Oggi vi presentiamo lo STEM®, il primo impianto solare termodinamico al mondo che utilizza la sabbia.
Lo STEM® è un impianto solare termodinamico prodotto e brevettato dal Gruppo Magaldi, inaugurato il 30 giugno 2016 nel Polo Energetico Integrato a San Filippo del Mele in provincia di Messina.
Impianto solare termodinamico
Il sistema alla base di un impianto solare termodinamico è quello di utilizzare specchi in grado di indirizzare il fascio di luce verso un punto preciso, occupato da un serbatoio (tubo o caldaia) pieno di un fluido vettore, in genere un olio minerale diatermico o un sale fuso, per generare poi vapore surriscaldato da inviare in una turbina elettrica.
Esistono due tipi di impianti solari termodinamici:
- Uno che usa chilometri di specchi parabolici che concentrano la luce su dei tubi pieni di fluido vettore.
- E un altro che impiega centinaia di eliostati (specchi che seguono il sole), per indirizzare la luce su una caldaia centrale.
Il principale vantaggio del solare termodinamico è assicurato dai serbatoi termicamente isolati, che mantengono per molto tempo i fluidi ad alte temperature, assicurando una scorta di calore capace di produrre energia elettrica anche in assenza di sole, rendendo questo sistema più efficiente del fotovoltaico.
Il principale svantaggio di questi sistemi proviene dal tipo di fluido vettore che viene utilizzato:
- l’olio diatermico, è infiammabile e fortemente inquinante, oltre al fatto di non essere molto efficiente, in quanto ha il difetto di non poter superare i 300° C, temperatura non sufficiente per ottenere un vapore di “qualità”.
- I sali minerali fusi, se si raffreddano sotto i 300°C, tornano solidi e ostruiscono i tubi e per scongiurare questa evenienza, nei periodi di scarsa insolazione il fluido deve essere scaldato con del metano.
L’innovazione dello STEM®
Lo STEM® è un impianto solare termodinamico unico al mondo, al quale è stato risolto il problema connesso ai fluidi vettori, il Gruppo Magaldi ha avuto l’idea di utilizzare al loro posto della sabbia, realizzando con la consulenza dell’Università Federico II di Napoli, un “letto fluido” costituito da sabbia di fiume silicea, con granelli di 0,2 millimetri o meno.
I vantaggi dell’utilizzo di un letto fluido di sabbia sono numerosi:
- Materiale economico, disponibile in natura in grosse quantità.
- ecosostenibile, in grado di essere riutilizzato e smaltito senza problemi per l’ambiente.
- capacità termica superiore rispetto a un liquido, può accumulare calore fino 1600 gradi C ( temperatura di fusione della sabbia silicea).
- accumulo termicofino a 10/15 ore.
Stem®, brevetto tutto italiano
La tecnologia prodotta dal Gruppo Magaldi è un brevetto tutto Italiano, per la progettazione di questa tecnologia ha collaborato: il Dipartimento di ingegneria chimica, dei materiali e della produzione industriale dell’Università di Napoli Federico II, l’Istituto di ricerche sulla combustione (Irc) del Cnr e l’ingegner Gennaro De Michele, direttore scientifico del progetto.
Come funziona lo STEM®
Il prototipo dello STEM® presente in Sicilia si estende su una superficie totale di 2,25 ettari, è costituito da un singolo modulo da 2 MW, in grado di produrre 500 KWh o una produzione giornaliera di vapore surriscaldato a 520°C pari a 20,5 tonnellate.
Il sistema essendo modulare, può essere ampliato collegando in serie altre unità.
786 eliostati (superficie complessiva di 5.500 metri quadri) , che seguono il Sole, convogliano i raggi solari su un grande specchio quadrato superiore che a sua volta li convoglia verso un cilindro, riempito con 250 tonnellate di sabbia, destinato ad accumulare il calore durante le ore ad elevata insolazione.
Nel cilindro è ospitata una camera la cui forma è stata studiata dall’Istituto di Ottica del Cnr, dove volano le tonnellate di granelli di sabbia, che raggiunti i 650 °C, cedono calore a una serpentina di tubi pieni di acqua, il vapore che si produce nella serpentina viene convogliato in una turbina per la produzione di energia elettrica.
Il prototipo dello STEM® per ora non ha una sua turbina, ma sfrutta le turbine della vicina centrale ad olio combustibile di A2A.
Il calore accumulato nel cilindro termicamente isolato, assicura produzione di energia per sei ore di fila a massima potenza, anche in assenza di sole.
L’Istituto di ricerche sulla combustione (Irc) del Cnr, vorrebbe portare anche un ulteriore innovazione straordinaria nello STEM: utilizzare gli eliostati non solo per convogliare la luce del sole verso il cilindro, ma dividere lo spettro riflesso da essi in due parti, quello utile per riscaldare la sabbia e il rimanente utilizzarlo da parte di pannelli fotovoltaici installati direttamente sugli specchi degli eliostati.
Lo STEM® cattura gli scienziati statunitensi
Il 27 Aprile 2017 Il professore Clifford Ho dei Sandia National Laboratories, con sede nel New Mexico e in California, ha visitato il Polo energetico e ha dichiarato: “ il lavoro di Magaldi con il ricevitore a letto fluidizzato, è ben allineato con gli sforzi di Sandia per sviluppare tecnologie CSP a particelle con lo scopo di ottenere temperature più elevate e maggiore efficienza rispetto agli attuali CSP, cosi da poter avanzare lo stato attuale della tecnica. La tecnologia delle particelle fluidizzate di Magaldi è unica, in quanto permette il riscaldamento e deposito di particelle di sabbia generando vapore ad alta temperatura – in una singola unità, con base a terra. Il vapore ad alta temperatura può essere utilizzato per generare elettricità, anche quando il sole non splende .”
I Sandia Laboratories hanno il compito di svolgere attività di ricerca e sviluppo nei settori della sicurezza globale, della difesa, nel settore nucleare e nelle tecnologie nel settore dell’energia con sedi ad Albuquerque, New Mexico e Livermore, California.
Il protoripo dello STEM®, servirà a dimostrare ai compratori, probabilmente stranieri come il Sandia National Laboratories, l’efficacia e l’economicità del sistema.
Un impianto perfetto per le aree geografiche con alto irraggiamento solare, capace di produrre energia elettrica e calore sia per grandi complessi industriali che per piccole realtà, garantendo un funzionamento 24 ore su 24 per 365 giorni l’anno e un capacity factor che può arrivare fino all’85%, di gran lunga superiore alle altre fonti rinnovabili.
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