SOLARE TERMODINAMICO - Emilia Li Gotti Sandro Tomassetti www.ingemilialigotti.com
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SOLARE TERMODINAMICO
Emilia Li Gotti
Sandro Tomassetti
www.ingemilialigotti.com
ligotti@ligotti.it
Cenni storici Nel 212 a.C. durante la seconda guerra punica la città di Siracusa venne attaccata dall’esercito Romano guidato dal console Marcello. La leggenda racconta che Archimede difese la città con lo stratagemma degli specchi ustori.
Solare termodinamico per la produzione di energia elettrica da calore ad alta temperatura
SOLARE TERMODINAMICO
Frontiera nel panorama IAFR- Impianti
Alimentati da Fonti Rinnovabili
Sfrutta la componente diretta della
radiazione solare (DNI) , la concentra e
la riflette su ricevitori (puntuali o
longitudinali) all’interno dei quali
scorre un fluido termovettore che
veicola il calore assorbito circolando nel
campo solare raggiungendo elevate
temperature di esercizio.
La potenza termica, in uscita dal campo,
inviata ad un generatore assicura la
produzione di vapore surriscaldato per
la conversione in una unità
convenzionale di potenza in energia
elettrica da iniettare in rete.
Tecnologie 1) Collettore Parabolico Lineare 2) Fresnel 3) Sistema a Torre 4) Disco Parabolico Stirling
Nel Mondo 1781 MW in esercizio 2570 MW in costruzione 9211 MW annunciati
Tecnologia
Collettore InnovativaLineare
Parabolico Principio di Funzionamento
Collettore parabolico lineare ad inseguimento monoassiale (Parabolic Through)
-Specchi cilindro parabolici
(SCA- Solar Collector
Assembly) lunghi 100 m
- 3 SCA in serie su due file
parallele stringa di collettori
(600 m)
- Parallelo di stringhe campo
solare
Collettore Parabolico Lineare Principio di Funzionamento
Collettore Parabolico Lineare Principio di Funzionamento
Hourly Time Series
1,000
800
Direct Normal Radiation (W/m²)
600
400
200
0
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
INNOVAZIONE- Accumulo Termico e Sali
Accumulo Termico
Il sistema di accumulo
termico assicura la
continuità dell’esercizio
isola di
potenza impiantistico nelle ore in
cui la radiazione solare è
insufficiente al corretto
funzionamento
dell’impianto o nelle ore
notturne quando è
totalmente assente.
Efficiente : perdite termiche giornaliere < 1%
Affidabile
Economico Fluido termovettore e fluido di
stoccaggio
-Miscela di nitrati fusi (Nitrato di sodio
60% - Nitrato di potassio 40 %)
-Elevata conducibilità termica
-Elevate temperature di esercizio 600 °C
Tecnologia Innovativa
Fluido termovettore Fluido Termovettore
Organici
Olii minerali, al silicone e sali organici permettono risultati soddisfacenti quando la
temperatura massima d’esercizio non sia superiore ai 400 °C.
Temperature superiori causano degradazione fisica e dunque limitano l’efficienza complessiva
del ciclo vapore.
La richiesta per la messa in sicurezza di impianti che utilizzino fluidi organici, tra l’altro, tenuto
conto della loro elevata infiammabilità, non permette lo stoccaggio di energia, obbligando in tal
modo a due possibili scelte:
-realizzare una centrale di tipo “ibrido”, cioè combinata ad esempio con centrali termoelettriche
oppure a biomassa, che assicurino la continuità dell’esercizio impiantistico anche in assenza di
radiazione;
-utilizzare per l’accumulo termico, un fluido diverso da quello organico, optando per una
miscela di nitrati; in tal caso, però, in uscita dal campo solare sarà necessario predisporre uno
scambiatore di calore che realizzi lo scambio termico tra olio e sali, adatti , invece, allo
stoccaggio energetico.
Le temperature raggiunte dalla miscela di Sali > 550 °C comportano:
- riduzione del volume dei serbatoi di accumulo (2/3)
- riduzione del costo di investimento pari al 20% (vs Olio diatermico)
- aumento efficienza pari al 6 %Tecnologia Innovativa
Fluido termovettore Fluido Termovettore
Olio Vs Sali FusiFresnel (1-10 MWe) Principio di Funzionamento Superficie Riflettente Specchi piani Fluido Termovettore Sali Fusi/Olio Diatermico /Acqua Demineralizzata Temperature di esercizio < 400 °C La superficie riflettente secondaria, al di sopra del ricevitore longitudinale si rende necessaria al fine di evitare dispersione della luce riflessa dagli specchi primari. Il fluido termovettore può essere di diversa natura a seconda delle applicazioni e condizioni operative.
Torre Principio di Funzionamento 1) Campo di eliostati 2) HTF pompato a 290 °C 3) HTC riscaldato sino a 565 °C 4) Serbatoio di accumulo 5) Generatore di vapore 6) Turbina a vapore 7) Turboalternatore 8) Rete Elettrica
Torre Principio di Funzionamento
GEMASOLAR
P 20 MWe
Altezza Torre 140 m
Accumulo 15 h
Eliostati 2650
Energia Prodotta 110 GWhDisco Stirling Principio di Funzionamento
Il principio di funzionamento prevede la
concentrazione e la riflessione dell’energia solare
tramite disco specchiato, ad inseguimento biassiale,
sul ricevitore puntuale, cui spetta il compito di
trasferire al fluido di lavoro stipato nel motore
l’energia termica assorbita in calore per la
conversione in energia elettrica.
Un motore Stirling si rappresenta come un sistema
chiuso riempito di gas (idrogeno o elio)
ciclicamente raffreddato e scaldato.
Il lavoro di compressione del gas freddo e quello di
espansione quando caldo, non è equivalente,
essendo maggiore quello che deriva dalla
compressione, per cui dal ciclo termodinamico, si
ottiene lavoro utile, cioè energia meccanica dalla
variazione di pressione che agisce sui pistoni del DISCO
motore , necessaria alla produzione di energia PARABOLICO:
elettrica una volta convertita in un generatore o in - concentratore
un alternatore.
solare
Il limite, ovviamente, è dato dall’incapacità di - ricevitore
immagazzinare energia, a differenza degli altri - motore accoppiato
sistemi solari termodinamici.
al generatore StirlingFERA ITALIA- APPLICAZIONI
ZASOLI (Siracusa)
Termodinamico Integrato a Biomassa
Primo impianto al mondo
Potenza elettrica 200 kWe
Potenza termica Caldaia 1 MW
8000 heq/a
1,4 GWh/a
Biomassa 100% da scarti
di produzione agricola
Sistema di generazione
elettrica ciclo termodinamico
Vapore +ORC
Ottobre 2012 Febbraio 2013 Marzo 2013
Inizio Costruzione Lavori Allaccio in rete Inizio attività di
sperimentazioneFERA ITALIA- APPLICAZIONI
ZASOLI
Termodinamico Integrato a BiomassaFERA ITALIA- APPLICAZIONI
ZASOLI
Termodinamico Integrato a Biomassa
“Non solo godrà dell'incentivo
destinato alla produzione di energia
elettrica da solare termodinamico,
ma riceverà anche quello destinato
alla produzione di energia elettrica
da biomassa. E rappresenta una
reale opportunità di conversione
per gli impianti fotovoltaici già
autorizzati o in corso di
autorizzazione sfavoriti dal nuovo
sistema incentivante".FERA ITALIA- APPLICAZIONI
GUSPINI (Sardegna)
Impianto Commerciale CSPFERA ITALIA- APPLICAZIONI
Solar Cooling
COP (Coefficient of Performance) indica quanta energia frigorifera viene
prodotta dall’energia termica in entrata (es: un COP pari a 0.7 corrisponde alla
produzione di 0.7 kWhfr corrispondenti a un’energia termica in entrata di 1 kWtFERA ITALIA- APPLICAZIONI
Solar Cooling
ASSORBITORI: macchine che
trasformano il calore in entrata in
“freddo”.
Potenze tipiche diverse
centinaia di kW frigoriferi;
Temperature richieste (80°C -
140°C).
Poiché i tradizionali collettori
solari termici non permettono di
raggiungere temperature oltre
100-120°C, la soluzione migliore
è garantita mediante integrazione
con sistemi ad assorbimento ad
elevato COP con collettori solari
a concentrazione.Collettore Parabolico Lineare ITALIA- APPLICAZIONI
ARCHIMEDE
Impianto combinato con Centrale Termoelettrica (760 MWe)
54 Collettori 4,7 MWe Campo solare pari a 8 Ha 1,7 Ha/MW
L’energia solare raccolta dal campo CSP si utilizza per la produzione di vapore da
inviare ai gruppi turboalternatori.Collettore Parabolico Lineare ITALIA- APPLICAZIONI
ARCHIMEDE
Tubo Ricevitore
•Il tubo ricevitore in acciaio AISI 316 Ti, esige un rivestimento tale da assicurare una elevata
assorbanza e bassa emissività
il materiale, spettralmente selettivo che risponde alle richieste appena espresse è stato individuato nel
CERMET;
•Il tubo in vetro (BoSi), che contiene al suo interno quello in acciaio, sarà soggetto ad un trattamento
antiriflettente che renda minima la quantità di radiazione solare sul tubo non assorbita dunque persa
per riflessione;
•L’intercapedine tra tubo ricevitore e rivestimento in vetro deve caratterizzarsi di un certo grado di
sottovuoto (10-4 mbar) che assicuri una limitazione massima allo scambio termico verso l’esterno sia
per conduzione che per convezione;
•La presenza di soffietti metallici alle estremità del sistema ricevitore, in leghe speciali vetro-acciaio
rendono la struttura sicura in relazione alle escursioni di temperatura, dunque alle dilatazioni termiche
previste nell’esercizio impiantistico del sistema;Collettore Parabolico Lineare ITALIA- APPLICAZIONI
MAGGIO 2013
DEMO PLANT
Prima centrale
dimostrativa al mondo
stand alone a Sali fusi
1 loop da 600 m
DNI 1527 kWh/m2/aINNOVA ITALIA- APPLICAZIONI
MICROTERMODINAMICO
Cogenerativo TRINUM
Energia
elettrica
Energia
Termica
Trinum genera potenza elettrica (1kWe) e
produce energia termica (3 kWt).
Trinum produce ca. 2100 kWhe e 6400
kWht
Trinum può produrre fino a 12 kWhe e
1.000 litri di acqua calda al giorno.INNOVA ITALIA- APPLICAZIONI
MICROTERMODINAMICO
Cogenerativo TRINUM
Vantaggi
Cogenerazione (elettricità, acqua
calda)
40% più elettricità di 1 kW di
fotovoltaico
Non necessita di inverter
E’ totalmente riciclabile
Occupa la metà dello spazio di
sistemi di potenza equivalente
(fotovoltaico + solare termico)Collettore Parabolico Lineare ITALIA- APPLICAZIONI
Approvvigionamento Idrico
1) smaltimento di calore per il ciclo termodinamico Rankine;
2) pulizia delle superfici riflettenti;
3) produzione di acqua demineralizzata per l’alimentazione dell’isola di potenza.
Lo smaltimento del calore a bassa temperatura, può giovarsi di due tipologie di raffreddamento,
ciascuna caratterizzata da un differente apporto e consumo d’acqua:
1) circuito aperto zona limitrofa ad un corso d’acqua di sufficiente portata 110 m3/h per MWt
(la portata richiesta dovrà valutarsi in relazione alla massima quantità di potenza termica da
dissipare utile alla condensazione del vapore in uscita dalla turbina)
2) circuito chiuso a torri evaporative l’apporto idrico richiesto risulta notevolmente ridotto,
poiché parte del calore si dissipa mediante evaporazione. La portata d’acqua si attesta intorno ad
un valore di 2,30 m3/h per MWt.
Le operazioni manutentive per la pulizia delle superfici captanti, si effettuano settimanalmente, con
acqua naturale demineralizzata e con detergenti
La quantità d’acqua utilizzata, dipende, come è ovvio dal numero di collettori presenti sul campo
solare, tuttavia, può orientativamente indicarsi un valore pari a 0,036 m3/g a collettore, avendo
supposto un esercizio impiantistico continuativo nelle 24 h.
L’alimentazione con acqua demineralizzata per l’alimentazione del ciclo vapore, si calcola in
relazione alla potenza termica richiesta dalla turbina pari a circa 1,25 m3/giorno per MWt.Solare Termodinamico D.M. 6 Luglio 2012
D.M. 11 Aprile 2008 D.M. 6 Luglio 2012
Superficie Captante minima: 2.500 m Superficie Captante minima: non prevista
Capacità nominale di accumulo termico: Capacità nominale di accumulo termico:
1) pari a 1,5 kWht/m² se Superficie Captante > 50.000 m
1) pari a 1,5 kWht/m² per qualunque taglia
2) pari a 0,4 kWht/m² se Superficie Captante compresa tra
50.000 m e 10.000 m
3) pari a 0 kWht se Superficie Captante < 10.000 m
Frazione di Integrazione: non viene posta pari a zero nel caso Frazione di Integrazione: è posta pari a zero nel caso in cui si
in cui si utilizzi come fonte di integrazione una FER utilizzi come fonte di integrazione una FER
Tariffe incentivanti Tariffe incentivanti
Non viene riconosciuta la tariffa incentivante massima per gli Viene riconosciuta la tariffa incentivante massima per gli
impianti ibridi che utilizzino come fonte di integrazione una impianti ibridi che utilizzino come fonte di integrazione una
FER FER
Obiettivo nazionale di potenza nominale cumulativa Obiettivo nazionale di potenza nominale cumulativa
2.000.000 m di superficie captante entro il 2016 2.500.000 m di superficie captante entro il 2020
Tempistica per l’Accesso alle tariffe incentivanti : Tempistica per l’Accesso alle tariffe incentivanti :
14 mesi dalla data in cui verrà raggiunto il limite di superficie 24 mesi dalla data in cui verrà raggiunto il limite di superficie
captante cumulativa captante cumulativaSolare Termodinamico D.M. 6 Luglio 2012
Tariffe incentivanti (€/kWh) e frazioni di integrazione (Fint %)
D.M. 11 aprile 2008
Fino a 0,15 Tra 0,15 e 0,50 Oltre 0,50
Superficie captante ≥ 2.500 m²
0,28 0,25 0,22
D.M. 6 Luglio 2012*
Fino a 0,15 Tra 0,15 e 0,50 Oltre 0,50
Superficie captante ≤ 2.500 m²
0,36 0,32 0,30
Superficie captante > 2.500 m²
0,32 0,30 0,27
* Le tariffe incentivanti vengono ridotte del 5% per l’anno 2015 e di un ulteriore 5% per l’anno 2016 Solare Termodinamico Iter Autorizzativo-1
TABELLA RIASSUNTIVA ATTIVITA’ E TEMPI
FASE PROGETTO ATTIVITA’ Tempi (weeks)
Studio fattibilità -Verifica topografica 8
--Radiazione solare e
disponibilità
infrastrutturali
-Lay out preliminare
-Dimensionamento
impianto
-Producibilità annua
-Ricavi annui
-Costi in conto
capitale
-Costi O&M
-Business PlanSolare Termodinamico Iter Autorizzativo-2
FASE PROGETTO ATTIVITA’ Tempi
(weeks)
Procedimento Rilievo planialtimetrico 20-24
Progettazione generale impianto di
Autorizzativo produzione
(Autorizzazione Relazione Architettonica
Unica) Relazione sulle Opere di Fondazione
Computo metrico estimativo
Relazione di Dismissione Impianto
Relazione idraulica di smaltimento acque
Studio di Impatto Ambientale
Relazione di Incidenza Ambientale
Valutazione impatto acustico
Relazione di analisi impatto
elettromagnetico
Studio di ricaduta degli inquinanti al
suolo
Relazione Paesaggistica
Pratica parere Antincendio
Rapporto di sicurezza (Direttiva Seveso)
Piano di emergenza interno (Direttiva
Seveso)Solare Termodinamico Iter Autorizzativo-3
FASE PROGETTO ATTIVITA’ Tempi
(weeks)
Allacciamento alla Progettazione preliminare 8
rete elettrica Istruttoria per
l’allacciamento alla rete
elettrica (STMD)
ITB 12
Redazione
documentazione per Specifiche Tecniche
contratto EPC Standard di
progettazione/esecuzione
Parametri di garanzia e
modalità di testPuoi anche leggere
