IMPIANTO CON DUE SERBATOI DI SOLO SOLAR SALT

Il sistema di accumulo a due serbatoi può utilizzare sale fuso sia come fluido termovettore che come fluido di stoccaggio per l’energia termica; viene detto in questo caso fluido ad “alta temperatura” (circa 550°C). In alternativa, nel caso di accumulo a “bassa temperatura”, nei collettori solari scorre olio diatermico ed è necessaria la presenza di uno scambiatore olio-sali; fluido termovettore e fluido di stoccaggio sono differenti.

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I sistemi possono essere quindi di due tipologie: - accumulo diretto;

- accumulo indiretto.

In entrambi i casi non si ha a che fare con materiali a cambiamento di fase e il processo di accumulo è garantito dalla presenza di due serbatoi: caldo e freddo (per serbatoi si intendono serbatoi di sali fusi non di olio diatermico, del quale non viene considerato il contenitore).

- Il sistema di accumulo indiretto a doppio serbatoio [23]

Tale sistema di accumulo a sali fusi costituisce la configurazione più conservativa; prevede infatti l’impiego di due serbatoi in cui sono stoccati in luoghi fisicamente distinti il fluido caldo e quello freddo e viene utilizzato olio diatermico nei collettori solari come fluido termovettore.

Tale tecnologia è già commercialmente sfruttata nell’industria pesante (settore metallurgico in particolare) e sta prendendo piede anche nel settore di produzione dell’energia, in quanto rappresenta la tecnologia su cui sono già presenti numerose informazioni di progettazione in letteratura .

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tradizionale, deve prevedere la presenza di uno scambiatore tra l’olio termovettore, scaldato nel campo specchi, ed i sali di stoccaggio; si vengono quindi a creare tre circuiti separati fisicamente, ma in sinergia termodinamica: il circuito olio, il circuito sali e quello vapore [24].

Il circuito sali costituisce il sistema di accumulo in cui sono localizzati i due serbatoi di stoccaggio, le pompe di movimentazione poste in testa ai serbatoi, e lo scambiatore considerato facente parte del sistema.

Il circuito olio collega invece i collettori del campo solare con gli scambiatori e mette in comunicazione il sistema di accumulo con il generatore di vapore.

Il terzo circuito è quello del vapore che rappresenta il ciclo di potenza.

Il sistema di accumulo prevede due serbatoi, che si differenziano per le temperature di funzionamento, e delle pompe che mettono in moto i sali nel relativo circuito. La temperatura del serbatoio caldo si attesta sui 384°C, limitata dall’uso dell’olio nel circuito solare, mentre il serbatoio freddo presenta una temperatura media di circa 292°C.

In presenza di irraggiamento l’olio attraversa i collettori e viene riscaldato dalla radiazione solare; transita poi, secondo il funzionamento operativo desiderato e la radiazione incidente, attraverso il generatore di vapore e/o lo scambiatore trasferendo la sua energia sensibile al sale del circuito di accumulo. I due processi di carico/scarico e produzione di vapore sono completamente svincolati, e consentono una produzione elettrica controllabile a prescindere dalla disponibilità dell’irraggiamento solare.

Questa configurazione del ciclo presenta l’evidente svantaggio della temperatura massima limitata dal cracking dell’olio diatermico (circa 384 °C); questa caratteristica comporta l’uso di serbatoi molto grandi con costi elevati oltre al costo aggiuntivo dello scambiatore olio-sali.

- Il sistema di accumulo diretto a doppio serbatoio.

Il secondo caso analizzato prevede sempre l’uso di un sistema di accumulo a due serbatoi ma con sale fuso come fluido termovettore nel circuito solare. Si tratta di un impianto a ciclo diretto in cui il fluido termovettore coincide con quello di accumulo; in questo modo il circuito solare e quello di accumulo rimangono accoppiati per cui non c’è la necessità di utilizzare uno scambiatore aggiuntivo, come nel caso precedente.

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La presenza delle valvole a tre vie permette di regolare il sale che deve alimentare il ciclo a vapore e quello che invece va stoccato.

Figura 5.2 - Impianto di accumulo diretto a doppio serbatoio (fonte: 22).

Questa tipologia di impianto a sali fusi (Figura 5.2) trova i suoi punti di forza

nella possibilità di raggiungere temperature elevate di esercizio, attorno ai 550°C, e nella capacità dei sali fusi di accumulare l’energia termica in serbatoio di accumulo.

In questo caso è prevista la presenza di due cicli di funzionamento, uno per la cattura dell’energia solare ed uno per la generazione del vapore: il circuito sali e il circuito vapore.

Il primo circuito è caratterizzato dalla presenza di due serbatoi di accumulo per i sali fusi, da cui si dipartono il sistema di collegamento al campo solare e al generatore di vapore; la presenza di opportune pompe assicura la circolazione del fluido termovettore.

Il secondo circuito invece costituisce il ciclo Rankine che consente la conversione dell’energia termica in energia elettrica.

Anche in questo caso i due serbatoi si differenziano per la temperatura media del sale che viene accumulato al loro interno; le temperature medie dei sono 550°C e 292°C.

In presenza di irraggiamento sufficiente il sale viene pompato dal serbatoio freddo al circuito del campo solare dove circolando all’interno dei collettori solari si scalda fino a 550 °C; il sale in uscita dal campo viene poi inviato in parte al serbatoio caldo e in parte al generatore di vapore. In assenza di irraggiamento o con un irraggiamento che non consente la piena produzione di vapore, il sale viene prelevato dal

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ritorna al serbatoio freddo.

La concezione innovativa di questa tipologia di impianto offre i seguenti vantaggi rispetto al caso con due serbatoi a bassa temperatura:

- riduzione dei costi legata alla riduzione delle dimensioni dei serbatoi e all’utilizzo di uno scambiatore in meno;

- maggiore temperatura di esercizio e quindi più alti rendimenti di conversione; - liquido termovettore non infiammabile;

- sistema di accumulo termico che consente il funzionamento dell’impianto senza richiedere l’integrazione con combustibili fossili.

Grazie a questi numerosi e rilevanti vantaggi la tecnologia appena illustrata rappresenta quella più utilizzata in ambito della produzione di energia elettrica e verrà in seguito utilizzata come soluzione impiantistica di paragone rispetto a quella più innovativa che sfrutta i materiali a cambiamento di fase. Inoltre verrà illustrata la procedura di modellazione per l’implementazione di un programma di simulazione per tale tecnologia di accumulo.