Il Solare a Concentrazione sta dimostrando di essere una tecnologia dal futuro interessante per il sistema energetico del nostro Paese. Oggi i numeri sono modesti, ma già il prossimo Conto Energia porta a 200 i MW di energia elettrica prodotta attraverso il solare termodinamico che possono godere della tariffa incentivante.
La tecnologia CSP (Concentrated Solar Power) però potrebbe lasciare i confini degli addetti ai lavori e diventare un settore importante per l'economia. L'Anest (Associazione nazionale energia solare termodinamica) in una recente audizione in Senato ha stimato in 30-50.000 i posti di lavoro che potrebbero nascere a seguito di una più larga adozione della tecnologia CSP. Tra i principali vantaggi di questa tecnologia vi è infatti la possibilità dell'accumulo e stoccaggio di energia, con la modulazione della trasmissione. In questo modo, il solare termodinamico consente il superamento del problema dei picchi di offerta non supportati dalla rete.
Volgendo lo sguardo all'Europa il panorama non è molto differente. La capacità installata è relativamente piccola: 0,430 GW in maggio 2010, circa lo 0,5% del totale installato anche se in costante aumento. La Commissione UE stima che potrebbero essere circa 20 GW installati entro il 2020, se verrà realizzata l'European Solar Industry Initiative (ESII).
Dove utilizzare la tecnologia CSP
Il solare termodinamico a concentrazione (CSP) è l'insieme delle tecnologie e dei sistemi finalizzati a convertire radiazione solare in energia elettrica, mediante processi di concentrazione ottica e cicli termodinamici. Tale tecnologia sfrutta solo la radiazione diretta e mal si presta, a parte casi particolari o applicazioni eminentemente termiche, alla realizzazione di impianti di piccole dimensioni. Per impianti di taglia attorno o superiori al MW e in zone a forte irraggiamento diretto, consente però costi di produzione dell’energia elettrica inferiori rispetto alla tecnologia fotovoltaica. Se guardiamo all’area euro-mediterranea, si può prevedere una sorta di integrazione fra la tecnologia fotovoltaica nelle aree, principalmente europee, meno dotate di radiazione diretta, e quella del solare termico a concentrazione nelle aree con più forte intensità di radiazione e per impianti di media-grande potenza (dal MW in su).
Si può affermare che alcune zone dell’Europa meridionale, in particolare della Spagna, ma anche dell’Italia meridionale, dispongono di una discreta potenzialità per sfruttare le tecnologie CSP ai fini di aumentare la quota rinnovabile di produzione elettrica. La Spagna in particolare si trova in una situazione favorevole, sia per la presenza di un potenziale significativo sia per la notevole esperienza acquisita con le attività sperimentali compiute, a partire dal 1981, presso la Plataforma Solar de Almeria, in forte sinergia con la Germania, quest’ultima sempre interessata alle energie rinnovabili.
Nel caso dell’Italia, l’ENEA ha iniziato questa attività di ricerca nel 2001. Secondo l'Anest entro i prossimi 10 anni l'Italia potrebbe raggiungere una potenza installata tra i 3.000 e i 5.000 MW. Attualmente un esempio italiano è dato dal Progetto Archimede, realizzato in collaborazione con l’ENEL nel sito siciliano di Priolo Gargallo. Produrrà circa 12 milioni di kWh elettrici all’anno, e la potenza installata di questo impianto è circa 6 MW elettrici. Questo comporta un risparmio di circa 2.600 tonnellate di petrolio, evitando di utilizzare impianti che bruciano combustibili fossili e, inoltre, una minore emissione di circa 8.000 tonnellate di CO2.
Le tecnologie disponibili
Nel mondo vi sono varie tipologie di impianti a tecnologia CSP:
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Impianti a collettori parabolici lineari: hanno complessivamente prodotto e immesso in rete ad oggi più di 13 TWh (miliardi di kWh);
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Impianti a torre centrale: l’impianto Solar Two è stato il primo a impiegare come fluido termovettore una miscela di “sali fusi”, costituita da un 60% di nitrato di sodio (NaNO3) e un 40% di nitrato di potassio (KNO3);
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Impianti con collettori a disco parabolico.
Gli impianti CSP trovano attualmente un’applicazione concreta solo nella produzione di elettricità. Secondo l'Anest l'introduzione di un sistema di incentivazione premiante per impianti di cogenerazione elettricità/calore-freddo potrebbe aprire anche questo fronte.
Relativamente alla produzione elettrica due sono i principali aspetti limitanti l’attuale tecnologia CSP:
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la temperatura raggiungibile
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la continuità di servizio.
Circa il primo punto, gran parte degli impianti commerciali attuali usano collettori parabolici lineari e utilizzano come fluido termovettore un olio sintetico. Questo tipo di fluido consente temperature operative non superiori a 400°C; ciò limita il rendimento termodinamico. Per quanto riguarda invece la continuità di esercizio, per rendere la produzione elettrica meno dipendente dalla variabilità intrinseca della fonte solare, la tecnologia attuale prevede di realizzare impianti “ibridi”, in cui al campo solare si affianca un bruciatore a gas che fornisce energia quando la radiazione solare è insufficiente. In alternativa si può utilizzare il calore solare per produrre vapore integrativo da utilizzare in un impianto termoelettrico convenzionale; in questo caso però la quota di produzione solare in rapporto al totale è, per motivi tecnici, relativamente bassa, generalmente dell’ordine del 1.
L'accumulo termico
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realizzare un accumulo termico a basso costo, in quanto i sali sono economici,non tossici e a limitato impatto ambientale (si tratta di fertilizzanti naturali) in caso di fuoriuscita accidentale;
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aumentare la temperatura all’uscita del campo solare fino a 550 °C, conaumento delle prestazioni del ciclo termodinamico di produzione elettrica. Si ricorda che nel caso degli oli sintetici la massima temperatura è invece limitata a circa 400 °C;
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avere vantaggi punto di vista dei costi.
Un’applicazione attuale della tecnologia CSP consiste nella produzione di idrogeno ottenuta tramite processi termochimici ad alta temperatura. In tal caso si ottengono rendimenti teorici dell’ordine del 46 % . Questa tipologia di processi è nota fin dagli anni settanta del secolo scorso, ma solo in questi ultimi anni è oggetto di rinnovato interesse, sulla spinta delle sempre più impellenti problematiche ambientali. La possibilità di alimentare termicamente tali cicli mediante energia solare rende questi processi produttivi completamente rinnovabili e quindi perfettamente compatibili con una strategia di sviluppo sostenibile. Ciò, combinato al basso costo e all’alta densità dei sali fusi, consente, già con la tecnologia attuale, di poter scendere a costi per l’accumulo dell’ordine di 15 €/kWht. In termini di produzione elettrica, si ottiene un costo specifico pari a 36 €/kWhe. In prospettiva si può arrivare a costi dell’ordine di 25 €/kWhe.
Questa tecnologia di accumulo risulta vantaggiosa rispetto ad altre forme di accumulo utilizzate nel campo della produzione elettrica, quali l’accumulo in bacini idraulici (impianti di pompaggio/turbinaggio) e l’accumulo elettrico con batterie, che presentano costi rispettivamente dell’ordine di 100 €/kWhe e di 100 – 1.000 €/kWhe.
Una ulteriore prerogativa dell’accumulo a sali fusi è che il rendimento di ciclo (carica-scarica) è elevatissimo, dell’ordine del 99%, dato che le perdite di calore da un serbatoio ben coibentato di grandi dimensioni sono contenute; viceversa gli altri sistemi citati hanno rendimenti di ciclo inferiori al 75%. L’impiego di sali fusi consente di produrre vapore ad alta temperatura, dell’ordine di 530°C, in grado di alimentare cicli a vapore con rendimenti di conversione termodinamica elevati (42-44% contro il 37,6% di un ciclo alimentato con vapore a 370°C, tipico di un impianto a olio) senza l’impiego di un risurriscaldatore a combustibile fossile.
Tutte queste argomentazioni fanno ritenere utile investire nella tecnologia CSP come componente energetico da integrare con le altre fonti energetiche rinnovabili e con l’idrogeno, garantendo elevati rendimenti e sostenibilità ambientale.
