Concentrato di energia solare

Mentre la Germania chiude il nucleare, il Giappone affronta la reazione negativa su Fukushima ei governi nordamericani istituiscono regolamenti ambientali che rendono più costosa la produzione di energia a carbone, il fascino dello sfruttamento delle fonti energetiche alternative naturali diventa ancora più grande.

La generazione di energia solare è un metodo favorito alle latitudini con un ampio raggio di sole, e non è certamente una nuova tecnologia, ma la sfida con la tecnologia fotovoltaica è lo stoccaggio. Va bene avere tutta quell'energia mentre il sole è alto, ma cosa succede quando il sole tramonta? Lo stoccaggio in batterie e altri dispositivi è molto costoso e inefficiente.

Con l'energia solare termica concentrata, lo stoccaggio non è un grosso problema perché la tecnologia è fondamentalmente simile a quella di qualsiasi produzione di energia generata da vapore e ci sono metodi collaudati per immagazzinare l'energia termica. Invece di utilizzare la radiazione solare per generare energia elettrica convertendo direttamente la radiazione solare in corrente elettrica utilizzando semiconduttori, il concentrato solare termico concentra l'energia della radiazione solare per riscaldare l'acqua in vapore, che a sua volta aziona una turbina per generare energia.

Esistono due diverse categorie di impianti solari termici concentrati. Le centrali termiche di messa a fuoco generano calore dalla luce solare concentrato mediante l'uso di superfici specchiate su tubi che portano il fluido termovettore agli scambiatori di calore. I sistemi di messa a fuoco puntuale, o torri di potenza, raccolgono la luce solare da una serie di specchi puntati su un collettore in una torre elettrica. Il collettore può utilizzare sale fuso che viene quindi utilizzato per riscaldare l'acqua per far girare le turbine o avere acqua che viene riscaldata direttamente e trasformata in vapore.

Sfide tecniche e soluzioni

Mentrepowertowersolar sembra abbastanza semplice, ci sono ancora sfide ingegneristiche che i produttori di valvole e di controllo devono superare quando si tratta di sali fusi e altri fluidi di trasferimento di calore che vengono utilizzati nel processo. Altre sfide hanno a che fare con le variazioni di pressione e temperatura dovute alla quantità di luce solare catturata e focalizzata sui collettori.

Nel caso dei sistemi di messa a fuoco puntuale, il sale fuso è surriscaldato nella torre di potenza. Viene quindi alimentato per gravità in un serbatoio di stoccaggio, dove viene inviato per essere utilizzato per creare vapore, oppure può essere stoccato nel serbatoio. Il sale fuso fornisce un mezzo eccellente per concentrare e immagazzinare l'energia termica. Se usato immediatamente o immagazzinato, il sale fuso è controllato dall'uso di valvole.

Abbiamo parlato con Bradford Haines, Senior Project Manager e esperto di energia solare di Flowserve, e gli abbiamo chiesto quali fossero i requisiti speciali per questo servizio. "Le valvole utilizzate nelle applicazioni di sale fuso spesso subiscono fluttuazioni estreme di temperatura, dall'apertura e chiusura a tempi indeterminati o a causa di cambiamenti nelle condizioni operative diurne a notturne. A causa degli estremi fattori di stress imposti alla valvola durante l'evento del ciclo termico, è fondamentale selezionare i materiali adatti per la costruzione della valvola. Ciascuno dei componenti della valvola deve presentare tassi di crescita simili durante il ciclo termico per consentire alla valvola di funzionare correttamente attraverso l'escursione termica. "

Bill D'Andrea, Responsabile regionale occidentale di DFT Inc., ha aggiunto. "Nelle torri di potenza, con sale fuso, l'acciaio inossidabile regolare non funzionerà. Quando fa molto caldo, si ottengono anche delle secrezioni sulfuree, quindi ci sono reazioni con il caldo. Devi andare su. Nel nostro caso, utilizziamo una valvola di non ritorno a molla non schiacciata in lega Alloy 20 o Hastelloy C-276. "

                  Immagine copyright e cortesia Flowserve

Haines ha proseguito: "Un'altra sfida è che il sale fuso tende a solidificarsi quando la temperatura del sale scende al di sotto del punto di fusione del sale. Ciò può causare danni ai componenti di tenuta, ai sistemi di imballaggio e agli steli, specialmente nel cofano e nelle aree di imballaggio. Una soluzione a questo problema consiste nell'utilizzare una tenuta a soffietto metallico per isolare il fluido di processo nel corpo valvola dove rimane caldo, evitando che raggiunga l'area di imballaggio. Inoltre, sulla valvola sono installati sistemi di tracciamento del calore per mantenere la temperatura del corpo valvola al di sopra del punto di fusione del sale, per eliminare la possibilità di "congelare" e successivamente bloccare la valvola. "

Nel caso degli impianti line focus, il processo di raccolta utilizza un fluido termovettore (HTF). Lo stesso HTF crea una sfida significativa perché, mentre eccelle per la raccolta del calore, è anche una sostanza molto penetrante. Haines ha elaborato: "A causa della natura delle soluzioni di imballaggio standard HTF non sono adatte, abbiamo progettato speciali set di guarnizioni per fluidi per il trasferimento di calore che offrono una tenuta più affidabile anche con le sfide degli ambienti da campo e del ciclismo termico."

Mentre la raccolta di calore è una sfida considerevole per la centrale termica solare, le valvole utilizzate nella parte di vapore e acqua di alimentazione dell'impianto sono simili a quelle utilizzate nella maggior parte delle centrali elettriche e devono soddisfare gli stessi requisiti di alta pressione e alta temperatura di tale processo .

Con gli impianti solari termici costruiti in tutto il mondo questo metodo di generazione di energia potrebbe essere molto importante per la crescita delle energie rinnovabili. Ulteriori miglioramenti tecnologici e innovazioni contribuiranno a rendere l'energia solare competitiva con altre tecnologie di generazione.