ENERGIA SOLARE - Ecco l'energia rinnovabile tanto cercata
Una ditta americana sfrutta da anni l'energia del sole captata con collettori parabolici lineari, e la trasforma in elettricità con il solo aiuto di un modesto incentivo pubblico.
Il centro ricerche dell'ENEA ha migliorato questa tecnologia, aumentandone notevolmente il rendimento. E' stata trovata anche una soluzione per risolvere il problema della continuità della produzione, non con maggiori spese, ma con ulteriori risparmi.
Questi miglioramenti, una volta superata la fase sperimentale, renderanno conveniente l'energia elettro solare anche in un paese come l'Italia, che potrebbe così soddisfare una parte consistente del proprio fabbisogno energetico e diminuire le importazioni di petrolio.
Ma se l'energia elettrica solare può essere prodotta in Italia, a maggior ragione dovrebbe esserlo in tutti i paesi della fascia tropicale, dove le condizioni geografiche sono molto più favorevoli.
La tecnologia sviluppata dall'ENEA è anche una grossa opportunità per il nostro Paese, che potrebbe fare di questi impianti un nuovo settore della propria industria.
L'energia del Sole è abbondante, gratuita e inesauribile, ma poco concentrata. E ha anche un altro difetto, è fortemente discontinua. E' disponibile solo di giorno, viene meno quando il cielo è coperto dalle nuvole, e la sua intensità ha un andamento a campana: massima a mezzogiorno, minima alla mattina e alla sera.
I pannelli fotovoltaici trasformano direttamente la radiazione del Sole in energia elettrica, ma sono molto costosi e la produzione di energia è incostante. Per questo, nonostante l'interesse per una fonte di energia pulita, e nonostante che i pannelli fotovoltaici siano disponibili da 50 anni, il loro contributo ai consumi globali di energia è solo dello 0,038%.
Adesso però è ormai matura una tecnologia con la quale in un futuro molto vicino, e già fin d'ora nelle situazioni più favorevoli, sarà possibile sfruttare in maniera economicamente conveniente l'energia solare, e anche risolvere il problema della continuità della produzione, che rende poco pratiche sia l'energia eolica che quella fotovoltaica.
Già da molti anni una ditta americana, la Kramer Junction Company, produce 354 MW di energia con un impianto situato nel deserto di Mojave nel Sud della California. La radiazione solare viene intercettata da collettori parabolici che la riflettono e concentrano su tubi all'interno dei quali scorre un fluido che viene riscaldato. Se ne ottiene del vapore a 390 gradi che va ad investire le turbine con cui viene prodotta l'elettricità. La continuità della produzione, nei giorni in cui il sole è coperto dalle nubi, è assicurata da un bruciatore di metano che si accende automaticamente quando la temperatura del vapore scende al di sotto di un certo livello. La Kramer Junction Company è una ditta privata che vende l'energia elettrica sul mercato, e si avvale di un aiuto pubblico pari a 1,5 centesimi di dollaro al chilowattora. Ma l'impianto della ditta americana è ancora relativamente costoso e inefficiente.
Kramer Junction Company
L' ENEA (Ente per le Nuove Tecnologie, l'Energia e l'Ambiente) ha ulteriormente perfezionato questa tecnologia, e ha messo a punto un nuovo tipo di collettore realizzato con struttura rigida di facile montaggio, e con superfici ad alta riflettività e durata, in modo da ridurre i costi di manutenzione. Il fluido convettore che scorre all'interno del tubo posizionato lungo la linea focale, costituito finora da un olio tossico e infiammabile, è stato sostituito da una miscela di nitrati di sodio e di potassio, non tossici, più economici, e con una maggiore capacità termica.
Anche i tubi ricevitori sono stati migliorati, e sono costituiti da un tubo metallico incapsulato entro un involucro di vetro con intercapedine sotto vuoto per minimizzare le perdite termiche. Sono stati inoltre ricoperti con una vernice appositamente studiata per migliorare l'assorbimento del calore. Ciò ha consentito di innalzare sensibilmente la temperatura del fluido che scorre all'interno del tubo ricevitore.
La miscela di sali fusi ad alta temperatura viene immagazzinata in un grande serbatoio che fa da accumulatore termico. Poichè si tratta di grandi serbatoi, la dispersione del calore è minima.
Nelle otto ore in cui i collettori sono in funzione, i sali fusi ad alta temperatura vengono accumulati nel serbatoio, da dove vengono prelevati nel corso delle 24 ore. In questo modo le turbine possono essere tre volte più piccole, con relativi risparmi sui costi di impianto. Inoltre la produzione di elettricità viene svincolata dal ciclo della radiazione solare, e la capacità dei serbatoi potrebbe consentire il funzionamento delle turbine anche per più giorni di copertura nuvolosa.
Presso il laboratorio della Casaccia è stato realizzato un prototipo sperimentale costituito da un modulo lungo 100 metri con una superficie riflettente di m. 100 X 6.
Il passo successivo è la costruzione di un impianto sperimentale da 28 MW presso la centrale ENEL di Priolo Gargallo nei pressi di Siracusa, che avrà un rendimento medio annuo del 17,3 %. L'impianto sarà costituito da 318 moduli da 100 metri ciascuno e servirà a produrre vapore a 530 gradi che andrà ad aggiungersi al vapore prodotto dal ciclo combinato a gas esistente. Il campo solare occuperà una superficie totale di 37,6 ettari. Recentemente è stata programmata la costruzione del primo gruppo di 60 collettori, equivalente a circa 5 MW.
Anche la Spagna si sta dimostrando interessata a questi impianti solari. Ha in progetto impianti per 1000 MW, di cui quattro da 50 MW che sfrutteranno sistemi di accumulo a sali fusi. Il primo è già in costruzione a Guadix, nella provincia di Granada. La Spagna ha accolto a braccia aperte il prof. Carlo Rubbia, a cui si deve il progetto di ricerca italiano, dopo che era stato praticamente cacciato via dalla presidenza dell'ENEA (forse come ringraziamento per avere portato l'Italia all'avanguardia in questo settore potenzialmente così importante!).
La costruzione dei primi impianti sperimentali ha lo scopo di dare la possibilità alle aziende di mettere in produzione i vari elementi dell'impianto, e le ditte italiane si sono già accreditate per produrre componenti per il nascente mercato spagnolo.
In prospettiva, una volta superata la fase sperimentale, nella situazione ottimale del Nord Africa si potrebbero produrre 275 gigawattora all'anno per chilometro quadrato (contro i 144 dell'impianto di Siracusa) ad un costo di 4,5 centesimi di Euro per chilowattora.
Ma questi impianti potranno produrre energia elettrica in maniera economicamente conveniente anche nel Sud dell'Italia. Bisogna verificare la disponibilità di terreni adatti, la percentuale di copertura nuvolosa durante l'anno ecc. In Sicilia sarebbero sufficienti 13 km quadrati per produrre 1.000 MW elettrici (20 nel Sud della Puglia). Può sembrare molto, ma con una superficie di 13 km per 20 si potrebbe produrre circa un terzo di tutto il fabbisogno nazionale.
Se fosse possibile trovare nel Sud delle aree completamente improduttive e di scarso valore economico, e nello stesso tempo adatte all'installazione di questi specchi, si potrebbero "mettere a coltura" i terreni più improduttivi del Meridione. I prodotti di questa nuova coltivazione non sarebbero nè uva, nè ortaggi, nè grano duro, ma chilowatt elettrici. Quando i costi saranno gli stessi delle tradizionali centrali elettriche, ci sarebbe comunque il vantaggio di mantenere in Italia una larga parte dei capitali che ogni anno vengono spesi per l'importazione di petrolio; capitali che potrebbero invece servire per creare posti di lavoro e ricchezza nel nostro Paese.
La convenienza di questi impianti è data anche dal fatto che, una volta ammortizzati, continueranno a produrre energia praticamente gratis ancora per chissà quanto tempo. Sono quindi l'investimento ideale per chi voglia procurarsi una rendita a lunga scadenza, come un vitalizio o una pensione. Potrebbero essere proprio questi impianti la salvezza del nostro sistema pensionistico.
Con i collettori parabolici lineari si potrebbero realizzare anche piccole centrali costituite da pochi specchi o anche da un solo specchio, che potrebbero risultare molto utili specialmente nei paesi della fascia tropicale privi di una capillare rete elettrica. Basterebbe sostituire il tubo su cui si concentra la radiazione con un lungo e stretto pannello fotovoltaico. I pannelli fotovoltaici produrrebbero l'energia elettrica direttamente, senza bisogno di passare per le turbine. Il costo dei pannelli fotovoltaici è ancora molto alto, ma di pannelli ne servirebbe una quantità pari solamente a una trentesima parte della superficie di captazione degli specchi. Gli stessi supporti per la superficie riflettente, poi, potrebbero essere realizzati in maniera più semplice ed economica, e più adatta alle possibilità dei paesi meno sviluppati.
Impianti di questo tipo, di basso costo e molto più semplici da fabbricare e da gestire, potrebbero favorire la diffusione degli impianti termosolari completi di turbine, più grandi e complessi, ma dal rendimento più alto.
L'Italia, che ha sviluppato questa tecnologia, potrebbe trasformare gli impianti solari in un nuovo settore della propria industria. A parte il nostro, infatti, sono molti i paesi che hanno condizioni ambientali estremamente favorevoli, dal Marocco fino all'Australia. L'Italia potrebbe produrre componenti per l'esportazione, contribuendo anche a ridurre la domanda mondiale di idrocarburi. Le dimensioni di questo mercato potrebbero essere immense, così come la quantità di energia che se ne potrebbe ottenere. Ma è necessario investire di più negli impianti sperimentali per dare modo alle ditte italiane di crescere, e per rendere più veloce l'abbassamento dei costi.
Attualmente tutta l'energia che viene consumata al mondo sotto qualsiasi forma, è solo una sette millesima parte di quella che il Sole irradia sulla Terra. Per produrre questa energia, sarebbe sufficiente impegnare un territorio desertico della regione tropicale non più grande di un quadrato di 400 Km di lato (un francobollo sulla carta geografica del Sahara!).
In conclusione, quella dei collettori parabolici lineari sembra essere la tecnologia tanto cercata per sfruttare l'energia del Sole e sostituire almeno in parte i combustibili fossili. Auguriamoci che l'Italia sappia sfruttare l'occasione della sua posizione di avanguardia in una tecnologia che nei prossimi anni potrebbe avere una grande diffusione.
Ferrara, 25/1/2007
PS: la maggior parte dei dati sono stati ricavati dall'articolo "Il Sole concentrato" di Massimo Falchetta, Augusto Maccari e Mauro Vignolini, pubblicato sulla rivista Le Scienze del mese di Novembre 2003.
Vedi anche gli articoli:
Effetto serra, protocollo di Kyoto ed energia solare
Enel entra in Desertec, il maxi progetto per il sole del Sahara
Il centro ricerche dell'ENEA ha migliorato questa tecnologia, aumentandone notevolmente il rendimento. E' stata trovata anche una soluzione per risolvere il problema della continuità della produzione, non con maggiori spese, ma con ulteriori risparmi.
Questi miglioramenti, una volta superata la fase sperimentale, renderanno conveniente l'energia elettro solare anche in un paese come l'Italia, che potrebbe così soddisfare una parte consistente del proprio fabbisogno energetico e diminuire le importazioni di petrolio.
Ma se l'energia elettrica solare può essere prodotta in Italia, a maggior ragione dovrebbe esserlo in tutti i paesi della fascia tropicale, dove le condizioni geografiche sono molto più favorevoli.
La tecnologia sviluppata dall'ENEA è anche una grossa opportunità per il nostro Paese, che potrebbe fare di questi impianti un nuovo settore della propria industria.
L'energia del Sole è abbondante, gratuita e inesauribile, ma poco concentrata. E ha anche un altro difetto, è fortemente discontinua. E' disponibile solo di giorno, viene meno quando il cielo è coperto dalle nuvole, e la sua intensità ha un andamento a campana: massima a mezzogiorno, minima alla mattina e alla sera.
I pannelli fotovoltaici trasformano direttamente la radiazione del Sole in energia elettrica, ma sono molto costosi e la produzione di energia è incostante. Per questo, nonostante l'interesse per una fonte di energia pulita, e nonostante che i pannelli fotovoltaici siano disponibili da 50 anni, il loro contributo ai consumi globali di energia è solo dello 0,038%.
Adesso però è ormai matura una tecnologia con la quale in un futuro molto vicino, e già fin d'ora nelle situazioni più favorevoli, sarà possibile sfruttare in maniera economicamente conveniente l'energia solare, e anche risolvere il problema della continuità della produzione, che rende poco pratiche sia l'energia eolica che quella fotovoltaica.
Già da molti anni una ditta americana, la Kramer Junction Company, produce 354 MW di energia con un impianto situato nel deserto di Mojave nel Sud della California. La radiazione solare viene intercettata da collettori parabolici che la riflettono e concentrano su tubi all'interno dei quali scorre un fluido che viene riscaldato. Se ne ottiene del vapore a 390 gradi che va ad investire le turbine con cui viene prodotta l'elettricità. La continuità della produzione, nei giorni in cui il sole è coperto dalle nubi, è assicurata da un bruciatore di metano che si accende automaticamente quando la temperatura del vapore scende al di sotto di un certo livello. La Kramer Junction Company è una ditta privata che vende l'energia elettrica sul mercato, e si avvale di un aiuto pubblico pari a 1,5 centesimi di dollaro al chilowattora. Ma l'impianto della ditta americana è ancora relativamente costoso e inefficiente.
Kramer Junction CompanyL'
ENEA (Ente per le Nuove Tecnologie, l'Energia e l'Ambiente) ha ulteriormente perfezionato questa tecnologia, e ha messo a punto un nuovo tipo di collettore realizzato con struttura rigida di facile montaggio, e con superfici ad alta riflettività e durata, in modo da ridurre i costi di manutenzione. Il fluido convettore che scorre all'interno del tubo posizionato lungo la linea focale, costituito finora da un olio tossico e infiammabile, è stato sostituito da una miscela di nitrati di sodio e di potassio, non tossici, più economici, e con una maggiore capacità termica. Anche i tubi ricevitori sono stati migliorati, e sono costituiti da un tubo metallico incapsulato entro un involucro di vetro con intercapedine sotto vuoto per minimizzare le perdite termiche. Sono stati inoltre ricoperti con una vernice appositamente studiata per migliorare l'assorbimento del calore. Ciò ha consentito di innalzare sensibilmente la temperatura del fluido che scorre all'interno del tubo ricevitore.
La miscela di sali fusi ad alta temperatura viene immagazzinata in un grande serbatoio che fa da accumulatore termico. Poichè si tratta di grandi serbatoi, la dispersione del calore è minima.
Nelle otto ore in cui i collettori sono in funzione, i sali fusi ad alta temperatura vengono accumulati nel serbatoio, da dove vengono prelevati nel corso delle 24 ore. In questo modo le turbine possono essere tre volte più piccole, con relativi risparmi sui costi di impianto. Inoltre la produzione di elettricità viene svincolata dal ciclo della radiazione solare, e la capacità dei serbatoi potrebbe consentire il funzionamento delle turbine anche per più giorni di copertura nuvolosa.
Presso il laboratorio della Casaccia è stato realizzato un prototipo sperimentale costituito da un modulo lungo 100 metri con una superficie riflettente di m. 100 X 6.
Il passo successivo è la costruzione di un impianto sperimentale da 28 MW presso la centrale ENEL di Priolo Gargallo nei pressi di Siracusa, che avrà un rendimento medio annuo del 17,3 %. L'impianto sarà costituito da 318 moduli da 100 metri ciascuno e servirà a produrre vapore a 530 gradi che andrà ad aggiungersi al vapore prodotto dal ciclo combinato a gas esistente. Il campo solare occuperà una superficie totale di 37,6 ettari. Recentemente è stata programmata la costruzione del primo gruppo di 60 collettori, equivalente a circa 5 MW.
Anche la Spagna si sta dimostrando interessata a questi impianti solari. Ha in progetto impianti per 1000 MW, di cui quattro da 50 MW che sfrutteranno sistemi di accumulo a sali fusi. Il primo è già in costruzione a Guadix, nella provincia di Granada. La Spagna ha accolto a braccia aperte il prof. Carlo Rubbia, a cui si deve il progetto di ricerca italiano, dopo che era stato praticamente cacciato via dalla presidenza dell'ENEA (forse come ringraziamento per avere portato l'Italia all'avanguardia in questo settore potenzialmente così importante!).
La costruzione dei primi impianti sperimentali ha lo scopo di dare la possibilità alle aziende di mettere in produzione i vari elementi dell'impianto, e le ditte italiane si sono già accreditate per produrre componenti per il nascente mercato spagnolo.
In prospettiva, una volta superata la fase sperimentale, nella situazione ottimale del Nord Africa si potrebbero produrre 275 gigawattora all'anno per chilometro quadrato (contro i 144 dell'impianto di Siracusa) ad un costo di 4,5 centesimi di Euro per chilowattora.
Ma questi impianti potranno produrre energia elettrica in maniera economicamente conveniente anche nel Sud dell'Italia. Bisogna verificare la disponibilità di terreni adatti, la percentuale di copertura nuvolosa durante l'anno ecc. In Sicilia sarebbero sufficienti 13 km quadrati per produrre 1.000 MW elettrici (20 nel Sud della Puglia). Può sembrare molto, ma con una superficie di 13 km per 20 si potrebbe produrre circa un terzo di tutto il fabbisogno nazionale.
Se fosse possibile trovare nel Sud delle aree completamente improduttive e di scarso valore economico, e nello stesso tempo adatte all'installazione di questi specchi, si potrebbero "mettere a coltura" i terreni più improduttivi del Meridione. I prodotti di questa nuova coltivazione non sarebbero nè uva, nè ortaggi, nè grano duro, ma chilowatt elettrici. Quando i costi saranno gli stessi delle tradizionali centrali elettriche, ci sarebbe comunque il vantaggio di mantenere in Italia una larga parte dei capitali che ogni anno vengono spesi per l'importazione di petrolio; capitali che potrebbero invece servire per creare posti di lavoro e ricchezza nel nostro Paese.
La convenienza di questi impianti è data anche dal fatto che, una volta ammortizzati, continueranno a produrre energia praticamente gratis ancora per chissà quanto tempo. Sono quindi l'investimento ideale per chi voglia procurarsi una rendita a lunga scadenza, come un vitalizio o una pensione. Potrebbero essere proprio questi impianti la salvezza del nostro sistema pensionistico.
Con i collettori parabolici lineari si potrebbero realizzare anche piccole centrali costituite da pochi specchi o anche da un solo specchio, che potrebbero risultare molto utili specialmente nei paesi della fascia tropicale privi di una capillare rete elettrica. Basterebbe sostituire il tubo su cui si concentra la radiazione con un lungo e stretto pannello fotovoltaico. I pannelli fotovoltaici produrrebbero l'energia elettrica direttamente, senza bisogno di passare per le turbine. Il costo dei pannelli fotovoltaici è ancora molto alto, ma di pannelli ne servirebbe una quantità pari solamente a una trentesima parte della superficie di captazione degli specchi. Gli stessi supporti per la superficie riflettente, poi, potrebbero essere realizzati in maniera più semplice ed economica, e più adatta alle possibilità dei paesi meno sviluppati.
Impianti di questo tipo, di basso costo e molto più semplici da fabbricare e da gestire, potrebbero favorire la diffusione degli impianti termosolari completi di turbine, più grandi e complessi, ma dal rendimento più alto.
L'Italia, che ha sviluppato questa tecnologia, potrebbe trasformare gli impianti solari in un nuovo settore della propria industria. A parte il nostro, infatti, sono molti i paesi che hanno condizioni ambientali estremamente favorevoli, dal Marocco fino all'Australia. L'Italia potrebbe produrre componenti per l'esportazione, contribuendo anche a ridurre la domanda mondiale di idrocarburi. Le dimensioni di questo mercato potrebbero essere immense, così come la quantità di energia che se ne potrebbe ottenere. Ma è necessario investire di più negli impianti sperimentali per dare modo alle ditte italiane di crescere, e per rendere più veloce l'abbassamento dei costi.
Attualmente tutta l'energia che viene consumata al mondo sotto qualsiasi forma, è solo una sette millesima parte di quella che il Sole irradia sulla Terra. Per produrre questa energia, sarebbe sufficiente impegnare un territorio desertico della regione tropicale non più grande di un quadrato di 400 Km di lato (un francobollo sulla carta geografica del Sahara!).
In conclusione, quella dei collettori parabolici lineari sembra essere la tecnologia tanto cercata per sfruttare l'energia del Sole e sostituire almeno in parte i combustibili fossili. Auguriamoci che l'Italia sappia sfruttare l'occasione della sua posizione di avanguardia in una tecnologia che nei prossimi anni potrebbe avere una grande diffusione.
Ferrara, 25/1/2007
PS: la maggior parte dei dati sono stati ricavati dall'articolo "Il Sole concentrato" di Massimo Falchetta, Augusto Maccari e Mauro Vignolini, pubblicato sulla rivista Le Scienze del mese di Novembre 2003.
Vedi anche gli articoli:
Effetto serra, protocollo di Kyoto ed energia solare Enel entra in Desertec, il maxi progetto per il sole del Sahara
