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Titolo: Solare termico e nucleare

Prendiamo un uomo alto di 1,8 mt di statura che ha da caricare una serie
di casse uguali, dal pavimento di un magazzino, su un camion, con il
pianale alto 1,3 metri da terra.
Lavorando a ritmo costante, puo' caricare 1 cassa al minuto.
Se prendiamo due uomini alti, possiamo presumere che caricano 2 casse al
minuto. E' anche presumibile che il ritmo sarebbe piu' o meno uguale se
i due uomini alti si passano le casse (uno solleva da terra, a 70 cm, fa
meta' percorso e la consegna all'altro che completa il percorso,
sollevandolo poi gli ultimi 60 cm.
Prendiamo un nano di 1,4 mt di statura, con la stessa forza dell'uomo
alto di cui sopra. Il nano ha pero' il problema che non e' in grado di
sollevare la cassa a livello della testa (neanche l'uomo alto da 1,8 mt
ne' capace, a causa del peso delle casse). Percio' e' costretto ad
aiutarsi con una larga cassa alta 70 cm, vicino al camion. Prima carica
la cassa su questa specie di piattaforma. Monta sulla piattaforma e
solleva la cassa gli ultimi 60 cm per poggiarlo sul pianale del camion.
Il ritmo che il nano tiene e' quindi di 1 cassa ogni 2 minuti.
Se pero' prendiamo un nano ed un uomo alto, la cosa si fa interessante.
Se il nano preleva le casse e le passa all'uomo alto, abbiamo lo stesso
ritmo tenuto da due uomini alti, ovvero 2 casse al minuto.
In pratica cosa, avviene ? Che nel "passa a mano", la capacita' del
primo uomo alto di arrivare fino al pianale del camion e' "sprecata"
perche' deve solo sollevare la cassa fino a 70 cm da terra e poi
passarla al collega. Cosa che e' ben capace di fare anche il nano.
Questo e' un'esempio di sinergia.
Il teorema di Carnot stabilisce che l'efficienza massima teorica di un
ciclo termodinamico (come e' quello di una macchina a vapore), dipende
dalle differenze di temperatura si cui opera e dalla temperatura massima
raggiunta (in gradi Kelvin):
Efficienza = (differenza_temperature) / temperatura_massima_assoluta
Esempio, un ciclo tra 60 gradiC e 400 gradiC ha una efficienza teorica
limite pari a:
Efficienza_teorica = (400 - 60) / (400 + 273) = 340/673 = 0,51%
Un ciclo tra 60 gradiC e 660 gradiC ha una efficienza teorica max:
Efficienza_teorica = (650 - 60) / (650 + 273) = 590/923 = 0,64%
Naturalmente, poi le efficienze reali sono molto piu' basse (qualcosa
dell'ordine del 30% invece di 51% e del 37% invece di 64%).
Un'impianto solare termodinamico ha un problema di significative perdite
di calore dal momento della captazione, sul collettore a specchio, fino
alla turbina. E queste perdite sono percentualmente piu' alte, piu' alta
e' la temperatura a cui opera. Inoltre, per raggiungere temperatura piu'
alte, occorre aumentare la concentrazione solare, quindi uno specchio
ancora piu' grande (alto) in rapporto alla dimensione del tubo captante.
Ed anche questo riduce l'efficienza, oltre a creare la necessita' di un
telaio piu' robusto e/o di mettere fuori servizio l'impianto (mettendo
tutti i collettori in orizzontale, con la faccia volta in giu') con
venti meno forti. Oggi gli impianti a solare termodinamico limitano la
temperatura massima a 400 gradiC.
Una centrale nucleare che si basi sul ciclo del torio, opera agevolmente
a temperature di 650 gradiC (923 gradiK). Anzi, sono tecnicamente
possibili anche temperature di 950 gradiC (il che permette un ciclo
combinato, ovvero il fluido di scambio in uscita dal reattore e' in
grado di far funzionare un paio di turbine a gas, i cui scarichi a 600
gradi poi vengono usati per funzionare una turbina a vapore.
Ma restiamo sullo schema "conservativo" di 650 gradiC. Dal teorema di
Carnot, risulta evidente il vantaggio per il solare termodinamico di
combinarsi con un reattore nucleare a materiale fissionabile (torio).
Se il calore proveniente da un campo di collettori termosolari viene
usato per preriscaldare l'acqua a 400 gradiC e poi il reattore nucleare
spinge la temperatura fino a 650 gradiC, avviene il "miracolo" che ogni
kWh termico erogato dai collettori solari rende molto di piu', piu'
verso il 30% che poco piu' del 20%.
Faccio un'esempio.
a) Reattore nucleare al torio da 100 MWt --> turbina a vapore da 40 MWe
e resa elettrica 37 MWe (efficienza 37%).
b) Campo di collettori termosolari da 160 MWt --> turbina a a vapore da
35 MWe e resa elettrica 32 MWe (efficienza conservativa 20%).
La potenza totale elettrica di queste due centrali e' di 37 + 32 = 69MWe
c) Combinazione del campo di collettori termosolari da 160 MWt in una
centrale con reattore nucleare al torio da 100 MWt. La potenza termica
si somma = 160 + 100 = 260 MWt. L'efficienza globale e' un compromesso
tra lo scadente 20% assunto per il campo solare e l'efficiente 37%
fornito dal puro nucleare. Da quello che ho letto sull'esperienze delle
centrali a ciclo combinato, ritengo che sia agevole mantenere almeno un
30% di efficienza globale (la fase di passaggio dal vapore a 400 gradi
al successivo surriscaldamento a 650 gradi implica svariate inefficienze).
Ebbene = 260 * 0,30 = 78 MWe
La potenza totale elettrica di queste due centrali e' superiore del 13%
che se funzionassero separatamente. E chi ci guadagna e' l'impianto
termosolare, la cui maggiore erogazione termica si avvantaggia di piu',
compensando la perdita di efficienza che subisce l'energia prodotta dal
nucleare.
In realta', i moderni impianti termosolari hanno una migliore efficienza
e questo migliora ancora di piu' le cose.
I vantaggi di questo sistema combinato sono:
a) maggiore efficienza di conversione dell'energia da solare ad elettricita'
b) molto minore consumo di uranio e torio a parita' di energia elettrica
prodotta (il sole fornisce 2/3 dell'apporto termico)
c) facile integrazione qualora eventi climatici sfavorevoli riducano la
produzione solare per oltre 24 ore
d) ottime possibilita' di modularita, bilanciando le varie produzioni,
inoltre il solare interviene con maggiore potenza quando e' maggiore la
domanda oraria di energia elettrica
Per ridurre al massimo le ore di funzionamento della centrale a solo
combustibile nucleare (peraltro a potenza ridotta dell'impianto
combinato, nel senso che il reattore nucleare non e' in grado di fornire
tutti i 260 MWt, ma la cosa non e' un problema, visto che di notte la
domanda e' minore), e' meglio se la sezione termosolare prevede anche
l'accumulo termico (percio' la potenza captante dovrebbe essere intorno
ai 480 MWt per erogare una "base" minima di 100 MWt (cioe' 200 MWt
dell'impianto combinato), con il picco di 160 MWt durante le ore di
maggiore domanda elettrica.
Il fatto di combinare la centrale nucleare ci permette di raggiungere il
massimo della efficienza economica nel dimensionamento dell'impianto di
acucmulo termico, perche' dobbiamo solo preoccuparci strettamente del
ciclo giornaliero di 24 ore, lasciando al reattore nucleare provvedere
per le emergenze climatiche (ovviamente c'e' da sperimentare quale e'
economicamente la migliore capacita' di sovraccarico prevista per il
reattore nucleare, in rapporto alla frequenza di eventi con un lungo
periodo senza sole).
Perche' un ciclo a materiale fissionabile ?
Perche' vogliamo costruire per il futuro (quindi senza andare incontro
ad un nuova carenza di combustibile, le riserve mondiali di materiale
fissionabile, tra U238, torio, scorie nucleari, etc. basterebbe per
soddisfare il fabbisogno di energia per i prossimi 1000 anni, anche
senza l'integrazione solare).
Perche' vogliamo ridurre ulteriormente il rischio da incidenti o atti
terroristici.
Perche' non c'e' la necessita' di fare magazzino di combustibile
esausto, anzi evitiamo anche quella costosa fase di raffinazione del
combustibile nucleare, che oggi richiede di aumentare la concentrazione
di U235, cosa non facile e quindi costosa, anche energeticamente (ma
sempre meno del costo del petrolio per unita' di energia prodotta).
Ovviamente questa "combinazione" con il solare termodinamico funziona
anche con una centrale termoelettrica normale a combustibile.
Il problema grave delle centrali termoelettriche a combustibile e'
quello delle emissioni di CO2. Se si parla di sequestrare CO2 forse e'
il caso di essere piu' efficienti, ed operare alla fonte, eliminando in
partenza la produzione di CO2. Ed il nucleare al torio e' molto
efficiente da questo punto di vista.
Il vantaggio di iniziare a costruire estensivamente centrali elettriche
combinate con solare e nucleare permette nel frattempo di prendere
pratica con le problematiche di una produzione elettrica che si appoggi
pesantemente sull'energia solare. E se va tutto bene (ovvero i problemi
dell'accumulo termico si rivelano facilmente gestibili) nulla vieta che
ad un certo punto si costruiscano solo grosse centrali elettriche
termosolari "autonome", specie nelle zone calde.
Altrove, ad esempio nelle zone temperate, ove la presenza del sole ad
alta intensita' e' stagionale, e le inefficienze della trasmissione
elettrica a lunga distanza sconsigliano di ricorrere ad energia
proveniente da altrove, la centrale combinata solare-nucleare potrebbe
mantenere una sua nicchia di mercato.
Ricordo che le emissioni di CO2 di queste centrali combinate sono
irrisorie in rapporto all'energia prodotta
Che le prospettive di funzionamento (in base alla disponibilita' di
materiale fissionabile) sono ben oltre a svariate vite delle centrali
elettriche (almeno una decina di generazione tecniche da 100 anni all'una?).
Che rendiamo ragionevoli le necessita' di accumulo termico per garantire
la continuita dell'erogazione.
Che la combinazione del solare con il nucleare e' una fonte di energia
elettrica relativamente affidabile e prevedibile e specialmente senza i
picchi imprevedibili (ed i relativi sprechi o conseguenti oneri sul
sistema elettrico) dell'eolico.
Che la costruzione di queste centrali combinate vicino alle citta'
fornisce anche calore per il riscaldamento e l'acqua calda, riducendo
ancora di piu' globalmente il problema delle emissioni di CO2.
E specialmente riducendo l'impronta termica sull'ambiente (meno calore
disperso da torri di raffreddamento o nei fiumi e meno calore emesso
dalle abitazioni per l'autonoma produzione di energia).
Potete vedere che quindi chi mette contro energia solare ed energia
nucleare potrebbe anche essere semplicemente un "nemico" di ambedue le
tecnologie che quindi sta cercando di "dividere" gli avversari per
sconfiggerli separatamente, mentre litigano tra di loro.
Roberto Deboni

 ritmo tenuto da due uomini alti, ovvero 2 casse al minuto.
Anche una coppia di nani, penso, potrebbe avere la stessa resa di una
coppia di uomini alti: basta che uno di essi stia in permanenza sulla cassa
vicino al camion, con l'altro che gliele porta...
Peccato che non esista un "trucco" analogo, per aver sinergia tra due
centrali solari termodinamiche... non se ne può mettere una "su una cassa"!


E' possibile, basta che una lavori con fluido a bassa temperatura
(esempio alcool, 80 gradiC), subito a valle della centrale solare con il
ciclo a 400 gradiC).
Naturalmente l'efficienza non e' elevata come nel caso di arrivare fino
a 650 gradiC, pero' riflette l'inefficienza che il nano sulla
piattaforma non e' costretto a lasciare tutta la "camminata" al nano a
terra.
In ogni caso, restando in ambito "solare", il problema grosso e' che i
due cicli funzionano solo se c'e' sole. Cioe' non c'e' l'ideale
complementarieta'.
Inoltre, e' possibile un'altro tipo di ciclo combinato.
Un impianto solare a trogoli parabolici che produce calore a 390 gradiC
che viene usato per alimentare un impianto solare a torre, che puo'
innalzare la temperatura fino a 650 gradiC ed oltre.
Roberto Deboni

 sconfiggerli separatamente, mentre litigano tra di loro.
vai e proponi.
sti' calcoli fatti cosi' e proposti sull'NG valgono il tempo che trovano.
se hai delle buone idee, realizzale, proponile a chi di dovere....qui 
rimangono solo degli inutili discorsi da bar. 


 Si, ma non in itaglia, non e' il paese giusto.
Qui i progetti si immaginano, non si realizzano, non conviene...
Meglio pensare qui, che il clima e' favorevole ed il cibo migliore che 
altrove,
 per poi andare a costruire dove conviene, ed eventualmente trovare pure 
moglie.
Raffaele 

 moglie.
Vero.
C'è qualcosa di male?