 MW in Marocco ha superato gli obiettivi di produzione e di riempimento del magazzino nei primi mesi di funzionamento. E i costi per finanziare i progetti di stoccaggio dell'energia nella torre sono in linea con le 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 prestazioni eccezionali. Noor III, installata dalla spagnola SENER e dalla cinese SEPCO, è la più grande centrale a torre operativa al mondo e la seconda per integrazione della tecnologia di stoccaggio di sale fuso.
Gli esperti ritengono che dati affidabili sulle prestazioni iniziali di Noor III in termini di produzione, flessibilità generativa e integrazione dello stoccaggio dovrebbero ridurre i problemi di affidabilità delle torri CSP e degli stoccaggi e abbattere i costi di capitale per i progetti futuri. In Cina, il governo ha già annunciato un programma per creare 6000 MW di CSP con stoccaggio. SolarReserve collabora con la società statale Shenhua Group, che si occupa della costruzione di centrali elettriche a carbone, per sviluppare una produzione di CSP con sale fuso da 1000 MW. Ma verranno costruite altre torri di stoccaggio? È un interrogativo.
Tuttavia, proprio nei giorni scorsi, la compagnia Heliogen, di proprietà di Bill Gates, ha dichiarato di aver fatto un progresso 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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Fonte: habr.com
