Immaginate una distesa di specchi estesa come 25 campi da calcio, con al centro due grandi serbatoi e una piccola costruzione da cui partono linee elettriche ad alta tensione. Entro tre anni questo scenario potrebbe diventare realtà: è iniziata a Priolo Gargallo, in provincia di Siracusa, la costruzione della prima centrale elettrica integrata a energia solare e gas naturale. Sarà l’ultima tappa del progetto Archimede, il piano di sviluppo di nuove tecnologie per la produzione di elettricità dall’energia solare elaborato dall’ENEA.
Il principio di funzionamento è familiare a chiunque abbia giocato da bambino con una lente di ingrandimento: concentrando i raggi solari su una superficie molto piccola (chiamata fuoco) è possibile ottenere temperature molto alte (e combinare guai per casa). Al posto delle lenti, le centrali utilizzano specchi di grande precisione che riescono a raggiungere temperature di parecchie centinaia di gradi. Il risultato finale è quello di produrre vapore, che viene mandato a un turbina per generare elettricità. Una tecnologia tutto sommato semplice, che deve però vedersela con un grosso limite: la luce solare è disponibile solo di giorno (senza contare il cattivo tempo); poiché l’energia elettrica va prodotta nel momento in cui è richiesta, una centrale solare, senza l’aiuto di altre fonti energetiche, rischierebbe di lasciare al buio i propri utenti al calare del sole o alla prima giornata nuvolosa. Per ovviare a questo inconveniente, a Priolo sarà sperimentato un serbatoio di accumulo in cui conservare il calore concentrato dagli specchi per utilizzarlo in seguito in funzione della richiesta di energia.
A immagazzinare il calore sarà una miscela liquida di sali di potassio e sodio, un composto poco costoso e a basso impatto ambientale, attualmente usato come concime di origine naturale. In precedenza si utilizzava un olio minerale infiammabile e tossico, e per motivi di sicurezza non era possibile realizzare un serbatoio di accumulo. Inoltre, i sali sono in grado di lavorare a temperature più alte, aumentando l’efficienza dell’impianto: a Priolo si raggiungeranno i 550° C, contro i 390°C delle centrali attualmente in funzione, come la centrale di Kramer Junction nel deserto del Mojave (California). I sali fusi verranno scaldati passando all’interno di tubi che si trovano proprio nel fuoco degli specchi. La miscela che verrà utilizzata a Priolo è già stata collaudata negli impianti di Solar Two, realizzati sempre in California. Qui, a differenza di ciò che accadrà a Priolo, gli specchi concentrano i raggi solari su un ricevitore posto alla cima di una torre, alta 85 metri. Per aumentare il numero degli specchi e la potenza di impianti di questo tipo è però necessario costruire torri sempre più alte, perché queste siano raggiungibili anche dagli specchi più lontani. Esistono progetti per torri da 200 metri di altezza, ma le difficoltà di realizzazione sono enormi, anche perché per concentrare i raggi esattamente sulla sommità della torre occorrerebbero specchi estremamente precisi e costosi.
La riduzione dei costi è invece un’altra linea guida del progetto Archimede: l’intero sistema di specchi è stato ideato per ridurre le spese di costruzione, installazione e manutenzione. Il tutto senza pregiudicare eccessivamente le prestazioni, perché gli specchi sono il cuore del sistema: devono concentrare i raggi solari in un area molto piccola e con la massima precisione possibile, resistendo alle sollecitazioni del vento e alle intemperie per 30 anni, la durata prevista di funzionamento della centrale. Il vento è il nemico più temibile, perché gli specchi deformandosi disperdono i raggi solari; dalle simulazioni eseguite al computer i collettori dovrebbero rimanere efficienti fino a velocità di 50 km/h. Al di sopra di questa velocità gli specchi vengono ripiegati per evitare danni alle strutture di sostegno. Anche il tubo al cui interno scorrerà la miscela di sali fusi è stato interamente riprogettato per resistere a una temperatura di quasi 600°C senza deformarsi. In queste condizioni anche il semplice contatto con l’acqua piovana fredda provoca un vero e proprio shock termico, che il tubo dovrà essere in grado di sopportare senza danni.
Il Progetto Archimede, lanciato dall’ENEA nel 2001, ha già portato nel 2003 alla realizzazione di un piccolo impianto sperimentale da 4 MW presso Montalto di Castro. La centrale di Priolo Gargallo è entrata in servizio nel 1979 ed è alimentata a gas naturale. L’impianto solare che verrà costruito ne aumenterà la potenza di 20 MW (la potenza attuale è di circa 750 MW), quanto basta per alimentare una cittadina di circa 20.000 abitanti. L’investimento previsto per i lavori è di 50 milioni di euro, suddiviso fra ENEL ed ENEA. Secondo le previsioni, la produzione di 1 kWh di energia costerà poco meno di 8 eurocent, ma in futuro l’installazione di più impianti in serie potrebbe far scendere il prezzo fino a 3 eurocent, confrontabile con il prezzo dell'energia ricavata dai combustibili fossili che negli ultimi 4 anni è oscillato tra i 2 e i 5 eurocent al kWh.
Priolo sarà la prima dimostrazione su scala industriale della nuova tecnologia che «dovrà ottenere energia pulita e continuamente disponibile - dice Rubbia -, un salto tecnologico che permetterà, se utilizzato su scala adeguata, di contribuire in modo determinante ad una maggiore indipendenza energetica e alla riduzione dei gas serra», primo fra tutti il biossido di carbonio, le cui emissioni, sulla base degli impegni del protocollo di Kyoto, dovrebbero tornare ai livelli del 1990 entro il periodo 2008-2012. La carta vincente dell’energia solare è la sua versatilità: poiché una centrale è costituita da molti moduli di base identici, variandone il numero è possibile ottenere la potenza che si desidera (a patto di avere sufficiente terreno libero). Usando la medesima tecnologia di base si possono realizzare piccoli impianti destinati a servire isole o località difficilmente raggiungibili, oppure vere e proprie centrali collegate alla rete. Oltre che per la produzione di elettricità, il calore accumulato potrebbe anche essere usato in processi industriali come la produzione di vari derivati del petrolio o di gas artificiale. Le prospettive non si esauriscono qui: l’Africa settentrionale costituirebbe una zona ideale per la costruzione di grandi impianti. La maggiore insolazione della zona e il passaggio alla produzione in serie dei vari componenti permetterebbero infatti di ridurre ancora i costi. Ad esempio, una centrale con una superficie di raccolta di poco più di 3 km2 arriverebbe a produrre una potenza di 400MW al costo di soli 3 eurocent al kWh. Ma per avere energia elettrica dal deserto del Sahara occorrerà pazientare ancora un po’.
Luca Antonelli
Il progetto “Archimede” prevede di integrare in un’unica centrale elettrica un impianto solare termodinamico con un ciclo combinato a gas. Grazie a un sistema di specchi parabolici i raggi solari sono concentrati su tubi ricevitori all’interno dei quali scorre un fluido termovettore (miscela di sali fusi) che si scalda fina a 550°C (1). Raggiunta questa temperatura di esercizio i sali fusi sono convogliati in un serbatoio “caldo” (2) dimensionato in modo da accumulare l’energia calorica necessaria al funzionamento del sistema anche nei periodi di mancata insolazione. Questa energia viene utilizzata all’interno di uno scambiatore (3), dove parte del calore dei sali fusi è ceduto per la generazione di vapore alla temperatura di 530°C. Lo scambio di energia calorica abbassa la temperatura del fluido termovettore che viene raccolto in un serbatoio “freddo” a 290°C (4) prima di essere re-immesso nel ciclo. Il vapore generato con questo sistema è utilizzato all’interno di un turbo alternatore (5) per la produzione di energia elettrica che, a questo punto, può essere immessa in rete (6). Nel caso in cui il Sole fosse indisponibile per diversi giorni, la produzione di elettricità sarà garantita da un ciclo combinato a gas (7). Il gruppo alternatore per la produzione di energia elettrica è lo stesso mentre la generazione del vapore avviene grazie a caldaie alimentate a gas. In questo caso i fumi residui della combustione dovranno essere immessi in atmosfera (8).
(Paolo Gritti)
| Grandezza | Unità di misura | Valore |
|---|---|---|
| Numero di specchi | 360 | |
| Superficie totale degli specchi | m2 | 199.000 |
| Energia termica raccolta annualmente | GWh | 179,4 |
| Energia elettrica prodotta annualmente | GWh | 59,2 |
| Rendimento medio annuo | % | 16,4 |
| Potenza elettrica nominale | MW | 20,8 |
| Capacità di accumulo termico | MWh | 600 |
| Petrolio risparmiato annualmente | kg | 13 milioni circa |
| Emissioni di CO2 evitate annualmente | kg | 40 milioni circa |
| Costo previsto | € | 50 milioni |
(Gianluca Fontana)
| Fonte | Metodo | |
|---|---|---|
| Geotermica | calore contenuto nella crosta terrestre | le acque sotterranee che vengono a contatto con rocce ad alta temperatura si riscaldano e in alcuni casi vaporizzano |
| Idroelettrica | ciclo dell'acqua; energia cinetica posseduta dal mare per la presenza di correnti marine, onde e maree | raccolta e convogliamento dell'acqua, conversione dell'energia idraulica in energia meccanica e quindi elettrica |
| Solare | energia solare sprigionata da rezioni nucleari e trasmessa sulla terra sotto forma di radiazione elettromagnetica | riscaldamento di un gas o di un liquido, oppure conversione diretta in elettricità sfruttando l'effetto fotovoltaico |
| Eolica | energia cinetica posseduta dal vento | girandole con due o tre pale sottragono energia cinetica alle particelle di aria con cui si scontrano |
| Biomassa | ogni sostanza organica di origine vegetale o animale: boschi e foreste naturali, piante coltivate appositamente per scopi energetici e rifiuti organici | processi di tipo chimico e biochimico |
| Idrogeno | non si tratta di una vera e propria fonte di energia perchè deve essere estratto dall'acqua (elettrolisi) o da combustibili fossili (steam reforming), con consumo di energia. Per questa ragione è considerato un “vettore” o un “accumulatore” di energia. Ciò è un pregio. Infatti, le fonti di energia rinnovabile hanno l'inconveniente di essere “aleatorie”: a volte non c'è vento, i fiumi non hanno portata ottimale, il sole è coperto. Altre volte queste fonti sono in eccesso e non si riesce ad accumularle. Sfruttando le caratteristiche di “accumulatore” di energia si possono rendere le fonti rinnovabili pienamente sfruttabili. | |
(Andrea De Bortoli)
A Tapio Station, nel Nuovo Galles del Sud (Australia), sorgerà una gigantesca torre solare alta un chilometro. Il funzionamento dell'impianto sarà completamente diverso da quello delle centrali dotate di specchi riflettenti: grazie a un'enorme "serra" composta di materiale trasparente e posta alla base della torre, verrà riscaldata una massa d'aria che sarà convogliata nel camino creato dalla torre, del diametro di 130 m, facendo girare 32 turbine. La centrale, che produrrà 200 MW, equivalenti al fabbisogno di 200.000 utenze domestiche, sarà pronta entro il 2007 e costerà almeno 380 milioni di euro.
(Erica Ferracane)
E adesso, dopo aver attentamente letto il servizio sul Progetto Archimede, siete pronti per cimentarvi con il nostro cruciverba! La soluzione si trova qui. Se invece volete il cruciverba stampabile su una pagina, lo potete scaricare in formato PDF qui
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(Laura Somà e Luca Antonelli)
11 giugno 2004