Le ricerche ENEA

L’ENEA da molti anni è fortemente impegnata nello sviluppo delle tecnologie solari a concentrazione e rappresenta un riferimento internazionale soprattutto per l’utilizzo dei sali fusi come fluido termovettore.

La finalità del programma ENEA è duplice: da una parte l’utilizzazione del potenziale solare per ridurre la dipendenza energetica dalle importazioni di combustibili e dall’altra quella di favorire la nascita e la qualificazione dell’industria nazionale per competere a livello internazionale nella costruzione di impianti e nella fornitura di componenti speciali.

Il programma di ricerca dell’ENEA ha preso in esame la tipologia più promettente, quella dei collettori parabolici lineari, ne ha individuato le criticità e ha sviluppato soluzioni innovative, coinvolgendo fin dall’inizio diverse aziende italiane nello sviluppo e nella realizzazione prototipale dei nuovi componenti e sistemi di impianto.

Le soluzioni innovative sono state sperimentate in condizioni reali di funzionamento mediante speciali infrastrutture di prova, appositamente progettate dall’ENEA, tra cui:

  • l’impianto PCS (agganciare Impianto di prova PCS dell’ENEA);
  • l’impianto MOSE per la caratterizzazione fluidodinamica dei sali fusi e prove di corrosione su componenti di processo;
  • il Modulo di Prova a Bassa Temperatura (MPBT) per prove strutturali e di efficienza degli specchi;
  • l’apparato sperimentale “Prode” per lo studio, in condizioni di similitudine, del drenaggio dei sali dalle tubazioni;
  • l’apparato sperimentale per lo studio del comportamento dei sali nelle tubazioni e la messa a punto di sistemi di riscaldamento a impedenza elettrica;
  • il profilometro ottico, strumentazione originale sviluppata dall’ENEA per verificare le caratteristiche ottiche dei pannelli riflettenti costituenti gli specchi.

I risultati ottenuti sono poi confluiti nel progetto dell’impianto dimostrativo su scala industriale Archimede, realizzato dall’ENEL in Sicilia.

La soluzione sviluppata dall’ENEA impiega come fluido termovettore una miscela di sali fusi, costituita per il 60% di nitrato di sodio e per il 40% di nitrato di potassio. Questa miscela fonde a circa 230 °C e rimane stabile allo stato liquido fino a circa 600 °C, con ottime caratteristiche di trasporto del calore. La stessa miscela viene utilizzata come mezzo di accumulo termico, evitando l’uso di scambiatori di calore.
Nel caso in cui la temperatura di qualsiasi punto dell’impianto dovesse scendere al di sotto dei 230 °C la miscela solidificherebbe. La soluzione proposta dall’ENEA supera queste difficoltà grazie ad accurati sistemi di isolamento termico, di riscaldamento ausiliario e di particolari procedure per l’esercizio degli impianti.
Specifici studi sono anche stati effettuati sulla compatibilità dei materiali con i sali fusi e sugli effetti di lungo periodo.
La temperatura operativa più elevata (550 °C) comporta diversi vantaggi: maggiore rendimento termodinamico nella produzione di energia elettrica (almeno 3-4 punti percentuali), maggiore capacità di accumulo termico a parità di volume (oltre il 50% in più) e soprattutto la possibilità di produrre direttamente vapore surriscaldato a condizioni pienamente compatibili con le turbine generalmente utilizzate nelle centrali termoelettriche (530 °C e 100 bar), mentre la temperatura più bassa negli impianti a olio termico (400 °C) richiede l’uso di un surriscaldatore integrativo a combustibile oppure l’utilizzazione di turbine fuori standard, entrambe soluzioni meno efficienti.
Le altre innovazioni del progetto ENEA riguardano l’ottimizzazione dei componenti chiave: i collettori solari, i pannelli riflettenti e il tubo ricevitore.

Un aspetto particolarmente importate è lo sviluppo del rivestimento selettivo dei tubi ricevitori, in grado di garantire elevate prestazioni ad alta temperatura e di rimanere stabile nel tempo, che ha richiesto notevole lavoro teorico e sperimentale presso il Centro Ricerche ENEA di Portici per metterne a punto la composizione e la procedura di deposizione ottimali.
Dopo la realizzazione dell’impianto Archimede, l’impegno ENEA nel settore solare a concentrazione prosegue attraverso attività di ricerca e sperimentazione finalizzate a migliorare le prestazioni degli impianti attraverso l’ottimizzazione dei componenti e lo sviluppo di nuovi concetti, come la filiera “Trebios” e i sistemi innovativi di accumulo termico.
La filiera Trebios rappresenta un’evoluzione degli impianti solari a collettori parabolici lineari a sali fusi per rendere convenienti applicazioni di taglia medio-piccola e si basa sui seguenti elementi innovativi:

  • standardizzazione del campo solare secondo moduli predefiniti;
  • accumulo termico con unico serbatoio stratificante;
  • integrazione del generatore di vapore con il serbatoio di accumulo;
  • integrazione con altre fonti rinnovabili a livello di riscaldamento dei sali fusi;
  • produzione congiunta di energia termica e calore per usi tecnologici o di climatizzazione.

Nel campo dei sistemi di accumulo termico le soluzioni allo studio da parte dell’ENEA riguardano l’utilizzazione di serbatoi con materiali e geometrie alternative rispetto alla soluzione classica.
L’ENEA fornisce supporto alle aziende nella realizzazione di nuovi progetti e nella qualificazione di nuovi componenti.
Partecipa, inoltre, a diversi progetti di sviluppo in collaborazione con altre organizzazioni di ricerca e aziende industriali, avendo in diversi casi il ruolo di coordinatore.