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Solare termodinamico
- 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) 1
- 3. Intro Sin dalla crisipetrolifera 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. 2
- 4. Cenni storici • Ilprimo 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. 3
- 5. Cenni storici L’utilizzo insenso 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’….. 4
- 6. Cenni storici In Italia,ilprofessor 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 5
- 7. Cenni storici già allafine 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 6
- 8. La centrale diPriolo 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. 7
- 9. Specchi parabolici Sfruttando leproprietà 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 8
- 10. Sistema accumulo calore Incollaborazione 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 riscaldatal’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. 10
- 12. Turbina/alternatore Principio di funzionamento Dallalegge 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 12
- 14. Trasformatore Il trasformatore hail 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. 13
- 15.