Lo scorso dicembre è stato inaugurato presso l’Università degli Studi di Palermo un  impianto solare a concentrazione “Dish Stirling” per la produzione di energia elettrica. Il sistema è stato prodotto dalla società svedese Ripasso Energy e tutti gli aspetti di sviluppo industriale e commerciale per l’Italia sono stati gestiti dalla società Horizon Srl. Il Dipartimento Energia, Ingegneria dell’Informazione e Modelli Matematici (DEIM) dell’ateneo siciliano sta portando avanti, insieme a Horzion Srl e Graded, società specializzata nel settore delle applicazioni termotecniche e rinnovabili, uno studio sullo sviluppo di questo sistema come cogeneratore solare.

Insieme all’ingegner Alessandro Buscemi, che si occupa di ricerca e sviluppo nel settore rinnovabili per Graded, abbiamo approfondito le potenzialità del solare a concentrazione e nello specifico la sua applicazione in ambito cogenerativo.

Caratteristiche dell’impianto

Quali sono le caratteristiche di quest’impianto?

E’ un concentratore solare di tipo “Dish Stirling”, composto da una parabola di 12 metri di diametro, che concentra i raggi solari nel suo fuoco, dove si trova un motore stirling ad altissima efficienza. Il sistema è in grado di produrre energia elettrica dal sole e, nel suo settore, è il più efficiente. Inoltre si tratta del primo impianto commerciale realizzato in Europa.

Qual è concretamente l’obiettivo della ricerca promossa dall’Università?

L’università sta validando i dati di funzionamento dell’impianto e sta facendo contestualmente una ricerca sui possibili utilizzi di questo concentratore al di fuori della sola produzione elettrica.

I punti chiave della ricerca

Di cosa si occupa nello specifico la sua ricerca?

Graded, la società per cui lavoro, sta cercando di capire, in collaborazione con l’Università di Palermo, i possibili utilizzi di questo sistema come cogeneratore solare. Finora l’impianto è stato usato per produrre energia elettrica. Tuttavia le caratteristiche di funzionamento del motore Stirling implicano che una parte dell’energia prodotta venga dissipata come calore. Se questa parte di energia dissipata come calore venisse, invece, riutilizzata questo sistema riuscirebbe a produrre sia energia elettrica sia calore.

Facciamo un’ulteriore premessa in modo da essere più chiari. L’energia solare viene recuperata in 2 forme: elettrica e termica. Siccome  la parte termica non raggiunge temperature molto elevate, parliamo di 40- 50 gradi, per poterla riutilizzare è necessario accoppiare all’impianto solare delle pompe di calore. Queste tecnologie alzano nuovamente il livello termico del sistema permettendo così di produrre sia energia elettrica sia energia termica, da usare ad esempio per riscaldare gli edifici.

Quali sono le principali criticità da affrontare in un progetto di questo tipo?

Un elemento da considerare è, ad esempio, il fatto che la produzione di energia elettrica è concentrata soprattutto nel periodo estivo, mentre le richieste di riscaldamento sono ovviamente concentrate nel periodo invernale. Per ovviare a questo problema abbiamo pensato di introdurre un accumulatore termico, in modo da conservare l’energia termica prodotta d’estate e utilizzarla poi in inverno. In sostanza si tratta di uno storage termico stagionale. Questo sistema sarà realizzato tramite un campo geotermico grazie al quale  quest’energia verrà conservata nel terreno per poi essere recuperata successivamente nel periodo invernale attraverso le pompe di calore ed essere impiegata per la climatizzazione.

Attualmente in che fase di studio siamo?

Attualmente stiamo facendo delle simulazioni numeriche combinando una serie di dati per ottenere dei modelli di previsione. Per l’accumulatore ad esempio è necessario effettuare queste operazioni in modo da dimensionare correttamente l’impianto e valutare i pro e i contro di tutti gli aspetti più complessi. Si costruiscono dei modelli del concentratore, del campo geotermico, delle pompe di calore. Successivamente, utilizzando i dati reali delle macchine commerciali e quelli presenti in letteratura scientifica, si fanno delle simulazioni per ottimizzare il dimensionamento di un impianto di questo tipo.

Analisi economica

Nello specifico dalle analisi di tipo economico che avete effettuato cosa è emerso?

Dalle prime analisi economiche sono emerse le potenzialità del solare a concentrazione, abbinato a soluzioni di storage, per l’edilizia non residenziale. In edifici come uffici o scuole, nel periodo estivo, c’è di solito poca gente e quindi il sistema produrrebbe energia che metterebbe in rete nel periodo invernale quando c’è invece richiesta di riscaldamento. E’ un sistema che avrebbe delle potenzialità in particolare nel sud Italia. Questo elemento è importante da sottolineare, perché i sistemi a concentrazione funzionano soltanto con la componente diretta della luce solare, a differenza degli impianti fotovoltaici. Per questo motivo un sistema di questo tipo avrebbe una maggiore efficacia al sud. Nel Mezzogiorno si potrebbe arrivare all’80% di frazione solare, sarebbe un grande passo in avanti sul fronte della decarbonizzazione.

Ci sono margini economici per rendere l’investimento interessante anche in assenza di incentivi?

E’ un discorso complesso. Dalle analisi realizzate finora è emerso come passare dal sistema di sola produzione elettrica a quello cogenerativo, in termini di ritorno dell’investimento, non cambia molto. Non sfruttare la cogenerazione risulta quindi una perdita, perché se l’investimento mi ritorna allo stesso modo e io –  invece di produrre solo energia elettrica o solo termica- riesco a produrle entrambe, allora ottengo un vantaggio.

I tempi di ritorno del sistema in assetto cogenerativo è al limite della “fattibilità commerciale” di questo tipo di impianti, come è normale per gli impianti di climatizzazione che presentano una elevata componente di energia rinnovabile. Ciò a sua volta si lega a un fattore di costo di economia di scala. Mi spiego meglio: se ad esempio la tecnologia fosse adottata da 10 istituti scolastici il costo si ridurrebbe nettamente e i tempi di ritorno sarebbero più vantaggiosi.

Come promuovere lo sviluppo di questi impianti

Qual è l’elemento chiave da affrontare per contribuire a promuovere sviluppo di queste soluzioni?

Si tratta di una questione politica che va al di là di questo singolo impianto. E’ chiaro, che quando arriviamo ad avere tecnologie che raggiungono questi elevati livelli di produzione di energia rinnovabile, i costi di investimento sono superiori. Più alta è la componente di energia green, più alto sarà l’investimento iniziale. Si tratta di una decisione politica scegliere di prendere o meno questa strada. Una decisione che, secondo me,  dovrebbe prendere in considerazione in modo rilevante anche l’alto prezzo in termini di impatto ambientale che paghiamo non puntando abbastanza sull’energia pulita. 

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