Energia dal sole, nuova infrastruttura sperimentale per il calore

Si amplia il “parco” solare dell’ENEA. In occasione della Giornata Mondiale del Sole, che si celebra ogni anno il 3 maggio, ENEA presenta un nuovo impianto solare a concentrazione realizzato presso il Centro ENEA della Casaccia dedicato allo studio, sperimentazione e validazione di materiali, tecnologie e soluzioni innovative per fornire calore alle industrie dalla fonte solare. Una tecnologia modulare e versatile, capace di garantire una fornitura di calore stabile ai processi industriali, senza l’uso di fonti fossili. L’impianto va a integrare il vasto campo solare del più grande Centro di Ricerche dell’Agenzia e ad arricchire l’offerta di infrastrutture, strumentazioni e tecnologie per la ricerca e lo sviluppo applicativo degli impianti solari a concentrazione, utili per enti di ricerca e industrie del settore e a supporto del trasferimento tecnologico.

L’impianto, che consente di testare materiali e componenti innovativi in condizioni reali di funzionamento, è composto da un collettore solare lineare della lunghezza di 36 m, costituito da 425 specchi (62,5x125 cm), per un totale di circa 330 m² di superficie riflettente. Con una temperatura operativa massima di 320 °C e una potenza termica di circa 200 kW, l’impianto si presta oggi allo studio di applicazioni industriali di piccola/media taglia a medio/alta temperatura (>200 °C), che consumano circa il 50% dell’energia termica richiesta dall’industria, ma, per le quali, ad oggi non esistono soluzioni tecnologiche “green” consolidate.

Tra i potenziali settori di applicazione vi sono quelli tipici del Made in Italy, tra cui: cottura, pastorizzazione e sterilizzazione nell’agroalimentare e bevande; sbiancamento ed essiccazione nel tessile; candeggio e preparazione della polpa nella carta; distillazione ed evaporazione in chimica e farmaceutica; trattamento per vernici nel settore automobilistico ma anche alcune fasi fondamentali di processi industriali legati alla produzione di acciaio, cemento, vetro, plastica e pellame.

“In Italia l’industria assorbe oltre il 40% della domanda nazionale di energia termica e ha un peso significativo, sia sui consumi globali che sulle emissioni di anidride carbonica che gli impegni internazionali e il Green New Deal ci impongono di ridurre, in linea con il target della neutralità climatica entro il 2050”, evidenzia Walter Gaggioli, responsabile della Divisione Solare Termico, Termodinamico e Smart Network dell’ENEA. “In questo contesto, la tecnologia del solare a concentrazione rappresenta un’importante opportunità per produrre calore, ridurre l’utilizzo di combustibili fossili e favorire la transizione ecologica grazie a una progressiva decarbonizzazione dei processi produttivi.”

Secondo studi internazionali circa il 90% dell’energia termica consumata dall’industria a livello mondiale è prodotta da fonti fossili (45% carbone, 30% gas naturale e 15% petrolio) e non più del 10% da fonti rinnovabili. Circa la metà di questi consumi è attribuibile ai settori cosiddetti “hard-to-abate”, ossia difficilmente elettrificabili, per i quali il solare a concentrazione può fornire soluzioni efficaci per la decarbonizzazione.

Grazie all’impiego di sistemi di accumulo di energia termica, la tecnologia può garantire inoltre una produzione affidabile e flessibile di calore, adattabile a molteplici processi industriali, a specifiche strategie di gestione ed esercizio, a diverse temperature, carichi termici e taglie di impianto. L’infrastruttura è stata realizzata dall’ENEA nell’ambito del Piano Triennale di Realizzazione 2019-2021 per la Ricerca di Sistema Elettrico Nazionale (Accordo di Programma sottoscritto da ENEA-Ministero della Transizione Ecologica) ed è predisposta per future modifiche che permetteranno, attraverso l’utilizzo di innovativi componenti e fluidi termovettori, di ampliare il range di temperature operative e i possibili campi di applicazione.

Il “parco” solare a concentrazione dell’ENEA

Impianto PCS - Prova Collettori Solari

L’impianto di prova PCS (Prova Collettori Solari) è la prima infrastruttura a livello mondiale per la sperimentazione dell'impiego dei sali fusi come fluido termovettore nella tecnologia solare dei collettori parabolici lineari. Realizzato nel Centro Ricerche ENEA della Casaccia nel 2003 su progetto originale ENEA, oggi rappresenta un’infrastruttura fondamentale per la ricerca e lo sviluppo applicativo degli impianti solari a concentrazione a sali fusi.

La stessa tecnologia è alla base di diversi impianti solari in tutto il mondo (ad esempio in Cina, in Egitto nell’ambito del progetto MATS) e in Italia in Sicilia (Impianto di Partanna). L’impianto consente di effettuare: prove di funzionamento nelle diverse condizioni di esercizio, verifiche sulle prestazioni e sull’affidabilità dei componenti e analisi di situazioni critiche e anomalie. I dati ottenuti dalle prove consentono di costruire e validare modelli di calcolo, ottenere le informazioni necessarie per la progettazione di nuovi componenti e impianti, mettere a punto le procedure di conduzione, perfezionare nuove soluzioni impiantistiche, sviluppare nuovi tipi di accumulo di energia termica ad alta e media temperatura. L’impianto PCS inoltre viene utilizzato per la qualificazione di componenti commerciali e la formazione di tecnici e giovani ricercatori, anche in campo internazionale.

Il “Dish” – Il disco solare

L’impianto Dish, installato presso il Centro Ricerche ENEA Casaccia, è un prototipo dimostrativo di un’innovativa tecnologia solare a concentrazione per la generazione elettrica distribuita. La novità di questo sistema è l’integrazione del concentratore parabolico circolare (in gergo tecnico "dish") con una microturbina ad aria di estrazione automobilistica per la generazione elettrica e termica di piccola taglia. Il dish ha un diametro di 12 metri e una superficie di 88 metri quadri interamente ricoperta di specchi solari che concentra in una piccola area focale fino a 2mila volte la radiazione solare, che a sua volta viene convertita in calore ad alta temperatura. Rispetto al fotovoltaico tradizionale, questo sistema consente di sfruttare le potenzialità della cogenerazione termica per il condizionamento e la climatizzazione nel settore civile e industriale, nonché la dissalazione delle acque, utilizzando il calore residuo dell’aria in uscita dall’impianto. Inoltre la tecnologia è idonea alla generazione elettrica/termica on-demand, anche in assenza di irraggiamento solare, grazie alla possibilità di accumulare il calore e di alimentare la turbina con combustibili o biocombustibili. Il target commerciale è l’utenza distribuita domestica o aziendale di piccola taglia (5-30 kWe) come piccoli villaggi, piccole utenze industriali off-grid, mentre per utenze di taglia maggiore l’approccio è di tipo modulare, replicando l’unità base di generazione.

Reslag - L’impianto che riutilizza gli scarti dell’industria siderurgica per stoccare l’energia termica

Un nuovo sistema di accumulo termico basato su materiali di scarto dell’industria siderurgica per stoccare l’energia termica negli impianti solari termodinamici. L’obiettivo è sostituire una parte dei sali fusi utilizzati dall’impianto solare a concentrazione per accumulare energia termica ad alta temperatura (fino a 550 ºC), con scarti d’altoforno opportunamente riprocessati, riducendo i costi dei sistemi di accumulo di energia termica ad alta temperatura e riciclando un rifiuto industriale altrimenti destinato al deposito in fabbrica o alla discarica.

Il Laboratorio per il solare termico

Presso il Centro Ricerche di Trisaia (Matera) è operativo un laboratorio accreditato che qualifica e certifica, in accordo alla normativa tecnica di settore (EN 12975 ed ISO 9806), componenti e sistemi solari termici a bassa e media temperatura, con conseguente rilascio delle certificazioni necessarie per l'accesso agli incentivi statali previsti dalla legislazione vigente. Il laboratorio svolge attività di ricerca nel settore delle applicazioni del solare termico a bassa e media temperatura, di supporto tecnico-scientifico allo sviluppo di prototipi piani o a concentrazione destinati alla produzione di calore, all’alimentazione di processi termici per applicazioni civili ed industriali, alla realizzazione di sistemi innovativi di climatizzazione. Nello specifico le attività riguardano in particolare: l’analisi e l’ottimizzazione energetica dei sistemi solari a bassa e media temperatura, la valutazione ed ottimizzazione tecnico-economica di impianti di solar cooling, la caratterizzazione energetica di collettori a concentrazione per applicazioni a media temperatura.