Alimentare il domani

Il solare termodinamico: ieri, oggi, domani

Dagli specchi ustori di Archimede alle centrali solari del futuro

L’energia solare a concentrazione, o solare termodinamico, è una tecnologia che attira gli investimenti di un numero sempre maggiore di paesi. L’espressione “solare termodinamico” fa riferimento ad un impianto progettato per accumulare energia solare e convertirla in energia elettrica. 

Il principio di funzionamento è quello degli specchi parabolici, noto sin dall’antichità e utilizzato nella costruzione di impianti già a partire dagli anni Settanta. Sostanzialmente si utilizzano specchi posizionati “a parabola” per concentrare i raggi solari in un punto ristretto, detto “fuoco”, per generare calore a temperature molto elevate (fino a 600°C), produrre vapore da espandere in turbina e generare energia elettrica. 

Caratteristica del solare termodinamico è l’utilizzo di accumuli termici, che negli impianti garantiscono fino a 15 ore di funzionamento a pieno carico in assenza di radiazione solare, permettendo di disaccoppiare la raccolta dell’energia solare dalla sua conversione in energia elettrica. Il sistema rende di fatto questa tecnologia l’unica idonea, tra quelle basate su fonti rinnovabili non programmabili, a consentire una produzione dispacciabile, ovvero modulabile sulla base della domanda.

È l’unica tecnologia rinnovabile, tra quelle a fonte solare non programmata, a consentire una produzione “on-demand”

Il solare termodinamico ha origini antiche. Sembra sia stato scoperto intorno al 212 a.C. in Italia, per la precisione in Sicilia durante l’assedio di Siracusa da parte del console romano Marco Claudio Marcello.

Per difendere la città, lo scienziato Archimede ebbe la geniale idea di puntare alcuni specchi – noti come specchi ustori – contro la flotta dell’esercito romano, in modo che i raggi del sole convergessero sulle navi nemiche, incendiandole.

Una centrale a Siviglia, Spagna, con tecnologia termodinamica (DMA Europa)

Ed è proprio in Sicilia che saranno inaugurati a breve i primi impianti solari termodinamici italiani, per la precisione nella piana del Misiliscemi e a Partanna, provincia di Trapani. I progetti sono frutto di un’alleanza tra le società committenti SOL.IN.PAR.srl e Stromboli Solar srl, il costruttore FATA spa (Gruppo Danieli) e l’ENEA (Agenzia Nazionale per le Nuove Tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile), che fornirà supporto tecnico a entrambi.

Si stima che l’impianto di Partanna avrà una potenza installata di 4.26 MWe e potrà generare energia elettrica per oltre 1.400 famiglie, vale a dire il 30% della popolazione del territorio comunale.

Nel 2019 il solare termodinamico è stato inserito tra i temi di interesse strategico della Ricerca sul sistema elettrico, il programma triennale di ricerca sulle nuove tecnologie energetiche finanziato dal Ministero dello Sviluppo Economico.

In questa occasione, l’ENEA ha presentato un piano di ricerca triennale sui principali componenti degli impianti solari a concentrazione, che comprende lo studio di nuovi fluidi di trasferimento del calore, lo sviluppo di materiali innovativi per il rivestimento superficiale dei tubi e la realizzazione di sistemi avanzati di accumulo termico.

Il solare termodinamico ha origini antiche. È stato scoperto intorno al 212 a.C. durante l’assedio di Siracusa dallo scienziato Archimede

Oltre ai due impianti in Sicilia, l’Italia sta portando avanti altre iniziative. Entro il 2021 sarà realizzata, presso il centro ricerche Enea Casaccia (Roma), una piattaforma sperimentale per la caratterizzazione di componenti per la fornitura di calore industriale a medie e alte temperature.

Mentre in Italia i grandi impianti (oltre 20-50 MW) sono di difficile realizzazione a causa delle specifiche condizioni geografiche e delle restrizioni autorizzative, i Paesi dove la tecnologia ha trovato maggior applicazione sono Spagna e Stati Uniti, in testa alla classifica mondiale per potenza installata-operativa più elevate (rispettivamente 2,3 GW e 1,8 GW) seguite da Cina, Marocco e Sud Africa.

Un impianto solare termodinamico in Marocco (Npr)

La distribuzione mondiale degli impianti solari termodinamici dipende soprattutto da caratteristiche geografiche favorevoli, come ad esempio clima secco con scarsa nuvolosità e piovosità e latitudini non troppo elevate. Ulteriore impulso allo sviluppo del solare termodinamico arriva dagli Emirati Arabi uniti e dall’India, con nuovi impianti in costruzione rispettivamente da 700 MW e 290 MW. 

Secondo l’Agenzia Internazionale dell’Energia (IEA) le prospettive di crescita del solare a concentrazione o termodinamico sono positive, tanto che il contributo complessivo degli impianti a concentrazione solare (in inglese noti come “Concentrated Solar Power”) potrebbe rappresentare l’11% della domanda globale di energia elettrica entro il 2050.

La quota di energia solare termodinamica dovrebbe coprire oltre l’11% del fabbisogno globale entro il 2050

Il 2019 è stato un anno positivo per la generazione di energia solare termodinamica, che è aumentata globalmente del 34%, superando la crescita annua del 24% nel periodo compreso tra il 2011 e il 2018. Nonostante ciò, secondo ilTracking SDG7: The Energy Progress Report, i progressi compiuti fino a questo momento non saranno sufficienti a raggiungere gli obiettivi prefissati con il Sustainable Development Goals entro il 2030. 

Se da un lato la produzione continua a crescere, dall’altro la crescita non è veloce come ci si aspettava. Sempre lo scorso anno un’analisi dell’Agenzia Internazionale per le Energie Rinnovabili ha rivelato che, sebbene la capacità installata globale sia cresciuta più di quattro volte dal 2010, all’inizio dell’anno aveva raggiunto i 5,5 GW, soglia che il solare fotovoltaico aveva traguardato già nel 2005 (dati IRENA alla mano).

Impianto solare termodinamico ad Alessandria, in Egitto (MATS)

La crescita è stata rallentata principalmente dal grande sviluppo che ha avuto il solare fotovoltaico, ma anche dalle specificità dell’economia del settore. Il costo degli impianti dipende in modo particolare dai livelli di irraggiamento delle località in cui sono situati, ma anche dall’aumento delle dimensioni dell’impianto. Il che significa che gli impianti più competitivi sono quelli calati in contesti climatici favorevoli e che necessitano di grossi finanziamenti iniziali.

La concomitanza di questi fattori tende a limitare l’attrattiva della tecnologia a quei mercati che possono contare su un clima tendenzialmente soleggiato e che non si lasciano scoraggiare da progetti con elevata esposizione finanziaria.

Tuttavia si prevede che grazie allo sviluppo degli accumuli termici, nel prossimo futuro gli impianti potrebbero arrivare a produrre elettricità 24 ore su 24, diventando competitivi entro il 2025-2030. Il Nord America sarà il maggiore produttore di elettricità da solare termodinamico, seguito dal Nord Africa e India. Il Nord Africa esporterà probabilmente circa la metà della sua produzione in Europa, il secondo maggior consumatore.