L’estrazione e l’utilizzo dell’energia solare è una delle conquiste umane più importanti in termini energetici. La difficoltà principale ora non risiede nemmeno nella raccolta dell’energia solare, ma nel suo stoccaggio e distribuzione. Se questo problema potesse essere risolto, le industrie tradizionali dei combustibili fossili potrebbero essere ritirate.
SolarReserve è un'azienda che propone l'utilizzo del sale fuso nelle centrali solari e sta lavorando a una soluzione alternativa ai problemi di stoccaggio. Invece di utilizzare l’energia solare per generare elettricità e poi immagazzinarla in pannelli solari, SolarReserve propone di reindirizzarla verso dispositivi di accumulo termico (torri). La torre energetica riceverà e immagazzinerà energia. La capacità del sale fuso di rimanere in forma liquida lo rende un mezzo di accumulo termico ideale..
L'obiettivo dell'azienda è dimostrare che la sua tecnologia può rendere l'energia solare una fonte energetica conveniente che funziona 566 ore su XNUMX (come qualsiasi centrale elettrica a combustibili fossili). La luce solare concentrata riscalda il sale nella torre a XNUMX°C, che viene immagazzinato in un gigantesco serbatoio isolato finché non viene utilizzato per creare vapore per far funzionare la turbina.
Tuttavia, le prime cose prima.
Inizio
Il capo tecnologo di SolarReserve, William Gould, ha trascorso più di 20 anni a sviluppare la tecnologia CSP (energia solare concentrata) a sale fuso. Negli anni '1990 è stato project manager per l'impianto dimostrativo Solar Two, sostenuto dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, nel deserto del Mojave. Dieci anni prima, lì era stata testata una struttura che confermava i calcoli teorici sulla possibilità di produrre energia commerciale utilizzando gli eliostati. La sfida di Gould era sviluppare un progetto simile che utilizzasse sale riscaldato invece del vapore e trovare prove che l'energia potesse essere conservata.
Quando ha scelto un contenitore per immagazzinare il sale fuso, Gould ha vacillato tra due opzioni: un produttore di caldaie con esperienza nelle tradizionali centrali elettriche a combustibili fossili e Rocketdyne, che produceva motori a razzo per la NASA. La scelta è stata fatta a favore degli scienziati missilistici. In parte perché Gould aveva lavorato all'inizio della sua carriera come ingegnere nucleare per il gigante edile Bechtel, lavorando sui reattori di San Onofre in California. E credeva che non avrebbe trovato una tecnologia più affidabile.
L'ugello di un motore a reazione, da cui fuoriescono i gas caldi, è in realtà costituito da due gusci (interno ed esterno), nei canali fresati dei quali vengono pompati i componenti del carburante in fase liquida, raffreddando il metallo e impedendo all'ugello di sciogliersi. L'esperienza di Rocketdyne nello sviluppo di dispositivi simili e nel lavoro nella metallurgia ad alta temperatura è stata utile nello sviluppo della tecnologia per l'utilizzo del sale fuso in una centrale solare.
Il progetto Solar Two da 10 MW ha funzionato con successo per diversi anni ed è stato disattivato nel 1999, confermando la fattibilità dell'idea. Come ammette lo stesso William Gould, il progetto presentava alcuni problemi che dovevano essere risolti. Ma la tecnologia di base utilizzata in Solar Two funziona anche in stazioni moderne come Crescent Dunes. La miscela di sali nitrati e le temperature di esercizio sono identiche, l'unica differenza è nella scala della stazione.
Il vantaggio della tecnologia a sale fuso è che consente di fornire energia su richiesta, non solo quando splende il sole. Il sale può trattenere il calore per mesi, quindi occasionali giornate nuvolose non influiscono sulla disponibilità di elettricità. Inoltre, le emissioni della centrale elettrica sono minime e, naturalmente, non vengono creati rifiuti pericolosi come sottoprodotto del processo.
Principi di lavoro
La centrale solare utilizza 10 specchi (eliostati) distribuiti su 347 ettari (l'equivalente di oltre 647,5 campi da calcio) per concentrare la luce solare su una torre centrale, alta 900 metri e piena di sale. Questo sale viene riscaldato dai raggi del sole fino a 195°C e il calore viene immagazzinato e poi utilizzato per convertire l'acqua in vapore e far funzionare i generatori per produrre elettricità.
Gli specchi sono chiamati eliostati perché ciascuno può inclinarsi e ruotare per dirigere con precisione il fascio di luce. Disposti in cerchi concentrici, concentrano la luce solare su un “ricevitore” in cima alla torre centrale. La torre stessa non si illumina; il ricevitore è nero opaco. L'effetto bagliore avviene proprio grazie alla concentrazione della luce solare che riscalda il contenitore. Il sale caldo scorre in un serbatoio in acciaio inox con una capacità di 16mila m³.
eliostato
Il sale, che a queste temperature assomiglia e scorre in modo molto simile all'acqua, passa attraverso uno scambiatore di calore per produrre vapore per azionare un turbogeneratore standard. Il serbatoio contiene abbastanza sale fuso per far funzionare il generatore per 10 ore. Ciò equivale a 1100 megawattora di stoccaggio, ovvero quasi 10 volte di più rispetto ai più grandi sistemi di batterie agli ioni di litio installati per immagazzinare energia rinnovabile.
Difficile
Nonostante la promessa dell’idea, non si può dire che SolarReserve abbia raggiunto il successo. In molti modi, l’azienda è rimasta una startup. Sebbene la startup sia energica e brillante in tutti i sensi. Dopotutto, la prima cosa che vedi quando guardi verso la centrale elettrica di Crescent Dunes è la luce. Così luminoso che è impossibile guardarlo. La fonte luminosa è una torre alta 195 metri, che svetta orgogliosa sui territori desertici del Nevada a circa metà strada tra la cittadina di Reno e Las Vegas.
Come appariva la centrale elettrica nelle diverse fasi della costruzione
2012, inizio della costruzione
2014, il progetto è quasi terminato
Dicembre 2014, Crescent Dunes è quasi pronto per l'uso
Stazione pronta
A circa un'ora di macchina da qui si trova la famosa Area 51, una struttura militare segreta che tutta Internet ha minacciato di prendere d'assalto quest'estate per “salvare” gli alieni dalle mani del governo americano. Questa vicinanza porta al fatto che i viaggiatori che vedono un bagliore insolitamente luminoso a volte chiedono ai residenti locali se hanno assistito a qualcosa di insolito o addirittura alieno. E poi sono sinceramente sconvolti 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 con prestiti del governo e investimenti da parte di NV Energy, la principale società di servizi pubblici del Nevada. E la centrale è stata costruita nel 2015, circa due anni dopo il previsto. Ma anche dopo la costruzione non tutto è andato liscio. Ad esempio, nei primi due anni, pompe e trasformatori per eliostati, che non erano abbastanza potenti, spesso si rompevano e non funzionavano correttamente. Pertanto, la produzione di energia a Crescent Dunes è stata inferiore a quanto pianificato nei primi anni di attività.
C'era un'altra difficoltà: con gli uccelli. Cadendo sotto la “vista” della luce solare concentrata, lo sfortunato uccello . Secondo i rappresentanti di SolarReserve, la loro centrale elettrica è riuscita a evitare la “cremazione” regolare e di massa degli uccelli. Un piano speciale è stato sviluppato in collaborazione con diverse organizzazioni nazionali per mitigare qualsiasi potenziale minaccia alla centrale elettrica. Questo programma è stato approvato nel 2011 ed è progettato per ridurre i potenziali rischi per uccelli e pipistrelli.
Ma il problema più grande per Crescent Dunes è stata una perdita in un serbatoio di stoccaggio del sale caldo scoperta alla fine del 2016. La tecnologia utilizza un anello gigante sostenuto da tralicci sul fondo del serbatoio per distribuire il sale fuso mentre scorre da un recipiente. I piloni stessi dovevano essere saldati al pavimento e l'anello doveva essere in grado di muoversi poiché i cambiamenti di temperatura causano l'espansione/contrazione dei materiali. Invece, a causa di un errore degli ingegneri, il tutto è stato saldato saldamente insieme. Di conseguenza, con i cambiamenti di temperatura, il fondo del serbatoio si afflosciava e perdeva.
La fuoriuscita di sale fuso in sé non è particolarmente pericolosa. Quando colpiva lo strato di ghiaia sotto la vasca, il materiale fuso si raffreddava immediatamente, trasformandosi in sale. Tuttavia, la chiusura della centrale si è protratta per otto mesi. Sono state studiate le cause della perdita, i responsabili dell'incidente, le conseguenze dell'emergenza e altre questioni.
I problemi di SolarReserve non sono finiti qui. Le prestazioni dell'impianto sono scese al di sotto dell'obiettivo nel 2018, con un fattore di capacità medio del 20,3% rispetto a un fattore di capacità pianificato del 51,9%, C. Di conseguenza, il National Renewable Energy Laboratory (NREL) degli Stati Uniti ha avviato uno studio sui costi di 12 mesi di il CSP del progetto, concentrandosi sui problemi di performance e sui costi imprevisti. Di conseguenza, la società è stata prima denunciata e costretta a cambiare gestione, e nel 2019 è stata completamente costretta ad ammettere la propria .
Non è ancora finita
Ma anche questo non ha posto fine allo sviluppo della tecnologia. Dopotutto, ci sono progetti simili in altri paesi. Tecnologie simili, ad esempio, vengono utilizzate nel Parco Solare Mohammed bin Rashid Al Maktoum, la più grande rete mondiale di centrali solari, riunite in un unico spazio a Dubai. O, diciamo, il Marocco. Ci sono ancora più giornate soleggiate che negli Stati Uniti e quindi l'efficienza della centrale elettrica dovrebbe essere maggiore. E i primi risultati dimostrano che effettivamente è così.
La torre CSP Noor III da 150 MW in Marocco ha superato gli obiettivi di prestazioni e capacità di stoccaggio nei primi mesi di attività. E il costo del finanziamento dei progetti di stoccaggio energetico delle torri è in linea con le proiezioni previste, assicura Xavier Lara, consulente senior presso CSP Engineering Group Empresarios Agrupados (EA).
Centrale elettrica Noor III
Messa in servizio nel dicembre dello scorso anno, la centrale Noor III ha dimostrato prestazioni notevoli. Noor III, installato dalla spagnola SENER e dalla società cinese di costruzioni energetiche SEPCO, è il più grande impianto a torre operativo al mondo e il secondo a integrare la tecnologia di stoccaggio del sale fuso.
Gli esperti ritengono che i solidi dati iniziali di Noor III su prestazioni, flessibilità di generazione e integrazione dello storage dovrebbero ridurre i problemi di affidabilità delle torri CSP e dello storage e abbassare il costo del capitale per i progetti futuri. In Cina il governo ha già annunciato un programma per realizzare 6000 MW di CSP con accumulo. SolarReserve sta collaborando con il gruppo statale Shenhua, che costruisce centrali elettriche a carbone, per sviluppare 1000 MW di generazione di sali fusi CSP. Ma tali torri di stoccaggio continueranno a essere costruite? Domanda.
Tuttavia, proprio l'altro giorno, la società Heliogen, di proprietà di Bill Gates, ha annunciato la sua svolta nell'uso dell'energia solare concentrata. L'eliogeno è stato in grado di aumentare la temperatura da 565°C a 1000°C. Si apre così la possibilità di utilizzare l’energia solare nella produzione di cemento, acciaio e prodotti petrolchimici.
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Fonte: habr.com