Solare termodinamico italiano: punto della situazione.

[Stregatto]

a proposito del riutilizzo, noi abbiamo pensato di sfruttare il calore residuo per la desalinizzazione.... io abito nel salento e abbiamo a disposizione una quantità incredibile di acqua marina!

Il calore residuo è quello che viene dalla condensazione del vapore ? Se non si vuole penalizzare troppo il rendimento dell'impianto bisogna tenere bassa la pressione, e quindi la temperatura, del vapore di scarico della turbina. E del calore a 50-60° è difficile da utilizzare.

Mi viene in mente però uno schema combinato per la produzione di energia e la desalinazione:

- il vapore di scarico da uno stadio intermedio della turbina viene condensato per scambio di calore con l'acqua di mare, che vaporizza parzialmente a una pressione un po' inferiore.
Per esempio il vapore condensa a 120°, 2 bar e fa evaporare parzialmente dell'acqua di mare a 100°, 1 bar. La condensa chiude il ciclo del vapore senza bisogno di reintegro
- il vapore prodotto dall'acqua di mare (circa la stessa quantità del vapore condensato) si sostituisce a questo e continua l'espansione fino alla pressione finale, dopo di che viene condensato e costituisce la produzione di acqua potabile
- la salamoia concentrata cede il calore contenuto per preriscaldare l'acqua di mare e viene scaricata

Vantaggi: l'impianto rimane circa quello di prima, ma riunisce la funzione di produzione di energia a quella di desalinazione

Svantaggi:
- la salamoia è corrosiva e, per la parte d'impianto dove viene coinvolta, richiede materiali speciali più costosi
- la quantità di acqua dolce prodotta è relativamente ridotta, circa 1 kg per kg di vapore circolante (come se il calore solare venisse usato per evaporare direttamente l'acqua). Ma la produzione potrebbe venire aumentata con una distillazione multiflash:
- l'acqua di mare viene preriscaldata a 100° dal vapore condensante del ciclo, poi subisce una serie di flash con produzione di vapore che condensando preriscalda l'acqua. In questo caso il vapore del ciclo di potenza cesserebbe la sua espansione a 2 bar e il ciclo avrebbe un rendimento più basso, ma la quantità di acqua dolce prodotta potrebbe essere 10 volte più grande.

Che ve ne pare ? se non sono stato chiaro posso preparare uno schema.

[Elisavin]

E' un'idea molto interessante la tua, stregatto. In pratica, non abbiamo deciso ancora in maniera precisa il processo. Il mio superiore pone molti paletti, che spesso non si sposano molto bene! L'idea della dissalazione è una delle priorità, poi viene la questione economica, da cui la decisione dell'utilizzo diretto dell'acqua come vapore e di collettori piani invece che a parabola... Quello che devo capire è se effettivamente il risparmio economico del capitale iniziale regge a medio e lungo termine... Non vorrei che il rendimento risultasse eccessivamente basso, già per la produzione esclusiva di energia e peggio se l'impianto fosse collegato ad un sistema di desalinizzazione dell'acqua marina!
Comunque, ho trovato diverse notizie positive sugli impianti di tipo Fresnel, con l'utilizzo di vapore nel ricevitore. Il link che ha inserito TONINON prima è stato illuminante per me!! Stanno utilizzando questo schema per un progetto importante come il DESERTEC!!
Voi come vedete l'uso diretto del vapore nel ricevitore?

[Stregatto]

Stavo per dire di no, perchè il vapore ha un coefficiente di scambio bassissimo (come tutti i gas) e non si riuscirebbe a scaldarlo abbastanza.
Ma in effetti anche con i sali l'acqua deve venire riscaldata da vapor saturo a vapore surriscaldato a 550°, quindi il problema resta.
Il problema è dato dal fatto di volere surriscaldare il vapore.

[toninon]

Ho idea che si rischierebbe di 'cuocere' il tubo ricevitore, il vapore non riuscirebbe a sottrarre calore abbastanza rapidamente, a quella temperatura sarebbe ben poco denso, a meno di tenere il tubo assorbitore in pressione, che complica le cose e probabilmente non basterebbe ad avere una densita' sufficiente.

ciao

[janvaljan]

Mah non vedo perchè un normale surriscaldatore possa funzionare in una centrale a vapore e non in questo caso...basta dimensionare per bene il tubo ricevitore e la velocità del fluido.

Un grosso problema è invece la trasformazione acqua/vapore che deve essere confinata nell'apposito separatore. In un impianto solare soggetto a repentine variazioni di calore immesso, si potrebbe avere la transizione nei collettori provocandone la rottura.

Il campo è abbastanza inesplorato, ma ci sono buone premesse. Inoltre si sta già lavorando su impianti a turbogas, che elimirebbero i difetti impiantistici del vapore ma avrebbero un rendimento più basso

[Stregatto]

Ho idea che si rischierebbe di 'cuocere' il tubo ricevitore, il vapore non riuscirebbe a sottrarre calore abbastanza rapidamente

Il problema è proprio questo.
Nei normali surriscaldatori di vapore i tubi vengono in contatto con dei fumi di combustione a temperatura fissa, e se sono in grado di resistere a queste temperature non succede niente. In un collettore solare invece c'è una concentrazione di calore sui tubi che, se non viene raccolta, può portare i tubi a temperature eccessive.
Meglio allora far passare nei collettori i sali fusi che hanno un buon coefficiente di scambio termico e poi trasferire da un'altra parte il calore dai sali fusi al vapore senza pericolo di surriscaldamento.

[toninon]

Il tubo ricevitore ha gia' abbastanza complicazioni per ricevere la radiazione in modo ottimale ed e' abbastanza delicato.

Inoltre si perderebbe la capacita' di accumulo.

ciao

[janvaljan]

Ancora sulle alternative a oli e sali fusi, vi propongo uno spezzone dell'intervista a Gianluigi Angelantoni, amministratore dell'omonima società che produce tubi ricevitori per solare termodinamico:

Oltre all’eolico e al fotovoltaico, nel progetto Desertec sono previste diverse opzioni tecnologiche per il solare termodinamico.
Nell’ambito delle tecnologie solari termodinamiche completano il panorama, oltre che i concentratori parabolici lineari che utilizzano i tubi ricevitori che noi produciamo, anche gli impianti a torre e la tecnologia Fresnel con specchi piani; anche quest’ultima utilizza tubi come quelli da noi prodotti. All’interno delle tecnologie dei concentratori lineari e di quella a specchi potrà poi essere utilizzato un fluido termovettore differente: olio diatermico o sali fusi. Ma stiamo anche seguendo con attenzione la soluzione DSG (direct steam generation), cioè quella che comporta la presenza di tubi ricevitori con acqua che vaporizza e quindi non prevede nessuno scambiatore intermedio: è il vapore generato nei tubi che va ad alimentare le turbine. Inoltre si sta studiando la possibilità di usare gas compressi, come la CO2, un ottimo gas vettore capace di trasportare calore. E infine c’è un progetto sul quale sta lavorando il professor Rubbia che prevede di utilizzare solamente aria: questa scaldandosi potrebbe attivare una speciale turbina con il vantaggio di fare a meno dell’acqua, una risorsa scarsissima nelle aree desertiche.

Qui il resto dell'intervista http://www.qualenergia.it/view.php?i...enuto=Articolo

[Pademar]

Ma stiamo anche seguendo con attenzione la soluzione DSG (direct steam generation), cioè quella che comporta la presenza di tubi ricevitori con acqua che vaporizza e quindi non prevede nessuno scambiatore intermedio: è il vapore generato nei tubi che va ad alimentare le turbine.

Inoltre si sta studiando la possibilità di usare gas compressi, come la CO2, un ottimo gas vettore capace di trasportare calore.

E infine c’è un progetto sul quale sta lavorando il professor Rubbia che prevede di utilizzare solamente aria: questa scaldandosi potrebbe attivare una speciale turbina con il vantaggio di fare a meno dell’acqua, una risorsa scarsissima nelle aree desertiche.

Sono tutte soluzioni molto rischiose per i seguenti motivi:

L'acqua come vettore diretto... le condense fanno brutti scherzi. Non si può neanche pensare che, per evitare esplosioni delle condotte, possano andare a temperature più basse, le turbine sono efficienti solo oltre i 500 °C.

La soluzione CO2 mi sembra più realizzabile, l'unico inconveniente é che non essendo un gas nobile potrebbe combinarsi con qualche elemento libero non controllato o addirittura con elementi sottratti dai materiali delle condotte generando gas esplosivi.

Infine la soluzione solo aria, risolverebbe il costoso approvvigionamento dell'acqua nel deserto ma come noto un terzo dell'aria é ossigeno, a quelle temperature... non voglio nemmeno immagginare!!!

[janvaljan]

Sono tutte soluzioni molto rischiose per i seguenti motivi:

L'acqua come vettore diretto... le condense fanno brutti scherzi. Non si può neanche pensare che, per evitare esplosioni delle condotte, possano andare a temperature più basse, le turbine sono efficienti solo oltre i 500 °C.

La soluzione CO2 mi sembra più realizzabile, l'unico inconveniente é che non essendo un gas nobile potrebbe combinarsi con qualche elemento libero non controllato o addirittura con elementi sottratti dai materiali delle condotte generando gas esplosivi.

Infine la soluzione solo aria, risolverebbe il costoso approvvigionamento dell'acqua nel deserto ma come noto un terzo dell'aria é ossigeno, a quelle temperature... non voglio nemmeno immagginare!!!

Pademar queste motivazioni sono abbastanza nebulose...forse non ti sei spiegato bene o io non ho capito.

Per il vapore: l'elemento critico in un ciclo acqua-vapore è il separatore, dove avviene la fase critica della transizione da liquido-vapore. Se si riesce a gestire questo componente anche duranti i transitori, altri rischi non ce ne sono, perchè per le sovrapressioni ci sono le valvole di sicurezza dislocate in tutto l'impianto.

Per la CO2 non ho capito bene a quali reazioni chimiche ti riferisci. La CO2 secca è praticamente inerte, mentre disciolta in acqua corrode quasi tutti i metalli. Ovviamente l'impianto funzionerà rigorosamente a CO2 anidra, grazie a opportuni disseccatori.

Per l'aria sinceramente rimango ancora più sorpreso dal fatto che la consideri pericolosa. Ok, l'aria contiene un 20% di ossigeno che è un comburente, ma senza alcun contatto con un combustibile, nessuna combustione può avvenire. Per farti un esempio, considera che nei compressori delle turbine a gas l'aria arriva anche a 900°K senza che accada nulla. Poi nel combustore c'è l'iniezione di kerosene e solo sopra una certa concentrazione la combustione può avvenire.

Il vero problema di CO2 ed aria è che avrebbero bisogno di alte temperature per dare rendimenti decenti (1500°C e passa) ma il solare a concentrazione al massimo può arrivare a 900, forse 1000°C. Però considerando che il sole è gratis anche rendimenti bassi possono essere accettati, visti i notevoli risparmi nella costruzione e gestione dell'impianto

[Pademar]

Più che nebuloso sono convinto di essere stato eccessivamente sintetico, credevo che bastasse per gli esperti... ma se definisci la CO2 inerte allora mi fai venire qualche buddio...

I disseccatori servono ma devi sempre considerare il tempo funzionale, per qualsiasi ragione (comprese le nuvole), potrebbe essere necessario fermare l'impianto.
Mi sembra scontato che questo tipo di impianti vanno installati nelle zone dove l'irraggiamento é superiore ai 1800kwh/mq. Tu mi insegni che la notte nel deserto le temperature possono scendere anche sotto lo 0°C, per tale motivazione potrebbe crearsi condensa nell'impianto, il resto é storia.

Fai bene a parlare al condizionale, "se si riesce a gestire anche durante i transitori..." si certo che si può, ma per quanto tempo non possiamo saperlo con certezza. Credo che sia oppoutuno inserire un sistema di monitoraggio fatto di sensori di rilevamento gas, più che valvole...

Per l'aria (ottima idea) sono daccordo con te, ma il mio dubbio rimane per la combinazione "alta temperatura e pressione", vorrei studiarci un pò sopra prima di dare altre motivazioni.

Il solare a concentrazione, non lo dico io ma Rubbia, se ci sono i materiali giusti, con l'aria e non CO2, si può arrivare anche a 3000°C. Ma anche in questo caso i costi dell'impianto, la sostenibilità o il rendimento deve essere almeno superiore dell'5% rispetto all'uso dei sali, altrimenti non ne vale la pena.

[janvaljan]

La CO2 anidra può essere considerata a tutti gli effetti un inerte fino a temperature di 1800°K in cui si dissocia in CO e O2. Considerando che l'impianto è a tenuta stagna e per giunta in pressione, quel che si può avere è qualche perdita, di certo non infiltrazioni di acqua (da dove poi? dall'umidità del deserto??).

Se poi ti riferisci alla condensazione della CO2 ,questa avviene a -80°C a pressione ambiente (sarebbe meglio parlare di sublimazione), temperatura non da deserto immagino. Ovviamete di notte la CO2 non sarebbe in pressione, ma anche a 20 bar la temperatura di condensazione è -20°C

Per quanto riguarda il confronto con i sali, il vantaggio dell'aria sarebbe proprio il minor costo dell'impianto. Il fluido vettore è uguale al fluido termodinamico, niente scambiatori, niente rischi di solidificazione, nessun problema di temperature del vapore troppo basse. Impianto molto più semplice e funzionale, grazie all'enorme conoscenza che si ha attualmente delle turbine gas, ma teoricamente con minore rendimento se si usano le stesse temperature.

Per l'aria ad alta temperatura e pressione...le turbine a gas hanno quasi 100 anni di storia e incidenti dovuti a combustione dell'aria non ne ho sentiti (anche perchè è chimicamente impossibile). Quel che può avvenire in un turbogas è il "titanium fire" dovuto all'infiammabilità del titanio quando la paletta di compressore "gratta" contro il casing, oppure rotture per creep ad alta temperatura, vibrazioni in risonanza, rotture del disco. Per il resto le turbine a gas hanno fama di grande affidabilità se la manutenzione è fatta nel giusto modo.

[Pademar]

Si infatti mi riferivo alla condensazione della CO2 ma non sapevo della temperatura così bassa sono gradite anche le informazioni tecniche relative al turbogas… molto interessante .

Ovviamente mi trovi pienamente d’accordo sulla sostenibilità per minor costo, in tutta onestà non sono in grado di calcolare la differenza di rendimento rispetto ai sali. Mi farebbe molto piacere soddisfare questa curiosità.
Ce anche da dire che la tecnologia "sali" é abbastanza nuova, la sorpresa sta nella galoppante ricerca sui nuovi materiali, se portasse a soluzioni più economiche, magari risparmiando i costi sui serbatoi di accumulo (troppo costosi), potremmo avere impianti che costino meno.
Stesso discorso vale anche per i tubi ricevitori, mi risulta che si sta cercando di superare il limite dei 550°C.

Non disdegno la soluzione gas. Considerando che l'olio diatermico appartenga alla prima generazione del termodinamico a concentrazione e i sali alla seconda, potrebbe essere una tecnologia che proietta il termodinamico nella prossima generazione.

Solo per una questione di intuito credo che avere un vettore non gas al momento e forse per molti anni a venire, salvo che per le aree del MENA, sia la tecnologia sulla quale conviene investire.

[Foxxya]

Le termografie arrivano?!
Vari messaggi fa si era parlato di adiabaticità perfetta del sistema per giustificare un alto rendimento di trasformazione e poche dispersioni di energie, sia di giorno che di notte.
sono sempre interessato a vedere le termografie che attestano quelle affermazioni.

[Wilmorel]

Il vero problema di CO2 ed aria è che avrebbero bisogno di alte temperature per dare rendimenti decenti (1500°C e passa) ma il solare a concentrazione al massimo può arrivare a 900, forse 1000°C. Però considerando che il sole è gratis anche rendimenti bassi possono essere accettati, visti i notevoli risparmi nella costruzione e gestione dell'impianto

Quali problematiche può presentare l'uso dell'Azoto anidro invece che aria o CO2 come fluido termovettore?
Oppure dell'Argon? (gas nobile, circa 1% dell'atmosfera)

[Pademar]

Le termografie arrivano?!
Vari messaggi fa si era parlato di adiabaticità perfetta del sistema per giustificare un alto rendimento di trasformazione e poche dispersioni di energie, sia di giorno che di notte.
sono sempre interessato a vedere le termografie che attestano quelle affermazioni.

Caro Foxxya, innanzitutto un benvenuto a tutti, purtroppo le termografie del serbatoio adiabatico non sono ancora pronte perché nel frattempo abbiamo migliorato il progetto e quindi il prototipo ancora in costruzione. Ma se può esserti utile, anche se non é questa la giusta sezione, sono pronte le termografie del pannello a collettori orientabili.

Sempre che l'amministratore mi dia l'autorizzazione posso postare una piccola presentazione in power point.

[Wilmorel]

... sono pronte le termografie del pannello a collettori orientabili.

Sempre che l'amministratore mi dia l'autorizzazione posso postare una piccola presentazione in power point.

Non so all'amministratore, ma al comune utente sono gradite.
Se il problema è costituito dal formato, puoi sempre allegarle in formato zip.

[Pademar]

Non so all'amministratore, ma al comune utente sono gradite.
Se il problema è costituito dal formato, puoi sempre allegarle in formato zip.

Bhè!! una pietra miliare conterà qualcosa?? che dici :-) ?
eccolo!!

[Stregatto]

Interessante quell'idea dei collettori orientabili.

C'è solo una cosa che non capisco (a pagina 6): come fa uno di quei pannelli installato sull parete nord a produrre aria rinfrescante d'estate ?

Io ricordavo che d'estate si dovrebbe ancora montare a sud, ma con l'uscita in alto dell'aria rivolta all'esterno, in modo da creare ventilazione nell'ambiente.

[Pademar]

C'è solo una cosa che non capisco (a pagina 6): come fa uno di quei pannelli installato sull parete nord a produrre aria rinfrescante d'estate ?

In pratica, il pannello se montato a nord, funziona al contrario.

Questo può avvenire anche nelle ore serali dopo il tramonto. Dopo che un ipotetico condominio é stato irraggiato dal sole tutto il giorno, più delle volte (sopra i 400 slm) si ottiene che la temperatura interna é molto più alta di quella esterna.

L'irraggiamento esterno al pannello viene sostituito dalla dispersione di calore, pertanto i collettori raffreddandosi invertono il modo convettore raffreddando l'aria sottrendola all'ambiente abitativo (a pag. 12 della presentazione la freccia rossa e quella blu si invertono di direzione).

Questo processo non sostiutisce un condizionatore perché lo scambio (dati monitorati) e di pochi gradi che a volte bastano anche per ritornare a respirare o riposare senza afa.

La differenza della temperatura esterna fra nord e sud in prossimità di un muro può anche essere di molti gradi, se guardi la data del monitoraggio (termografie) siamo a febbraio alle ore 13:40, la temp. esterna é di 6 °C.

Le condizioni cambiano da caso a caso dove i parametri principali (quelli più importanti) che rendono interessanti questa tecnologia sono quelli soliti delle abitazioni di montagna o grandi città di alta quota, es: Enna, Potenza(800), Avellino, l'Aquila, Bolzano ecc. o interi stati come le città in Libano.
In questi posti (ottime nicchie di mercato) é grande la differenza di temperatura anche fra posti all'ombra o soleggiati.

[Pademar]

Avendo omesso alcune informazioni importanti ho aggiornato la presentazione.
Credo che questo argomento ed il nuovo aggiornamento debba avere un suo spazio in una nuova discussione che troverete intitolata "Muro di Trombe".

Saluti

[Foxxya]

Beh io gradisco molto meno visto che si parla di pannelli collettori casalinghi e non della centrale termica solare, di cui si accennava in precedenza (mimmi se non sbaglio).

Le termografie nel pdf sono riferite al pannello riscaldato e non agli impianti di trasporto dei sali ed al serbatoio descritto come adiabatico perfetto (tra l'altro andrebbero fatte di giorno e di notte).

Per cui resto sempre in attesa

[geppo11]

Buongiorno a tutti. Sto cercando di creare acqua calda per integrazione al riscaldamento.Sono riuscito a rivestire una parabola da 240 di adesivo a specchio, tra qualche giorno la metto sul palo con il rotore e la centralina per l'inseguimento solare. Mi restano dei dubbi su come fare il ricevitore nel fuoco della parabola.Con la parabola da 150 di prova ho usato tubo di rame da diam.10 annegato nell'alluminio ma questa credo sviluppi una potenza che puo fondere l'alluminio (credo 4,5KW termici in circa 15x15 cm). Inoltre non so se far circolare acqua o olio diatermico e come creare lo scambiatore e/o accumulo.Qualcuno ha qualche idea? Grazie