I sistemi solari termici a concentrazione (CSP) generano elettricità e calore per diverse industrie, come la desalinizzazione dell'acqua, il recupero del petrolio e altro ancora. L'Ufficio per le Tecnologie Solari (SETO) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti supporta la ricerca sui CSP per migliorarne le prestazioni, ridurne i costi e aumentarne l'affidabilità. Nell'ultimo decennio, i costi dell'elettricità prodotta da CSP sono diminuiti di oltre il 5%, grazie a sistemi più efficienti e a un maggiore utilizzo dell'accumulo di energia termica, che consente una produzione continua di energia solare. Il SETO mira inoltre a ridurre ulteriormente le spese per i CSP a 0.05 dollari per kilowattora per gli impianti di carico di base con un minimo di 12 ore di accumulo di energia termica.
Gli impianti solari termici a concentrazione (CSP) sono tipicamente impiegati in progetti su larga scala , noti come centrali CSP su scala industriale, e offrono diverse configurazioni. I sistemi a torre solare dispongono gli specchi in una configurazione circolare attorno a una torre centrale, che funge da ricevitore.
Configurazione del sistema di energia solare termica a concentrazione
Le tecnologie di concentrazione solare termica (CSP) sfruttano l'energia solare per produrre elettricità convertendo la luce solare in energia per le turbine . Queste tecnologie di base possono essere utilizzate anche per fornire calore per diversi 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
Il funzionamento degli impianti solari termici a concentrazione ( CSP) si basa sull'utilizzo di specchi per concentrare l'energia solare su un ricevitore, trasformandola in calore. Questo calore viene poi convertito in vapore per azionare una turbina e generare energia elettrica. La capacità di accumulo degli impianti CSP li rende adatti all'utilizzo di energie rinnovabili, immagazzinando energia per i periodi di scarsa insolazione.
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.
I sistemi di energia solare termica a concentrazione utilizzano diverse configurazioni di specchi per catturare l'energia del sole, azionando un motore termico per produrre energia elettrica. Al contrario, i pannelli solari fotovoltaici utilizzano direttamente la luce del sole, convertendola in elettricità.
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 grazie alle tecnologie di accumulo di energia termica (TES), che consentono l'utilizzo dell'energia anche in assenza di luce solare. I sistemi fotovoltaici, al contrario, non possono immagazzinare energia termica poiché dipendono dalla luce solare diretta anziché dal calore. Di conseguenza, i sistemi CSP risultano più efficaci per l'accumulo di energia e per l'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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