Sistema solare termico a concentrazione genera elettricità e calore per vari settori come la desalinizzazione dell'acqua, il recupero del petrolio e altro ancora. L'US Department of Energy Solar Technologies Office (SETO) supporta la ricerca CSP per migliorare le prestazioni, ridurre i costi e aumentare l'affidabilità. Negli ultimi dieci anni, i costi dell'elettricità CSP sono diminuiti di oltre il 5%, grazie a sistemi migliori e a un maggiore utilizzo dell'accumulo di energia termica, consentendo un'energia solare continua. SETO cerca inoltre di ridurre le spese CSP a $ 0.05 per kilowattora per gli impianti di carico di base con un minimo di 12 ore di accumulo di energia termica.
Le configurazioni di energia solare termica a concentrazione sono tipicamente impiegato in progetti su larga scala, noti come impianti CSP su scala di utilità, e offrono varie configurazioni. I sistemi di torri di potenza posizionano gli specchi in una disposizione circolare attorno a una torre centrale, che funge da ricevitore.
Configurazione del sistema di energia solare termica a concentrazione
I metodi di concentrazione dell'energia solare termica (CSP) possono sfruttare l'energia solare per produrre elettricità mediante convertire la luce solare in energia della turbinaQueste tecnologie di base possono anche essere utilizzate per fornire calore per vari usi industriali come la lavorazione dei minerali, la desalinizzazione dell'acqua, la lavorazione degli alimenti, l'aumento del recupero del petrolio e la produzione chimica.
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Funzionamento del CSP
La funzionalità dell'energia solare termica a concentrazione comporta configurazioni speculari per concentrare l'energia del sole su un ricevitore, trasformandola in calore. Questo calore viene convertito in vapore per azionare una turbina e generare energia elettrica. La capacità di stoccaggio del CSP lo rende adattabile all'uso di energia rinnovabile, immagazzinando energia per periodi con luce solare limitata.
I sistemi CSP possono essere combinati con altre fonti energetiche, formando impianti ibridi. Possono essere combinati con centrali termoelettriche che utilizzano combustibili come carbone, gas naturale o biocarburanti.
Esistono quattro tecnologie CSP:
- Sistemi di parabole: Le parabole concentrano la luce solare su un ricevitore dotato di un sistema di inseguimento, generando temperature elevate adatte ai reattori solari.
- Sistemi parabolici:I riflettori curvi concentrano l'energia solare su un tubo ricevitore contenente olio termico, riscaldandolo per generare elettricità.
- Sistemi di torri di potenza: Specchi o eliostati, tracciano e focalizzano la luce solare su un ricevitore in cima a una torre, riscaldando il fluido che spesso è costituito da sali fusi, per generare vapore per una turbina
- Sistemi Fresnel lineari: File di specchi piani sul terreno riflettono la luce solare verso un tubo ricevitore, simile ai sistemi a canale e a torre, con possibilità di integrazione per l'accumulo.
Fotovoltaico contro CSP
La differenza principale tra l'energia solare fotovoltaica e quella a concentrazione (CSP) risiede nei metodi di generazione dell'energia elettrica.
Il sistema di energia solare termica a concentrazione impiega varie configurazioni di specchi per sfruttare l'energia del sole, azionando un motore termico per produrre energia elettrica. Al contrario, i pannelli solari fotovoltaici utilizzare direttamente la luce del sole, convertendolo in energia elettrica.
A differenza del CSP, le celle fotovoltaiche assorbono la luce, stimolando gli elettroni a generare una corrente. Questa corrente continua (DC) viene quindi catturata e convertita in corrente alternata (AC) utilizzando inverter per la distribuzione sulla rete elettrica.
I sistemi CSP eccellono nell'accumulo di energia attraverso Tecnologie di accumulo di energia termica (TES), consentendo l'utilizzo di energia in assenza di luce solare. D'altro canto, i sistemi fotovoltaici non possono immagazzinare energia termica poiché si basano sulla luce solare diretta anziché sul calore. Di conseguenza, I sistemi CSP sono più efficaci per l'accumulo di energia ed efficienza complessiva.
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Pro e contro del CSP
I vantaggi del CSP sono:
- È una fonte di energia rinnovabile e sostenibile che riduce le emissioni di carbonio. A differenza dei combustibili fossili, il CSP sfrutta le risorse naturali della Terra, apportando benefici all'ambiente e affrontando cambiamento climatico.
- CSP garantisce un servizio più alimentazione costante rispetto al solare fotovoltaico e all'eolico grazie all'accumulo di energia nei sali fusi, che ne garantisce l'affidabilità.
- La facile integrazione nelle centrali elettriche esistenti, anche quelle che utilizzano combustibili fossili, si traduce in minori costi operativi rispetto alle alternative basate sul nucleare e sugli idrocarburi.
- CSP, combinato con altre fonti energetiche, migliora la sicurezza della rete e soddisfa le future esigenze di elettricità. Inoltre, favorisce il recupero del petrolio producendo vapore per concentrare il petrolio pesante e facilitarne il pompaggio.
- C'è il potenziale per CSP di fungere da forma di energia portatile, come si vede negli studi esplorandone l'impiego nella produzione di idrogeno a basso costo per i trasporti.
Sebbene l'energia solare termica a concentrazione offra numerosi vantaggi, deve affrontare delle sfide.
- Dipendenza dalla posizione, che richiede grandi superfici terrestri come l'energia solare fotovoltaica ed eolica, ne limita la fattibilità nelle regioni popolate.
- Le operazioni ad alto consumo d’acqua per azionare le turbine e raffreddare i reattori aumentano preoccupazioni ambientali, con l'acqua di mare che pone potenziali problemi di radiazione solare.
- Le piante CSP possono attrarre gli animali a causa della luce, rappresentando un rischio per alcune specie.
- La tecnologia è costoso da gestire, poiché i materiali di accumulo termico sono costosi e difficili da reperire Il sale fuso, una scelta comune, presenta limitazioni operative
- La concorrenza dell'energia solare fotovoltaica e nucleare ostacola lo sviluppo del CSP, esponendolo al rischio di obsolescenza in concomitanza con innovazioni in altre fonti energetiche.
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