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Energia Solare Termodinamica

Luogo: ENEA
Data: 23/01/2007
Canale: Energia
Autori: Luciano De Martino

L'alta industrializzazione e l'utilizzo di petrolio, carbone e gas per la produzione di energia sono tra le cause dell'effetto serra, responsabile di importanti cambiamenti del clima e dell’ambiente. Trovare fonti di energia alternativa ai combustibili fossili è quindi la sfida per questo nuovo millennio.

Negli ultimi due secoli la trasformazione dei combustibili fossili in energia ha permesso la crescita di tutte le attività umane.
Le scoperte scientifiche e le loro applicazioni nell’industria, hanno innalzato il livello e la qualità della vita di molti. L’alta industrializzazione e l’utilizzo di petrolio, carbone e gas per la produzione di energia sono tra le cause dell’effetto serra, responsabile di importanti cambiamenti del clima e dell’ambiente.
Trovare fonti di energia alternativa ai combustibili fossili è quindi la sfida per questo nuovo millennio.
Gli specchi parabolici concentrano, maggiorandola di 80 volte, la radiazione solare su un tubo ricevitore posto nel fuoco della parabola.
Per concentrare i raggi solari la parabola si muove inseguendo il sole.
L’energia solare si converte in calore ad alta temperatura nel tubo ricevitore dove scorre un fluido composto da una miscela di sali fusi che durante il passaggio tra gli spechi accumula energia, arrivando ad una temperatura di 550°C.
Il tubo ricevitore ha uno speciale rivestimento selettivo sviluppato nei laboratori dell’ENEA, che assicura il massimo assorbimento della luce solare e la minima dispersione del calore verso l’esterno.
Per isolarlo dall’ambiente circostante, il tubo viene incapsulato in un cilindro di vetro mantenuto sotto vuoto.
Il fluido che scorre all’interno del tubo ricevitore è una miscela di sali fusi; 60 % di nitrato di sodio e 40% di nitrato di potassio che trasporta il calore ad alta temperatura.
La temperatura di lavoro della miscela scelta, varia tra 290° e 550°C permettendo una elevata capacità di accumulo termico.
Il fluido raggiunge poi un grande contenitore di accumulo detto serbatoio caldo.
Dal serbatoio caldo i sali fusi vengono inviati ad uno scambiatore di calore dove viene prodotto vapore che come nelle centrali elettriche tradizionali, aziona una turbina e genera energia elettrica.
Il fluido che ha ceduto parte del suo calore è convogliato in un serbatoio freddo a 290° C e quindi rimesso nel ciclo.
Il calore accumulato nel serbatoio caldo serve a compensare le irregolarità dell’irraggiamento solare e a fornire energia anche di notte.
In questo modo l’impianto produce energia elettrica anche in assenza di sole.

 


L’ENEA, l’Ente per le Nuove Tecnologie, l’Energia e l’Ambiente, fin dagli anni ottanta è impegnata in attività di ricerca per migliorare le tecnologie di sfruttamento delle fonti di energia rinnovabile.

Nel 2001 è stato avviato un ampio programma di ricerche e sviluppo per la realizzazione di impianti solari termodinamici a concentrazione di tipo innovativo, con i quali sarà possibile ottenere energia elettrica, senza emissioni di anidride carbonica con continuità cioè anche di notte o quando il cielo è coperto e a costi contenuti.
Nel maggio 2003 è iniziata presso il centro di Ricerche ENEA della Casaccia, nei pressi di Roma, la costruzione di un impianto prova dei collettori solari.
Dopo undici mesi di lavoro, l’impianto con il quale le parti più innovative sono provate in campo, nelle le stesse condizioni di lavoro di un grande impianto per la produzione di energia elettrica, è operativo.
Tutti i componenti sono stati realizzati in stretta collaborazione con l’industria per individuare le soluzioni migliori per una futura produzione in serie.
Gli specchi parabolici, con un’apertura di 5,76 m, adatti ad una produzione industriale, sono costituiti da pannelli “honeycomb”, a nido d’ape, di 2,5 cm di spessore, che presentano un’elevatissima rigidità.
Sulla parte interna di questi pannelli, aderisce un sottile specchio di vetro ad alta riflettività, che permette un fattore di concentrazione su un tubo ricevitore di oltre 82 soli, cioè come se sul quel tubo arrivassero contemporaneamente i raggi di 82 soli.
L’insieme di tali pannelli riflettenti è fissato ad una struttura di supporto, lunga 50 m che consente la rotazione dell’insieme per seguire il percorso del sole. Il tubo ricevitore situato sulla linea focale degli specchi, è costituito da una struttura coassiale di due cilindri concentrici, un tubo di vetro esterno di 11,5 cm di diametro e un tubo di acciaio interno da 7 cm di diametro all’intreno del quale circola una miscela di sali fusi.
Un opportuno rivestimento selettivo, sviluppato dall’ENEA, assicura il massimo assorbimento nello spettro della luce solare mentre riduce le emissioni di radiazione infrarossa generate dal tubo caldo.
Nel progetto ENEA, si è adottato come fluido termovettore una miscela di sali fusi, 60% di nitrato di sodio e 40% di nitrato di potassio.
Questo sale è largamente usato come fertilizzante, economico, comunemente reperibile e immagazzinabile senza problemi.
Il fluido, dopo il suo passaggio tra gli specchi parabolici, raggiunge una temperatura di 550° C ed è inviato al serbatoio caldo, un recipiente coibentato che funziona come un grande thermos e che limita le perdite di energia giornaliere ad un solo punto percentuale. Il calore accumulato dai sali fusi, all’interno del serbatoio, è pronto per essere utilizzato anche nei momenti di scarsa o nulla insolazione da un generatore di vapore per produrre energia elettrica.
La sala controllo è il cuore dell’impianto, al suo interno tecnici e ricercatori elaborano i dati di funzionamento che in tempo reale giungono ai monitor dei computer e valutano le operazioni da intraprendere.
Per mezzo di un complesso algoritmo, il computer centrale calcola la migliore inclinazione degli specchi ai fini della concentrazione.
Li muove, moderni girasoli che inseguono il sole.
553 metri quadri di pannelli riflettenti, strutture di sostegno con materiali e disegni innovativi.
40 tubi ricevitori.
Studi sulle miscele di sali fusi.
Un innovativo sistema di accumulo di calore.
Sistemi hardware e software di controllo sono il risultato di un’intensa attività di ricerca e anche un caso di successo nel trasferimento di knowhow dal mondo della ricerca all’industria italiana. Un modello che sarà replicato per gli altri componenti già in fase di studio e sperimentazione.

Ma è già pronto il passo successivo, la collaborazione tra ENEA e ENEL, porterà dall’impianto sperimentale alle porte di Roma, all’impianto di Priolo Gargallo vicino Siracusa, con il nome di Progetto Archimede.
Una potenza di 20 MW, 360 collettori parabolici installati.
Il nuovo impianto solare sarà in grado di fornire circa 60.000.00 kWh di energia elettrica all’anno.

L’impianto Archimede, integrerà la centrale ENEL a gas a ciclo combinato da 760 MW.
Gli specchi di Archimede non serviranno più per distruggere a distanza le navi dell’invasore romano, ma per produrre energia elettrica in quantità rilevanti senza emissioni di anidride carbonica in atmosfera e nel pieno rispetto dell’ambiente.

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