mercoledì 2 novembre 2016


Scritto da Riccardo Bellini 

L’idea di concentrare la luce solare attraverso gli specchi è tanto affascinante quanto antica. Fu infatti oggetto del genio di Archimede che la sfruttò per respingere le navi romane a Siracusa durante la seconda guerra punica. Ad oggi, lo stesso principio è applicato con il fine di produrre energia elettrica e termica, tramite la collocazione in diversi arrangiamenti di concentratori, ovvero gli specchi, che focalizzano la luce su un ricevitore, trasformandola così in energia termica veicolata da un fluido termo-vettore. Questo fluido porta in dotazione già a questo stadio l’energia termica che per la natura stessa di fluido è agevolmente trasportabile, che può essere trasformata in energia elettrica (in genere grazie alle turbine a vapore e agli alternatori). L’output alternativo termico/elettrico è uno dei due grandi vantaggi in termini tecnologici rispetto al fotovoltaico, considerando anche le alte temperature raggiungibili (anche 600 °C) che permettono un uso dell’energia termica prodotta a fini industriali. Inoltre presenta il vantaggio di una discreta stoccabilità che impatta sul problema dell’intermittenza della luce solare a causa del ciclo giorno-notte e della nuvolosità (arrivando anche a raddoppiare le ore equivalenti annue di funzionamento). Nel dettaglio, sono 3 le macrocategorie più diffuse di impianti: a disco parabolico; a torre, e a collettori parabolici o lineari Fresnel.

Nel 2014, la tecnologia CSP (Concentrated Solar Power) contava 4,4 GW installati a livello mondiale, con un ruolo predominante di USA e Spagna che insieme rappresentavano circa il 90% del totale. 


Come evidenziato dal grafico, oggi il CSP è tra le tecnologie più distanti dal LCOE (costo livellizzato dell’energia) delle fonti fossili. Questo perché le cap-ex e op-ex (che sono elevate anche perché il contenuto tecnologico è alto) non sono ancora sufficientemente compensate da una parte dal fattore di concentrazione (che influisce molto sulla temperatura raggiungibile e sull’efficienza del ciclo vaporeo) e dall’altra dallo stoccaggio che permette di aumentare le ore annue equivalenti di produzione e abbassare il LCOE lungo la vita degli impianti. Proprio da ciò si capisce come la questione dello stoccaggio impatti sulla competitività attuale e prospettica del CSP e spiega come ci sia una corsa alla tecnologia più promettente in questo senso.

Prospettive tecniche
Da un punto di vista tecnologico-industriale, un possibile scenario futuro potrebbe vedere l’imposizione del mini CSP. Si tratta di collettori di piccole dimensioni (fino a 1 MW) da installare su edifici industriali, per produrre il cosiddetto calore di processo, o anche residenziali, per la climatizzazione. Un’altra prospettiva che sta ottenendo successo a livello di R&D consiste nelle soluzioni integrate (grazie alla condivisione del ciclo termodinamico), ovvero in impianti ibridi che utilizzano anche altre fonti (biomasse su tutte) per aumentare lo stoccaggio in maniera più conveniente rispetto agli impianti non ibridi, perché l’integrazione con altre fonti permetterebbe di innalzare il “punto di equilibrio tra l’incremento di costo associato al sistema di accumulo termico e il beneficio economico conseguente alla maggiore produzione elettrica”. Altri usi con orizzonti più di lungo termine si profilano processi produttivi assistiti dall’energia solare concentrata (come i solar fuels o il reforming solare del metano) e processi termochimici per la produzione di idrogeno.

Prospettive economiche
Dal punto di vista della competitività, bisogna innanzitutto annoverare i vantaggi in termini di sostegno all’occupazione locale e lo sfruttamento di vaste aree altrimenti difficilmente utilizzabili (deserto, discariche esaurite, zone industriali dismesse). Un’altra prospettiva da considerare è l’integrabilità con altre fonti (dato che la produzione di energia elettrica avviene con il tradizionale ciclo termodinamico), che può essere anche invertita (CSP a supporto di impianti già esistenti oltreché altre fonti a supporto di impianti CSP). Poi, come per altre rinnovabili, un aumento del prezzo per la produzione di una tonnellata di CO2 equivalent ridurrebbe sensibilmente il gap dalle fossili.

Lo stoccaggio, poi, presenta il vantaggio, attraverso la migliore dispatchability, di una maggiore flessibilità nel catturare i picchi di prezzo. Si pensa poi che impianti con maggiore stoccaggio godranno di maggiori economie di scala poiché i costi fissi (rispetto alla capacità installata, e quindi scalabili) di impianto pesano maggiormente (i costi degli impianti senza stoccaggio sono invece prevalentemente formati dal campo solare, costo variabile rispetto alla capacità installata); gli impianti a torre in questo senso possono anche contare sulla maggiore efficienza del ciclo termodinamico che impatta tanto più sono i MW installati. A conferma di quanto detto possiamo apprezzare le previsioni dei LCOE nel 2025, osservando come gli impianti con più stoccaggio (a torre) tra le tecnologie CSP, e la tecnologia CSP tra le FER, abbiano i maggiori margini di miglioramento:


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