Il presente lavoro illustra i risultati di uno studio sulle prestazioni di impianti CSP innovativi basati su specchi parabolici lineari con utilizzo di CO2 come fluido termovettore, sistemi di accumulo termico a termoclino e di un ciclo termodinamico a vapore. L’utilizzo della CO2 consente di operare a temperature superiori a quelle degli impianti CSP convenzionali (550 °C contro circa 400 °C), con conseguenti benefici sul rendimento del ciclo a vapore, mentre la presenza di un gradiente di temperatura lungo il serbatoio (il cosiddetto termoclino) consente di accumulare e successivamente di recuperare l’energia termica a temperatura sostanzialmente costante. Tuttavia, all’aumentare della temperatura operativa del fluido termovettore si riduce il rendimento di captazione dell’energia solare, mentre la gestione del termoclino determina alcune limitazioni sulla capacità di utilizzazione del volume di accumulo termico. Le prestazioni dell’impianto CSP sono state valutate utilizzando specifici modelli di simulazione dei collettori solari, dei serbatoi di accumulo termico e del ciclo a vapore. In una prima fase dello studio, in relazione alle diverse condizioni termodinamiche del fluido termovettore, le prestazioni del ciclo a vapore sono state ottimizzate mediante la modifica dei principali parametri operativi del ciclo (pressione e temperatura del vapore, grado di rigenerazione). Successivamente sono state analizzate le prestazioni dell’intero impianto CSP in funzione dei suoi principali parametri caratteristici (multiplo solare e capacità di accumulo termico) e al variare della radiazione solare. I risultati dello studio hanno messo in evidenza come la riduzione del rendimento di captazione dell’energia solare sia tuttavia ampiamente compensata dall’aumento del rendimento del ciclo a vapore. L’analisi effettuata con riferimento ai dati di Cagliari ha evidenziato che all’aumentare del multiplo solare e della capacità di accumulo termico il rendimento medio annuo dell’impianto CSP diminuisce, mentre la produzione annua di energia elettrica risulta sempre crescente. Nel complesso, in corrispondenza di un multiplo solare circa pari a 1,5 e di una capacità di accumulo di 4-6 ore, il rendimento medio annuo è pari a circa il 18-19%, mentre, con riferimento ad una potenza netta di 50 MW, la produzione annua si attesta su valori di circa 140-150 GWh/anno (ovvero circa 3000 ore equivalenti/anno).
Impianti solari termodinamici operanti con collettori parabolici lineari e fluidi gassosi ad alta temperatura
CAU, GIORGIO;COCCO, DANIELE;PETROLLESE, MARIO;PUDDU, PIERPAOLO
2011-01-01
Abstract
Il presente lavoro illustra i risultati di uno studio sulle prestazioni di impianti CSP innovativi basati su specchi parabolici lineari con utilizzo di CO2 come fluido termovettore, sistemi di accumulo termico a termoclino e di un ciclo termodinamico a vapore. L’utilizzo della CO2 consente di operare a temperature superiori a quelle degli impianti CSP convenzionali (550 °C contro circa 400 °C), con conseguenti benefici sul rendimento del ciclo a vapore, mentre la presenza di un gradiente di temperatura lungo il serbatoio (il cosiddetto termoclino) consente di accumulare e successivamente di recuperare l’energia termica a temperatura sostanzialmente costante. Tuttavia, all’aumentare della temperatura operativa del fluido termovettore si riduce il rendimento di captazione dell’energia solare, mentre la gestione del termoclino determina alcune limitazioni sulla capacità di utilizzazione del volume di accumulo termico. Le prestazioni dell’impianto CSP sono state valutate utilizzando specifici modelli di simulazione dei collettori solari, dei serbatoi di accumulo termico e del ciclo a vapore. In una prima fase dello studio, in relazione alle diverse condizioni termodinamiche del fluido termovettore, le prestazioni del ciclo a vapore sono state ottimizzate mediante la modifica dei principali parametri operativi del ciclo (pressione e temperatura del vapore, grado di rigenerazione). Successivamente sono state analizzate le prestazioni dell’intero impianto CSP in funzione dei suoi principali parametri caratteristici (multiplo solare e capacità di accumulo termico) e al variare della radiazione solare. I risultati dello studio hanno messo in evidenza come la riduzione del rendimento di captazione dell’energia solare sia tuttavia ampiamente compensata dall’aumento del rendimento del ciclo a vapore. L’analisi effettuata con riferimento ai dati di Cagliari ha evidenziato che all’aumentare del multiplo solare e della capacità di accumulo termico il rendimento medio annuo dell’impianto CSP diminuisce, mentre la produzione annua di energia elettrica risulta sempre crescente. Nel complesso, in corrispondenza di un multiplo solare circa pari a 1,5 e di una capacità di accumulo di 4-6 ore, il rendimento medio annuo è pari a circa il 18-19%, mentre, con riferimento ad una potenza netta di 50 MW, la produzione annua si attesta su valori di circa 140-150 GWh/anno (ovvero circa 3000 ore equivalenti/anno).
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