Sole d’Algeria: Come Ottimizzare le Centrali Solari a Sali Fusi per un’Energia Pulita ed Economica

Ciao a tutti! Oggi voglio portarvi con me in un viaggio affascinante nel cuore del potenziale energetico algerino, esplorando come possiamo sfruttare al meglio una delle risorse più potenti che abbiamo: il sole. Parleremo di centrali solari a concentrazione (CSP), in particolare quelle a torre con tecnologia a sali fusi, e di come uno studio recente abbia cercato di capire come renderle super efficienti ed economicamente vantaggiose proprio lì, nel magnifico deserto algerino.

Viviamo in un’epoca in cui la nostra fame di energia sembra insaziabile. L’industrializzazione, la crescita della popolazione, lo sviluppo urbano… tutto questo mette a dura prova le nostre risorse energetiche tradizionali, quelle fossili, con conseguenze economiche, sociali e ambientali che conosciamo fin troppo bene. Ecco perché le energie rinnovabili non sono più solo un’opzione, ma una necessità. E tra queste, il solare, specialmente il CSP, gioca un ruolo da protagonista.

Ma come funziona questa “magia” del solare a concentrazione?

Immaginate un campo sterminato di specchi, chiamati eliostati. Questi non sono specchi qualunque: seguono il sole durante il giorno e riflettono la sua luce concentrandola tutta su un punto preciso, un ricevitore posto in cima a un’alta torre. Dentro questo ricevitore scorre un fluido speciale, spesso sali fusi, che si scalda a temperature elevatissime grazie all’energia solare concentrata. Questo calore viene poi usato per generare vapore e far girare delle turbine, producendo elettricità. Il bello dei sali fusi è che possono immagazzinare questo calore per ore, permettendo alla centrale di produrre energia anche dopo il tramonto o quando il cielo è nuvoloso. Geniale, no?

Ovviamente, per far funzionare tutto al meglio, la precisione è fondamentale. La performance di un impianto CSP dipende moltissimo da quanta luce solare diretta riesce a catturare. Parliamo della Direct Normal Irradiance (DNI): più è alta e prevedibile, meglio è. Capire come ottimizzare ogni singolo parametro diventa cruciale per massimizzare l’energia prodotta e abbattere i costi.

La Sfida dell’Ottimizzazione: Trovare il Mix Perfetto

Ed è qui che entra in gioco lo studio che ho analizzato. Si è concentrato su tre località specifiche in Algeria: Mechria, Adrar e Tindouf. L’obiettivo? Trovare la configurazione ottimale per impianti CSP a torre da 20 MW con accumulo a sali fusi in ciascuna di queste zone.

Per farlo, i ricercatori hanno usato un software potentissimo chiamato System Advisor Model (SAM), sviluppato dal NREL (National Renewable Energy Laboratory) negli USA. SAM è come un super-calcolatore che permette di simulare il comportamento di un impianto energetico considerando tantissime variabili, sia tecniche che economiche.

Due parametri chiave su cui si sono concentrati sono:

• Il Solar Multiple (SM): è un rapporto che indica quanto è grande il campo solare (gli eliostati) rispetto alla capacità della turbina. Un SM maggiore di 1 significa che il campo solare può produrre più calore di quanto ne serva alla turbina in condizioni di massima insolazione, permettendo di caricare l’accumulo termico.
• Le ore di Thermal Energy Storage (TES): indicano per quante ore l’accumulo a sali fusi può far funzionare la turbina a pieno carico usando solo il calore immagazzinato.

Trovare il giusto equilibrio tra SM e TES è fondamentale per massimizzare il Capacity Factor (CF) – cioè quanto l’impianto produce rispetto al suo massimo potenziale annuo – e minimizzare il Levelized Cost of Energy (LCOE), che rappresenta il costo “medio” dell’elettricità prodotta durante tutta la vita dell’impianto. L’LCOE è la metrica regina per confrontare la convenienza economica di diverse tecnologie energetiche.

I Risultati sul Campo: Mechria Brilla, Adrar e Tindouf Seguono

Allora, cosa è emerso da queste simulazioni? I risultati sono davvero interessanti e mostrano quanto le condizioni locali contino.

A Mechria, la configurazione ottimale è risultata essere un SM di 1.8 abbinato a 10 ore di TES. Con questi parametri, l’impianto raggiunge un notevole Capacity Factor del 51.49% (il che significa che produce energia per più della metà del tempo!) e un LCOE minimo di 0.097 $/kWh. Un risultato eccellente, che rende l’impianto molto competitivo. I costi operativi e di manutenzione (OeM) annui stimati si aggirano sui 2.51 milioni di dollari. Sembra proprio che Mechria, situata nelle regioni settentrionali dell’Algeria, abbia un potenziale solare fantastico!

Spostandoci più a sud, ad Adrar, la situazione cambia. Qui l’ottimo si raggiunge con un SM di 1.6 e solo 2 ore di TES. Il Capacity Factor scende al 24.03% e l’LCOE sale a 0.18 $/kWh.

A Tindouf, ancora più a sud-ovest, i parametri ottimali sono un SM di 1.6 e 8 ore di TES. Questo porta a un Capacity Factor del 18.95% e un LCOE di 0.17 $/kWh.

Cosa ci dicono questi numeri? Che non esiste una ricetta unica! La combinazione ideale di SM e TES dipende tantissimo dalle specifiche condizioni di irraggiamento solare (DNI) e atmosferiche di ogni sito. Mechria, evidentemente, gode di condizioni più favorevoli che giustificano un investimento maggiore nel campo solare (SM più alto) e nell’accumulo (più ore di TES), ripagato da una maggiore produzione e costi più bassi per kWh. Adrar e Tindouf, pur avendo potenziale, richiedono configurazioni diverse per essere economicamente sensate.

L’Innovazione: Dati DNI dal Satellite, Addio Misurazioni a Terra?

Un aspetto davvero intrigante di questo studio è l’approccio utilizzato per ottenere i dati DNI. Tradizionalmente, servono stazioni meteorologiche a terra, costose da installare e mantenere, per misurare con precisione l’irraggiamento solare diretto. Qui, invece, i ricercatori hanno proposto e validato un metodo per stimare il DNI in modo accurato ed efficiente usando esclusivamente dati satellitari.

Hanno confrontato le stime satellitari con dati reali misurati a terra per un periodo specifico (giugno 2024) nelle tre località. I risultati? Una correlazione molto forte! Certo, qualche piccola discrepanza c’è, a volte il satellite sottostima o sovrastima leggermente i picchi, ma l’andamento generale è incredibilmente simile. Questo è importantissimo! Significa che possiamo avere stime DNI affidabili senza dover per forza installare costose strumentazioni ovunque. Pensate al risparmio di tempo e denaro, specialmente per valutare la fattibilità di impianti in aree remote come il deserto! Questo approccio rende la pianificazione di progetti solari su larga scala molto più agile ed economica.

Confronti e Validazioni: Uno Sguardo Più Ampio

Lo studio non si è fermato qui. Ha anche analizzato come variano la produzione energetica annuale e l’LCOE al variare delle ore di TES, mantenendo l’SM ottimale per ciascuna regione. A Mechria (SM=1.8), aumentare le ore di TES fa crescere la produzione fino a circa 10 ore (raggiungendo 81.18 GWh annui), dopodiché i benefici aggiuntivi si appiattiscono. Ad Adrar e Tindouf (SM=1.6), la produzione cresce più moderatamente e raggiunge il picco con meno ore di accumulo (2-8 ore), suggerendo che accumuli troppo grandi potrebbero non essere convenienti in quelle specifiche condizioni.

Infine, è stato fatto un confronto con altre località, inclusi impianti esistenti o studiati come Batna (sempre in Algeria) e la famosa PS20 in Spagna, usata come benchmark. Questo confronto ha ribadito la superiorità di Mechria in termini di produzione (81.18 GWh) e costo (0.097 $/kWh). Adrar (38.69 GWh, 0.18 $/kWh) e Tindouf (29.38 GWh, 0.17 $/kWh) mostrano performance inferiori. Batna, con dati meno brillanti (48 GWh, 0.80 $/kWh), potrebbe soffrire di tecnologie meno recenti o condizioni meno ideali, mentre PS20 (LCOE 0.26 $/kWh) si posiziona in una fascia intermedia. Tutto ciò rafforza l’idea che ogni progetto CSP è una storia a sé, fortemente legata al luogo e alla tecnologia impiegata.

Conclusioni: Il Futuro Solare dell’Algeria è Luminoso (e Ottimizzato!)

Cosa mi porto a casa da questa analisi? Innanzitutto, la conferma dell’enorme potenziale solare dell’Algeria, specialmente nelle sue regioni settentrionali come Mechria. Ma non basta avere il sole, bisogna saperlo sfruttare al meglio. L’ottimizzazione dei parametri chiave come il Solar Multiple e le ore di accumulo termico è fondamentale per rendere questi impianti non solo tecnicamente efficienti, ma anche economicamente competitivi.

L’uso di strumenti come SAM e l’innovazione nei metodi di stima del DNI tramite satellite sono alleati preziosi in questo percorso. Permettono di risparmiare tempo e denaro, migliorando l’accuratezza delle valutazioni e facilitando decisioni informate.

In definitiva, questo studio ci mostra una strada concreta per rendere l’energia solare a concentrazione una soluzione sempre più sostenibile e conveniente. Affinando i dati, adattando il design alle condizioni locali e sfruttando le tecnologie più avanzate, possiamo davvero fare passi da gigante verso un futuro energetico più pulito. E l’Algeria, con il suo deserto baciato dal sole, sembra avere tutte le carte in regola per essere protagonista di questa rivoluzione. Non vedo l’ora di vedere cosa succederà!

Fonte: Springer