Technology

L’impianto che non dorme mai

 By Claudia Astarita

Sorvolando il deserto del Nevada, negli Stati Uniti, più o meno a metà strada tra Las Vegas e Reno, è impossibile non notare un’enorme distesa di specchi che si dirama da una torre centrale alta circa 200 metri. Un ufo? Un trasmettitore per comunicare con gli alieni? No, un impianto ad energia solare di ultima generazione in grado di alimentare niente meno che 75mila abitazioni e che, soprattutto, non le lascia senza energia nemmeno di notte, quando piove o il cielo è pieno di nuvole…

(Cover foto tratta da www.wired.com)

Stiamo parlando di Crescent Dunes, una delle tre centrali ad energia solare termodinamica con cui il gigante californiano SolarReserve  spera di riuscire a rivoluzionare il mondo delle rinnovabili, rendendole utilizzabili a ciclo continuo, senza sprechi e, soprattutto, a costi competitivi. Kevin Smith, Ceo di SolarReserve, ha deciso di puntare sul solare termodinamico per risolvere alcuni dei problemi legati a produzione, stoccaggio e distribuzione dell’energia raccolta con i più classici pannelli solari. Primo fra tutti l’impossibilità di garantire una fornitura costante a prescindere dalle condizioni metereologiche e di evitare gli sprechi quando, invece, c’è troppo sole e l’energia in eccesso, se non può essere incanalata nella rete o accumulata in batterie sufficientemente capienti, rischia di essere sprecata.

Un impianto come quello di Crescent Dunes, infatti, è in grado di rimanere operativo 24 ore su 24, senza disperdere nemmeno un kilowattora di energia. Il principio del solare termodinamico è molto semplice: gli specchi sono posizionati in maniera da riflettere i raggi solari (e quindi il calore) verso la torre centrale, all’interno della quale le temperature arrivano a sfiorare i 600 gradi. Tutta questa energia termica può essere anche conservata grazie a dei materiali, i vettori termici, in grado di immagazzinare calore e rilasciarlo per generare energia elettrica tutte le volte che la rete lo richiede.

Fonte: SolarReserve

SolarReserve sta puntando molto sul termodinamico perché non è così ottimista sulle possibilità di garantire una fornitura di energia costante affidandosi al fotovoltaico. Avere oggi la possibilità di immagazzinare l’energia solare in eccesso grazie alle batterie di certo permette di limitare gli sprechi, ma anche l’assetto pannelli + batterie non consente ancora di garantire economicamente una copertura totale a costi contenuti, a prescindere dal fatto che si tratti di un impianto pensato per uso industriale o domestico.

Se è vero che l’utilizzo delle rinnovabili in pochissimi anni è esploso, è anche vero che ci vorranno ancora alcuni decenni per ottenere tecnologie pulite autosufficienti e rinunciare definitivamente ai combustibili fossili. Il solare termodinamico può certamente contribuire a questo affrancamento, a patto che riesca a migliorare due dei suoi punti deboli: costi e dimensioni.

Capacità complessiva del solare termico e rendimento annuale 2000-2015 (Fonte: Solar Heat Worldwide, Markets and Contribution to the Energy Supply, 2016 Edition)
Sul fronte dei costi, il solare termodinamico resta una delle tecnologie più costose al mondo.

Per riuscire a fare la differenza, questo sistema deve diventare più competitivo. «Il punto non è tanto far conoscere al pubblico le virtù del solare a concentrazione, quanto far passare il messaggio secondo cui, in termini di efficienza, tra pannelli solari e impianti termici non c’è confronto», ha spiegato Smith nel corso di un’intervista rilasciata al settimanale americano Time. «Chi crede troppo nel potenziale delle batterie sarà costretto a ricredersi», ha concluso il Ceo di SolarReserve. «Del resto, si può immagazzinare più energia con Crescent Dunes che mettendo insieme tutte le batterie al momento disponibili sul mercato».

Se SolarReserve è già riuscita a rendere operativi tre impianti a solare termodinamico vuole dire che le prospettive di crescita di questa nuova tecnologia sono buone. Anzi, dati alla mano, l’impressione generale è che questo tipo di impianto possa funzionare bene soprattutto nei paesi emergenti, in cui soddisfare la domanda energetica è particolarmente difficile. Non è un caso che le altre due centrali di SolarReserve siano state costruite in Sud Africa e in Cile. La prima, Redstone, ha una taglia di 100 Megawatt ed è in grado di rifornire di energia fino a 200mila abitazioni contemporaneamente. La seconda, Copiapò, ancora in costruzione, riuscirà a immettere nella rete circa 260 Megawatt di energia 24 ore al giorno (quindi “baseload”), coprendo il fabbisogno energetico di circa 560mila famiglie.

Per poter raggiungere le necessarie economie di scala, però, le strutture di Solar Reserve hanno bisogno di spazi enormi. Al momento, infatti, solo le dimensioni possono aiutare a ridurre il costo dell’energia prodotta dall’impianto. Ecco perché nazioni come l’India o la Cina, dove la necessità di garantire un approvvigionamento abbondante di energia pulita è più urgente che mai, e dove vi sono sia lo spazio sia l’irraggiamento solare necessari per diventare leader in questo settore, potrebbero presto decidere di procedere nella stessa direzione.

Al momento, quelli di SolarReserve sono impianti troppo grandi – cosiddetti “utility scale” – e costosi per essere acquistati dalle singole aziende. Possono funzionare solo con finanziamenti in loco, vale a dire con il sostegno dei governi nazionali o delle agenzie per lo sviluppo, interessate a stimolare la costruzione di nuovi impianti che immettano energia pulita in rete. Per arrivare al loro sfruttamento anche in un contesto industriale, queste centrali avrebbero bisogno di diventare più piccole e versatili, rimanendo però competitive sul piano dei costi.

Mentre SolarReserve si sta specializzando nei progetti di grande scala, un’azienda italiana molto attiva nel campo delle rinnovabili ha deciso di fare una scelta opposta, investendo sul termodinamico su scala ridotta. Turboden non è certo alle prime armi nel settore. Il primo impianto dimostrativo lo ha realizzato addirittura quasi quarant’anni fa, a Perth, in Australia, in collaborazione con Ansaldo, il Politecnico di Milano, e un’università locale. «Sono anni che si lavora a questa tecnologia, ma solo oggi si può parlare di fattibilità economica per questi impianti», spiega Carlo Minini, Business Developer Manager di Tuboden. «Le prime sperimentazioni con la nostra tecnologia sono state fatte con impianti pilota o dimostrativi ormai molti anni fa. Oggi, invece, gli impianti che sfruttano fonti di energia rinnovabile riescono a competere con nuove centrali alimentate ad esempio a carbone. Per il solare qualche volta significa dover ricorrere all’uso combinato – o ibridizzazione – con altre fonti di energia, o quantomeno a sussidi».

Fonte: SolarReserve

Come sempre succede, infatti, per creare opportunità per gli sviluppatori sono necessari interventi governativi con sussidi per la ricerca e l’innovazione, tariffe incentivanti che permettano di vendere a prezzi elevati l’energia prodotta con le nuove centrali e dispacciamento prioritario per l’energia da fonti rinnovabili. Un aiuto che, in Italia, ha portato alla creazione di nuovi consorzi interessati a collaborare su progetti di solare termodinamico di piccola scala rispetto a quelli di SolarReserve, nel tentativo di soddisfare le esigenze di un altro tipo di clientela: quella industriale.

Se intuire come funziona il fotovoltaico può essere semplice una volta compreso che i pannelli trasformano direttamente l’energia solare in energia elettrica, i meccanismi del solare termodinamico possono risultare meno scontati. «Con questo tipo di tecnologia è necessaria una turbina per trasformare l’energia termica accumulata in energia meccanica e poi elettrica». Dettaglio, questo, che mette in gioco un altro elemento: quello dei fluidi termovettori che trasportano il calore, il costo dei quali viene minimizzato da SolarReserve grazie agli impianti a torre centrale, unico elemento dello stabilimento in cui circolano i vettori che accumulano e trasferiscono l’energia termica verso la turbina.

«Esistono diversi tipi di vettori termici» chiarisce l’ingegnere di Turboden. «Acqua surriscaldata, sali fusi, olio diatermico, vale a dire un olio, che può essere sia minerale sia sintetico, capace di arrivare a notevoli temperature notevoli senza andare in ebollizione e a bassa pressione, e, tra i materiali per l’accumulo di calore, anche le pebble stones, pietre naturali in grado di immagazzinarlo e rilasciarlo nel momento del bisogno». I diversi fluidi hanno caratteristiche differenti che li rendono più o meno vantaggiosi a seconda delle applicazioni: i sali fusi sono meno costosi e possono raggiungere temperature più alte (che significano efficienze maggiori), ma, a differenza dell’olio diatermico, se si raffreddano si solidificano, causando problemi di gestione dell’impianto.

Per quanto gli esperti tendano a guardare con grande ottimismo al futuro del fotovoltaico, il comparto delle batterie non è ancora sufficientemente maturo per garantire una copertura nelle 24 ore a prescindere dalle condizioni metereologiche, e il mondo delle rinnovabili ha bisogno di un mix di valide soluzioni alternative per continuare a crescere e a svilupparsi. Il vantaggio del solare termodinamico in salsa italiana è senza dubbio nelle dimensioni: grazie all’utilizzo di specchi e di collettori di diverso tipo, ma soprattutto grazie alle turbine a Ciclo Rankine Organico (ORC) – che nonostante le taglie ridotte mantengono alta efficienza e bassi costi d’esercizio- per sfruttare questa tecnologia e renderla più accessibile  basta avere a disposizione uno spazio ridotto (per un impianto da 10 Megawatt servono circa 10 ettari, o 0.1 km2. Eppure, per quanto a parità di potenza installata e generata il solare termodinamico risulti molto più compatto del fotovoltaico, parlare di un vantaggio competitivo è prematuro.

LEGGI ANCHE: Un futuro chiamato Jakarta di Antonio Talia

Carlo Minini è convinto dell’urgenza di approcciarsi al mondo delle rinnovabili con un occhio più aperto, e flessibile. «È sbagliato percepire le tecnologie disponibili oggi come in competizione l’una con l’altra. Per sfruttarne al massimo le potenzialità dovremmo invece farle dialogare, e integrarle». Percezione, quella dell’ingegnere di Turboden, che spiega il suo entusiasmo per gli impianti ibridi e co/tri-generativi. «Un sistema integrato è in grado di offrire vantaggi enormi perché è multifunzionale e calibrato sulle esigenze dell’azienda che decide di installarlo, e molto spesso permette anche un recupero efficiente e flessibile degli scarti di produzione e dei cascami termici, anche a diverse temperature».

Sulla carta, le potenzialità dei sistemi ibridi potrebbero diventare appetibili anche per i governi nazionali. «C’è chi lo ha già capito e sta facendo partire i primi progetti pilota», conclude Minini. «Nelle aree più remote dell’Australia, ad esempio, per diminuire il consumo di carburanti tradizionali sono stati installati pannelli solari e batterie per alimentare parzialmente le piccole reti locali anche con energia pulita», ed è realistico immaginare che un impianto ibrido potrebbe essere particolarmente vantaggioso soprattutto abbinato alle centrali che smaltiscono i rifiuti.

Il settore delle rinnovabili è ancora lontano dal poter sostituire completamente i combustibili fossili, ma di certo sta facendo rapidi passi avanti. Le centrali integrate potrebbero presentarsi come la soluzione vincente già nel medio periodo, e il solare a concentrazione potrebbe permettere di soddisfare anche le esigenze energetiche più ambiziose senza pesare troppo sull’ambiente. Tuttavia, per favorire la rivoluzione delle rinnovabili è fondamentale agire anche da un’altra prospettiva, quello delle reti. Quelle elettriche tradizionali sono state pensate per distribuire energia generata in maniera centralizzata, da gigantesche centrali. Oggi, per sfruttare meglio il potenziale delle rinnovabili sarebbe bene ragionare in termini di energia distribuita, realizzando impianti più piccoli in prossimità dei punti di utilizzo, e di digitalizzazione delle reti. Rendendole così più intelligenti e flessibili, e sempre meno dipendenti dai combustibili tradizionali.

(Le webstory di Claudia Astarita è una produzione Informant-IFT Studio)

informazioni sull'autore
Claudia Astarita
Docente di Studi Asiatici presso il Centro Studi sulla Cina contemporanea dell'Università di Melbourne. Scrive di Asia per diverse testate italiane e straniere.