operation of a solar thermal power

1. I. S. S. "G. GALILEI"
a.s.2011/2012
Davide Galavotti
Tecnologia solare termodinamico

2. Indice
- intro (2)
- cenni storici(3-6)
- la centrale di priolo(7)
- specchi parabolici(8)
- sistema accumulo calore(9)
- turbina/alternatore(10-11)
- trasformatore(12-13)
- fonti(14)
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3. Intro
Sin dalla crisi petrolifera degli anni ’70, i paesi piu’
industrializzati hanno ricercato fonti di energia durature e a
buon prezzo che potessero sostituirsi al petrolio, troppo
legato alla speculazione e concentrato in poche aree
politicamente instabili.
Oltre al potenziamento delle tradizionali fonti di energia
utilizzate fino ad allora (carbone, idroelettrico e gas in
particolare) furono introdotte nuove tecnologie per lo
sfruttamento di risorse poco o per nulla utilizziate fino ad
allora quali nucleare (fissione), geotermico,eolico,maree e
solare, sia termico che fotovoltaico.
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4. Cenni storici
• Il primo utilizzo della radiazione solare per scopi
non agricoli si rifa’ alla leggenda di Archimede
degli specchi ustori, attraverso i quali, nel 212 a.c
Archimede incendio’ le navi nemiche
sconfiggendo cosi’ i romani a Siracusa.
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5. Cenni storici
L’utilizzo in senso moderno della tecnologia solare si ha invece
a partire dalla fine dell’ ottocento con la realizzazione di un
sistema per la produzione di vapore in Egitto nel 1914
Dagli anni 60-70 del XX secolo secolo
USA,URSS,Francia e Italia costruiscono
le prime centrali ‘a torre’…..
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6. Cenni storici
In Italia,il professor Giovanni Francia
e con lui altri studiosi, realizzano
negli anni ‘60 i primi prototipi
dimostrativi di questi impianti:la loro
ricerca e’ orientata sulle ‘centrali a
torre’ e sui collettori lineari ‘Fresnel’,
entrambi oggi in sviluppo su scala
industriale
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7. Cenni storici
già alla fine degli anni '70, con la
partecipazione alla costruzione della
Plataforma Solar de Almeria in Spagna e
con la realizzazione dell'impianto
sperimentale Eurelios di Adrano in
Sicilia(1981), l’Italia e’ uno dei primi paesi
interessati alla tecnologia termodinamica.
Chiusa nel 1987, ricerca e sperimentazione si
spostano in California dove,dagli anni ’80 sono
stati costruiti e sono tuttora operativi numerosi
impianti termodinamici oltre che fotovoltaici
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8. La centrale di Priolo
Nel 2010, un ambizioso progetto dell’Enel,viene inaugurato a Priolo in Sicilia con il
nome di Archimede:si tratta di una sperimentazione che accoppia un generatore solare (5
MW) ad una tradizionale centrale turbogas a ciclo combinato(760 MW).Esso sfrutta
specchi parabolici (lineari) per concentrare l’energia solare lungo una tubazione, posta
nel fuoco della parabola dove scorre una miscela di sali fusi che,dopo essersi riscaldata
viene stoccata in una cisterna “calda”(550°C)in attesa di trasferire l’energia termica
all’acqua tramite uno scambiatore di calore. Dopo il passaggio nello scambiatore di
calore,raffreddandosi ad una temperatura di 290°C i sali vengono stoccati in una cisterna
“fredda” prima di essere inviati nuovamente agli specchi dove si riscalderanno
nuovamente a 550°C.
Una volta acquisita l’energia termica opportuna grazie allo scambiatore di calore, l’acqua
allo stato di vapore ad alta pressione mette in rotazione una turbina che, accoppiata ad un
alternatore genera corrente alternata, il cui voltaggio verra’ notevolmente elevato per
ridurne le perdite tramite effetto joule durante il trasporto.
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9. Specchi parabolici
Sfruttando le proprietà riflettenti della generica parabola di equazione
(Y=ax2
+bx+c), i raggi di sole supposti paralleli tra di loro e perpendicolari
alla direttrice vengono convogliati a livello ideale nel fuoco di coordinate
F (-b ; 1-Δ )
2a 4a
dove, nel caso pratico e’ posta la conduttura che, tramite i sali fusi,
raccoglie e trasporta il calore nel serbatoio “caldo”.
Raggi solari
conduttura
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10. Sistema accumulo calore
In collaborazione con ENEA, il professor Carlo Rubbia,
premio nobel per la fisica 1984, direttore di CERN e
ENEA (i piu’ famosi) propone un sistema di accumulo
dell’energia termica basato su sali fusi (60% nitrato di
sodio, 40% nitrato di potassio ) invece che olio
diatermico (utilizzato in California). I sali, raggiungendo
temperature di esercizio piu’ elevate, aumentano il
rendimento globale dell’ impianto.
L’elevato calore specifico dei
sali, permette di accumulare energia
sufficiente da sfruttare il calore
accumulato anche di notte o
nei giorni con poca insolazione,
eliminando cosi il problema
della discontinuita’ della
radiazione solare, limite
principale di questa
tecnologia fino a qualche
anno fa 9

11. Turbina/alternatore
Una volta riscaldata l’acqua (per mezzo dello
scambiatore di calore),essa viene convogliata
alla turbina,
la quale ,messa in rotazione dalla pressione del
vapore, fornisce l’energia meccanica
necessaria all’ alternatore che produce
corrente elettrica.Nella sua forma piu’
semplice, un alternatore e’ composto da una
spira metallica che ruota in un campo
magnetico uniforme.Ciascun estremo della
spira termina con un anello metallico che
striscia contro una spazzola metallica o di
carbone a cui e’ collegato il circuito esterno.
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12. Turbina/alternatore
Principio di funzionamento
Dalla legge di Faraday-Neumann-Lenz deriva che: in una spira metallica in rotazione
immersa in un campo magnetico sempre perpendicolare all’asse della spira,viene a
crearsi una differenza di potenziale pari a: Fem=-Δф(B)
Δt
,dove Δф(B)=B*ΔAcos θ (spira) e t=tempo di variazione dell’area;
in questo caso, dato che la spira ruota ci saranno variazioni del flusso magnetico che
attraversa la spira e quindi viene a crearsi una fem,cioe’ una differenza di potenziale con
andamento sinusoidale con relazione fem(t)=ω*A*B*sin(ω*t),
dove ω e’ la velocita’ angolare della spira e il prodotto ω*A*B e’ E0.
Asse
spira
i
La potenza rilasciata dal generatore
e’P=I0* E0 essendo I0 e E0 dipendenti dal
tempo e in fase, il grafico che ne
rappresenta la funzione ha come valore
medio ‘0’; per utilita’ si prende in esame
il valore quadratico medio, che risulta
essere la meta’ del valore massimo.cosi’
facendo otteniamo i valori efficaci:in
Italia essendo la tensione efficace di
220V quella massima e’ 220* 2
=310V(grafico). 11

13. il trasformatore e’ un dispositivo che permette di
aumentare o diminuire la tensione alternata. Esso e’
costituito da un nucleo di materiale ferro-magnetico
sul quale sono avvolte due bobine, una primaria
(Np) e una secondaria(Ns).
La corrente alternata nella bobina primaria genera
un campo magnetico variabile nel nucleo di ferro,il
quale amplifica il campo magnetico e ne convoglia
le linee di forza attraverso la bobina
secondaria.Poiche’ il campo magnetico varia nel
tempo,nella bobina secondaria si crea una fem
indotta per mutua induzione. Fems=-Ns*Δф(B)
Δt
Essendo la fem primaria Femp=-Np*Δф(B) ,
Δt
e Δф(B) , Δt uguale in tutte e due le formule
possiamo dividere membro a memro ottenendo:
Fems= Ns
p s
Nucleo ferro magnetico
Simbolo circuitale
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14. Trasformatore
Il trasformatore ha il compito di elevare il voltaggio da 6.000(valore
indicativo) a 220.000 volt .
Secondo le leggi V=R*I e P=V*I ,la potenza dissipata in calore per effetto
joule da una linea di trasporto e’: P=R*I2,
. Poiche’ la resistenza del
conduttore e’ proporzionale alla sua lunghezza, per diminuirne la perdita
possiamo o diminuirne la resistenza (cambiando il materiale
conduttore),oppure diminuendo l’intensita’ della corrente; ma dato che
nel trasformatore la potenza in entrata e’ uguale alla potenza in uscita,per
la legge P=V*I,se diminuiamo l’intensita’ della corrente,per mantenere la
stessa potenza dobbiamo elevare il voltaggio.
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15. http://www.siciland.com/Leggenda_degli_Specchi_Ustori-10-a.html
(PAG 3)
http://www.enel.it/it-IT/media_investor/comunicati/release.aspx?iddoc=16348
3)
http://www.solarthermalpower.it/(PAG 4-5)
http://www.ecoblog.it/post/10865/priolo-la-centrale-solare-termodinamica-a-c
7)
,(
http://www.educational.rai.it/corsiformazione/multimediascuola/esperie
)(PAG 13)
RESTO :LIBRO O WIKIPEDIA
FONTI