Discussione: Solare termodinamico italiano: punto della situazione.

Grazie Roy!!

Se dovesse stimolarVi la curiosità ho anche un abstract per la descrizione, campi di applicazione ecc.

Originariamente inviata da Pademar

No... parlavo di vettore termico: (vettore termico allo stato solido).

Perchè no ? Delle barre di alluminio o rame (metalli con alta conducibilità termica) disposti nel fuoco degli specchi e con le estremità immerse in un liquido vettore del calore o addirittura nell'accumulatore.
Non sono sicuro che la conducibilità del metallo sarebbe sufficiente a trasmettere il calore senza grossi gradienti termici (e relative perdite di efficienza). Prima o poi imposterò tutte le equazioni, ma per ora sono troppo pigro...

PS: Non credo che degli heat pipes andrebbero bene. Troppo costosi rispetto a dei normali tubi e una pompa.

L'alluminio ha un punto di fusione troppo basso; il rame costa troppo.
Meglio pensare a qualcosa di più semplice, magari non focalizzando sul problema ma sulla soluzione. Guardare le cose da più punti di vista senza farci influenzare dallo stato della tecnica "quella inventata dall'uomo", ma della disponibilità immensa dei materiali naturali che la Grande Madre ci mette a disposizione.

io i tubi li farei in cupronikel 90-10.....

Tutto dipende dalla conducibilità termica che ci serve. Magari si scopre che l'acciaio inox austenitico ha una conducibilità sufficiente e il discorso si può fare. Oppure non basta e allora bisogna trovare qualcosa che funzioni e costi poco (e abbia un punto di fusione abbastanza alto). E allora si finisce sul rame.

Avevo trovato anche la grafite, che nel senso normale agli strati cristallini ha una conduttività 3 volte quella del rame ma nel senso parallelo 200 volte meno. Ne so troppo poco purtroppo.

sentiamo il parere di "nostra signora...." è meglio un materiale molto conduttivo suppongo....puo essere che " rifletta " (passatemi il termine) meno e che quindi abbia un rendimento migliore?
in merito alla grafite la vedo molto dura.....intendo difficile da reperire e usare....
oppure non conosco gli elettrodi giusti per saldarla.
scusatemi per la freddura, ciao

Buonasera!

Se svelassi la mia identità, anzi la mia età, temo perderei le vostre lusinghe!

Quindi concentriamoci sui tubi.

E' necessaria in prima battuta operare una fondamentale distinzione.
Tra ricevitori e tubazioni per la rete di raccolta e distribuzione.

I ricevitori sono posti lungo l'asse focale dei collettori (trattiamo la tecnologia ad inseguimento monoassiale parabolic trough).

Sono due tubi concentrici.
In Boro silicato quello con sezione pari a circa 125 mm, in acciaio AISI 316 Ti quello da DN 70 mm.

Il piccino è rivestito in Cermet, al suo interno scorre la famosa e famigerata miscela di Sali fusi.
Perchè L'AISI al Titanio?
Perchè garantisce in fase di formazione stabilità per i tubi che necessariamente devono avere caratteristiche di massima assorbanza e ridotta emissività.

Tra acciaio in cermet e vetro in boro silicato, il vuoto, assicurato dalla presenza di pasticche in getter e getter al bario, così che sia minima la conduttività, la dispersione verso l'esterno.
E' in questi tubi che i nitrati raggiungono la massima temperatura di esercizio, cioè 550 °C.

La tubazione di distribuzione (290 °C) e di raccolta (550 °C) semplicemente trasporta.
Per tale ragione si coibenta con lana di roccia e silicato di calcio.
In tal modo il fluido termovettore pompato a 290 °C dal serbatoio freddo entra, mantenedo la temperatura, nel campo solare.
In uscita, la miscela si raccoglie nelle tubazioni fino al serbatoio caldo.
Touchè, il gioco è fatto!

Ancora ricordo che la scelta dell'AISI 316 o 321 dipende dalle caratteristiche richieste dalla centrale.

La miscela, non è pura, non al 100 %.
La presenza di cloro potrebbe portare alla "corrosione intergranulare".
Gli AISI scelti non deludono!

Al solito entrano in gioco anche i costi.
La rete si sviluppa per chilometri, ovviamente a seconda delle dimensioni dell'impianto.
Tenete conto anche dei diametri dei tubi.
Non oltre DN 350.
Tenete conto anche dei trattamenti necessari.
Bassa rugosità.


Buona serata!

Originariamente inviata da sunny life

sentiamo il parere di "nostra signora...." è meglio un materiale molto conduttivo suppongo....puo essere che " rifletta " (passatemi il termine) meno e che quindi abbia un rendimento migliore?

Il Boro silicato è trattato perchè appunto non rifletta, non deve reirraggiare.

Borosilicato con trattamento antiriflettente, vuoto, tubo in acciaio rivestito in cermet con tecnica sputtering.

Originariamente inviata da Mimmi

I ricevitori sono posti lungo l'asse focale dei collettori (trattiamo la tecnologia ad inseguimento monoassiale parabolic trough).

Sono due tubi concentrici.
In Boro silicato quello con sezione pari a circa 125 mm, in acciaio AISI 316 Ti quello da DN 70 mm.

Il piccino è rivestito in Cermet, al suo interno scorre la famosa e famigerata miscela di Sali fusi.
Perchè L'AISI al Titanio?
Perchè garantisce in fase di formazione stabilità per i tubi che necessariamente devono avere caratteristiche di massima assorbanza e ridotta emissività.

Tra acciaio in cermet e vetro in boro silicato, il vuoto, assicurato dalla presenza di pasticche in getter e getter al bario, così che sia minima la conduttività, la dispersione verso l'esterno.
E' in questi tubi che i nitrati raggiungono la massima temperatura di esercizio, cioè 550 °C.

Grazie, è chiaro.
Una domanda: anche se con un doppio tubo sotto vuoto la dispersione di calore per irraggiamento è minima, perchè non rendere speculare l'interno della parte superiore del tubo esterno (la parte che non riceve il sole riflesso degli specchi), o comunque inserire nella parte superiore dell'intercapedine fra i due tubi una schermatura riflettente, in modo da riflettere l'irraggiamento verso l'alto del tubo interno ?

Buongiorno!

I raggi solari impattano sulla superficie specchiata cilindro parabolica e riflettono, concentrando fino a 100 volte, su tutto (o quasi) il tubo.

L'impronta solare ha forma proprio "tubolare".

I pannelli, per evitare inutili sprechi, si alloggiano sulla struttura di supporto non esattamente in linea con l'asse focale. Poichè una parte di superficie rimarrebbe in ombra causa ricevitore, gli specchi distano circa 50 mm dall'asse.

Il tubo in vetro è necessario perchè sia protetto quello in acciaio rivestito, soprattutto è necessario che sia in vetro.

Ammettiamo la presenza di una schermatura riflettente tra i due tubi.
La rotazione del collettore è monoassiale.
Specchi e ricevitore ruotano congiuntamente.
Non stiamo trattando i Fresnel.

Al di là della complicazione che deriverebbe da una terza superficie nel ricevitore, davvero sarebbe possibile determinare a priori quale sia la parte del tubo in ombra?

Direi di no, assolutamente.

Buona giornata!

Emi

direi di si.....
suppongo che lei "nostra Signora..." sia molto informata perchè ha lavorato direttamente o indirettamente al progetto archimede
o mi sbaglio?
supponiamo che uno di noi voglia ricostruire diciamo in scala ridotta un'impiantino, incorrerebbe in qualche problema per aver violato qualche brevetto ?

Originariamente inviata da Mimmi

Buongiorno!

La rotazione del collettore è monoassiale.
Specchi e ricevitore ruotano congiuntamente.

Capisco la complicazione legata alla dilatazione lineare dei metalli, mi riferisco alla struttura di supporto degli specchi, se ricevitore e specchi non sono bloccati a distanze precise é facile perdere il fuoco.

Dal momento che la meccanica é razionale (oggi si potrebbe dire anche miracolosa); riducendo al minimo indispensabile la massa dei metalli di supporto degli specchi per contenere la dilatazione, perché non far ruotare gli specchi intorno al tubo ricevitore??

Ne trarrebbe un grande vantaggio anche il supernero che non viene irraggiato sempre dallo stesso lato...

Originariamente inviata da Mimmi

La rotazione del collettore è monoassiale.
Specchi e ricevitore ruotano congiuntamente.

Già, dimenticavo che gli specchi ruotano per seguire il sole e quindi prima o poi tutto il tubo viene illuminato.

Mi ha fatto pensare l'uso di un doppio tubo per evitare le perdite di calore. Senz'altro sarà efficace, ma se il tubo in pyrex assorbe anche una piccola parte delle radiazioni infrarosse emesse dal tubo interno (che a 550-600° è al calor rosso) si dovrebbe scaldare parecchio, col pericolo di dilatazioni anomale e rotture (il vuoto nell'intercapedine ferma il calore convettivo ma non l'irraggiamento)

Immagino che siano stati testati dei prototipi di doppio tubo percorsi da un liquido a 600° o portati a quella temperatura da uno specchio.

Immagino anche che sia stata confrontata la perdita di calore percentuale del doppio tubo con quella di un normale tubo metallico (magari trattato superficialmente per aumentare l'assorbimento e diminuire l'emissività), che sarebbe molto più economico.

Originariamente inviata da Stregatto

Già, dimenticavo che gli specchi ruotano per seguire il sole e quindi prima o poi tutto il tubo viene illuminato.

Illuminato si... ma la concentrazione avviene solo e sempre per metà del tubo ricevitore, esattamente nella parte che é esposta verso gli specchi, questo proprio perché tubo e specchi ruotano in modo congiunto. L'altra metà é esposta semplicemente al sole.

Non so perché... devo fare due conti, ho come il presentimento che per evitare di studiare troppo si sia giunti ad una soluzione esposta a costi più alti.

Inoltre, tubo e specchi, per muoversi in modo congiunto ed evitare di toccare a terra (alba e tramonto) richiede altezze più elevate dell'impianto e quindi maggiore esposizione anche al vento.

Ci riusciremo a fare un buon progetto ex novo???

Magari da questo forum nasce un consorzio sul termodinamico!!!

Bè è inevitabile che gli specchi ruotino per seguire il sole, ma non credo che questo sia difficile.
Gli specchi ruotano intorno a un asse coassiale col tubo centrale, che così non deve spostarsi (sarebbe complicato spostarlo, visto che è vincolato agli estremi) e la struttura che regge gli specchi è imperniata agli estremi.

Restavano le mie perplessità sulla soluzione usata per il tubo collettore, ma effettivamente facendo i conti un tubo nudo a 580° disperderebbe per radiazione una buona fetta del calore ricevuto dagli specchi:
Q=5.67(T/100)^4 W/m²
per T=(273+580)=853 K, Q=30.000 W/m² !
Siamo sull'ordine di grandezza del calore solare concentrato dagli specchi.

Non conosco la geometria di questi specchi, ma credo che occorra un fattore di concentrazione di almeno 100 per potere trascurare le perdite per irraggiamento.
Ora il Sole è visto con un angolo di 0.00928 radianti e con lo stesso angolo vengono riflessi i suoi raggi da uno specchio.
Poniamo ora di avere uno specchio parabolico largo 1 m. con il fuoco all'altezza dei bordi dello specchio (i risultati peggiorano un po' per specchi più incavati).
La distanza dei bordi dal fuoco è di 0.5 m e i raggi riflessi coprono un'altezza massima di 0.5*.00928=.00464 m. che sarebbe il diametro minimo del tubo collettore.
Il tubo avrebbe una circonferenza di 3.14*.00464=0.01457 m, e il rapporto di concentrazione è di 1/.01457=68.6, in pratica 50:1 per le imperfezioni di puntamento.
Il calore incidente sul tubo sarebbe allora di 50 kW/m², di cui 30 si perderebbero per irraggiamento, troppo.
Questo rende inevitabile un doppio tubo con isolamento intermedio, a meno che non esista di un trattamento artificiale che dimezzi almeno l'irraggiamento.
O a meno di lavorare a temperature inferiori: un tubo a 400° irraggia 11.6 kW/m², una perdita accettabile che renderebbe possibile l'uso di un più economico tubo nudo (ma peggiorerebbe il rendimento del ciclo a vapore e richiederebbe un aumento della superficie degli specchi, a parità di potenza prodotta).

Buonasera ragazzi!

Il collettore parabolico concentra fino a 100 volte la radiazione diretta che impatta sulla superficie specchiata.

La geometria è cilindroparabolica (traslazione di una parabola lungo asse longitudinale).

Apertura parabola 5,9 m.
Altezza fuoco 1,81 m.

Non è affatto vero che solo metà del tubo raccoglie la densità di potenza irraggiata.
E' vero che i raggi colpiscono una parte del ricevitore, ma attenzione, gli specchi, vista la loro superficie concentrano e riflettono.
Come?
Il riflesso genera un'impronta solare, una macchia tubolare.
Tutto il ricevitore raccoglie.
Altro che pochi studi!
Non ho lavorato al progetto Archimede!

Con il mio collega Caffarelli ho scritto l'articolo che leggete nel primo post della sezione.

Mi piace "Nostra Signora del termodinamico", è lusinghiero e premia i miei studi.
Ho molto ancora da imparare comunque.
Sulla possibilità di fare un modellino.
Indubbiamente esistono questioni legate alla riservatezza, ma quanto è stato scritto in questo forum non viola alcunchè.

Perchè possiate avere maggiori informazioni, comunque, un giro sul sito dell'Enea, dell' Enel, del consorzio SOLARE XXI lo consiglio vivamente.
Dovrebbe esserci la guideline a firma Rubbia del 2001 che diede inizio allo sviluppo italiano della tecnologia solare termoelettrica.

Buona Serata!

Non capisco la questione altezza maggiore dell'impianto...
I collettori, lunghi ciascuno 100 m disposti a loop, cioè a stringhe, formano il campo solare, cuore dell'impianto.

Il resto appartiene all'isola di potenza (serbatoi, GVS, turbina etc...), in genere baricentrica rispetto al campo per evitare dispersioni.
I serbatoio sono alti anche 15 m (dipende dal progetto).

Altezza collettori circa 5, 35 m di altezza.
La rotazione degli specchi varia a seconda delle società, aziende che sviluppano la tecnologia.

120 °-120 ° quello di priolo.

La struttura è ritenuta rigida.
Sopporta venti fino a 36 m/s.
Considerate che nelle località ritenute idonee (>1650 kWh/m^2 anno; corrispondono a circa 150 W/m^2 giorno), la ventosità media è al massimo di 7-10 m/s.

Emi

L'appellativo era rispettoso , Madame, in un attimo siete diventata un punto di riferimento . Se ci aiutaste a uscire dalla logica dell'olio diatermico anche nell'applicazione alle biomasse ......
Sopratutto se solare termodinamico e biomasse diventassero un sistema integrato ad alta temperatura si spianerebbero in alto i picchi dei grafici e la produzione sarebbe costante

Originariamente inviata da Stregatto

Non conosco la geometria di questi specchi, ma credo che occorra un fattore di concentrazione di almeno 100 per potere trascurare le perdite per irraggiamento.
Ora il Sole è visto con un angolo di 0.00928 radianti e con lo stesso angolo vengono riflessi i suoi raggi da uno specchio.
Poniamo ora di avere uno specchio parabolico largo 1 m. con il fuoco all'altezza dei bordi dello specchio (i risultati peggiorano un po' per specchi più incavati).
La distanza dei bordi dal fuoco è di 0.5 m e i raggi riflessi coprono un'altezza massima di 0.5*.00928=.00464 m. che sarebbe il diametro minimo del tubo collettore.
Il tubo avrebbe una circonferenza di 3.14*.00464=0.01457 m, e il rapporto di concentrazione è di 1/.01457=68.6, in pratica 50:1 per le imperfezioni di puntamento.
Il calore incidente sul tubo sarebbe allora di 50 kW/m², di cui 30 si perderebbero per irraggiamento, troppo.

Ma l'irraggiamento non sarebbe uniformemente distribuito per tutta la circonferenza del tubo ricevente (anche se con quella geometria tutta la circonferenza sarebbe irraggiata), bensi' concentrato sul versante dello specchio parabolico. Mi viene da pensare che la forma ideale del tubo ricevitore non dovrebbe essere cilindrica.

Credo che un'importanza cruciale nella capacita' di assorbimento del tubo sia la riflettanza del tubo in vetro esterno.
Se il tubo ha un'elevata riflettanza nello spettro di emissione del tubo interno surriscaldato, che e' molto spostato verso le basse frequenze rispetto allo spettro solare, l'irraggiamento potrebbe essere contenuto. La scelta sicuramente e' stata fatta tenendo conto di queste caratteristiche, oltre ai vari vincoli economici, etc...

ciao

wow, quindi sarebbe un serbatoio "adiabatico perfetto" diurno...quando potremmo vedere le termografie diurne-notturne a serbatoio, tubi e giunti fatte con una normalissima termocamera?

Originariamente inviata da Mimmi

Non è affatto vero che solo metà del tubo raccoglie la densità di potenza irraggiata.
E' vero che i raggi colpiscono una parte del ricevitore, ma attenzione, gli specchi, vista la loro superficie concentrano e riflettono.
Come?
Il riflesso genera un'impronta solare, una macchia tubolare.
Tutto il ricevitore raccoglie.

E' vero, il riflesso genera un'impronta solare, ma la macchia è semitubolare.
La concentrazione che arriva dagli specchi al tubo é esattamente l'impronta della parabola che anch'essa ha una sezione semicerchio (semiparabola).

Come fa ad irraggiare l'intera superficie del tubo ricevitore??

Probabilmente va bene così... ma il discorso era legato alle dilatazioni dei metalli, ovvero la struttura che sostiene gli specchi ed il tubo.

D'estate, un tubolare di 3 ml lasciato al sole può raggiungere anche i 60 C° l'allungamento é di 3 mm. circa, immagginate cosa succede ad impianto di 100 mt. a cui sono alloggiati gli specchi dove il problema principale é mantenere il fuoco fermo in punto preciso.

Ti posso garantire che si tratta di profili molto pesanti, quelli di archimede sono stati costriuti da Comes srl a Tito scalo (PZ) 8 km da casa mia. (Vedere il sito www.comes.cc)

Ricapitolando:

1 - specchi e tubo ruotano in modo congiunto, ovvero il tubo espone agli specchi sempre la stessa superficie.

2 - perché gli specchi non possono ruotare intorno al tubo??

Probabilmente perché il tubo deve bessere messo nel fuoco con precisione e cercare di non perderlo.
Bloccare tutto insieme (specchio e tubo) é facile, ma a parere mio costa tutto molto di più a rischio della sostenibilità economica perché si usa più metallo zincato a caldo (profili) e quindi più peso (circa 2,2 euro al Kg.)

Questo tipo di soluzione, la rotazione congiunta, implica una maggiore l'atezza da terra dell'impianto, oltre i 6 mt. (quando gli specchi puntano a all'alba o tramonto)

Fecendo ruotare gli specchi intorno al tubo l'impianto sarebbe più basso e quindi meno esposto ai venti e quindi più leggero e quindi meno costoso.

Con questa soluzione si risparmia anche sui costosissimi giunti delle condotte del fluido termo vettore.

I tubi di Aa. sono ottimi e si adattano a tutto, ma se fino a questo momento la concentrazione solare non ha avuto un grande sbocco é perché si continua ad investire sul vettore termico sbagliato.

Originariamente inviata da Pademar

E' vero, il riflesso genera un'impronta solare, ma la macchia è semitubolare.
La concentrazione che arriva dagli specchi al tubo é esattamente l'impronta della parabola che anch'essa ha una sezione semicerchio (semiparabola).

Come fa ad irraggiare l'intera superficie del tubo ricevitore??

Considera che i due estremi del paraboloide vedono le due semicirconferenze del tubo ricevitore, piu' o meno.
Dunque tutto il tubo e' illuminato, anche se con intensita' diverse, maggiore nella parte che guarda il centro dello specchio. La descrizione esatta della distribuzione della luce concentrata mi sfugge, andrebbe calcolata.

Per sfruttare al meglio tale distribuzione e raggiungere le temperature massime ipotizzo si potrebbero utilizzare tubi di sezione non circolare, in modo che la quantita' di fluido a contatto con la superficie interna del tubo assorbitore sia proporzionale alla distribuzione della luce concentrata sulla superficie esterna del tubo, ad occhio sembra ragionevole, anche se bisognerebbe vedere il rapporto costo/beneficio.

Mi chiedevo se il materiale del tubo isolante esterno e' stato scelto in funzione della sua capacita' di contenere l'rraggiamento del tubo interno.

Originariamente inviata da Pademar

2 - perché gli specchi non possono ruotare intorno al tubo??

In questo caso l'asse di rotazione dovrebbe coincidere con l'asse del tubo ricevitore. Gli specchi dovrebbero compiere un movimento molto piu' ampio, mi sembra improbabile che questo semplifichi l'insieme, direi il contrario.
Non capisco poi perche' l'altezza da terra dovrebbe diminuire.

ciao

Originariamente inviata da toninon

Mi chiedevo se il materiale del tubo isolante esterno e' stato scelto in funzione della sua capacita' di contenere l'rraggiamento del tubo interno.

Originariamente inviata da toninon

Mi chiedevo se il materiale del tubo isolante esterno e' stato scelto in funzione della sua capacita' di contenere l'rraggiamento del tubo interno.

Non ho capito questa riflessione.... se ti riferisci al tubo ricevitore, considera che fra il tubo esterno in vetro temperato per alte temperature (boro silicato), e tubo in acciao interno é stato fatto il vuoto assoluto. Il vuoto rappresenta la coidentazione perfetta.

Originariamente inviata da toninon

Non capisco poi perche' l'altezza da terra dovrebbe diminuire.

Perché il tubo al momento viene traslato verso l'alto, nel caso in cui gli specchi ci girano intorno, il tubo é fissato ad una distanza x da terra e non si muove.

Probabile che questo mio quesito sia poco importante, magari cercherò di inviare un allegato grafico per spegarmi meglio.

Buonanotte

Originariamente inviata da Foxxya

wow, quindi sarebbe un serbatoio "adiabatico perfetto" diurno...quando potremmo vedere le termografie diurne-notturne a serbatoio, tubi e giunti fatte con una normalissima termocamera?

Appena lo metteremo in funzione chiaramente. Al momento stiamo sull'inerzia termica dei materiali, credo iche nella prossima primavera avremo delle novità da illustrare.