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Titolo: solare a concentrazione più efficiente con l'anidride carbonica

Una Minuscola Turbina Ad Anidride Carbonica Supercritica Può Alimentare 10.000 Case
 
Una centrale elettrica ad alta tecnologia ad anidride carbonica supercritica sta prendendo forma dietro le mura di un modesto edificio in Texas, con il potenziale per ridurre il costo dei sistemi di energia solare a concentrazione.
 
Il gas naturale continua a dominare il profilo di produzione di energia degli Stati Uniti, ma le crepe cominciano a farsi sentire. Le risorse solari ed eoliche sono più competitive di quanto non fossero solo pochi anni fa, il costo dello stoccaggio dell'energia sta scendendo e anche l'idrogeno verde si sta facendo sentire nel mix. Ora arriva un altro jolly sotto forma di tecnologia ad anidride carbonica supercritica rispettosa dell'energia solare, volta a ridurre l'enorme impronta delle turbine convenzionali fino alle dimensioni di un elettrodomestico.
 
La differenza di anidride carbonica supercritica
 
Le turbine basate sull'anidride carbonica supercritica sono arrivate sul radar di CleanTechnica nel 2020, quando abbiamo notato che il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti stava valutando la tecnologia come sostituto efficiente dal punto di vista energetico delle turbine a vapore.
 
Le familiari turbine a vapore oggi ampiamente utilizzate nelle centrali elettriche si basano sulla tecnologia del 19° secolo. In genere le dimensioni variano da meno di 100 kilowatt a più di 250 megawatt, a seconda del caso d'uso. Quando vengono utilizzati per generare elettricità in una centrale elettrica, sono bestie enormi delle dimensioni di un autobus o più grandi.
Le turbine ad anidride carbonica supercritica sono diverse. Non distribuiscono vapore come fluido di lavoro. Invece, usano una forma concentrata di anidride carbonica – sCO2 in breve – che si aggira da qualche parte tra un gas e un liquido.
 
Il Dipartimento dell'Energia prevede che le nuove turbine ad anidride carbonica supercritica possano ridurre del 10% il consumo energetico delle centrali elettriche, ma questo è solo l'inizio. Hanno un'impronta molto più piccola rispetto ai loro cugini a vapore, con conseguenti efficienze di produzione lungo tutta la catena di approvvigionamento.
 
A titolo di confronto, il Dipartimento dell'Energia calcola che una turbina a vapore di 20 metri si ridurrebbe a un metro se sostituita con una turbina a sCO2.
 
"Al di sopra del punto critico, la CO2 non cambia fase (cioè passa da gas a liquido). Invece, subisce un cambiamento di densità anche in piccoli cambiamenti di temperatura e pressione", spiega il Dipartimento dell'Energia. "Questa proprietà consente di estrarre una grande quantità di energia ad alta temperatura, utilizzando apparecchiature relativamente compatte".
 
"Le turbine a sCO2 possono essere di un ordine di grandezza più piccole delle odierne turbine a combustione o a vapore su scala industriale", sottolineano.
 
Il collegamento dell'energia solare a concentrazione
 
Come le turbine a vapore, le turbine ad anidride carbonica supercritica sono indipendenti dal combustibile. Il Dipartimento dell'Energia prevede di implementarli nelle centrali elettriche a carbone e a gas per migliorare l'efficienza energetica.
 
Il potenziale per una cattura più efficiente del carbonio nelle centrali elettriche a combustibili fossili è un altro aspetto della tecnologia che ha attirato l'attenzione del Dipartimento dell'Energia.
Molto più eccitante dal punto di vista della salvezza del pianeta è la connessione tra le turbine ad anidride carbonica supercritica e l'energia solare a concentrazione. I sistemi a concentrazione utilizzano specchi per raccogliere e focalizzare il calore del sole (vedi più copertura solare a concentrazione qui).
 
Il fattore calore ha attratto il Dipartimento dell'Energia, che sta cercando modi per ridurre il costo dei sistemi di energia solare a concentrazione. Nonostante il considerevole sostegno da parte del Dipartimento dell'Energia, sono stati lenti a prendere piede negli Stati Uniti. Un aiuto dalla tecnologia ad anidride carbonica supercritica potrebbe capovolgere il copione.
 
"I cicli di alimentazione ad anidride carbonica supercritica (sCO2) hanno il potenziale per ridurre il costo dell'energia solare a concentrazione (CSP) convertendo in modo molto più efficiente il calore solare ad alta temperatura in elettricità", afferma entusiasta il Dipartimento dell'Energia.
Mettere al lavoro minuscole turbine ad anidride carbonica supercritica
La vetrina del Dipartimento dell'Energia per la tecnologia sCO2 sta prendendo forma sotto forma di una nuova centrale elettrica dimostrativa da 155 milioni di dollari e 10 megawatt equivalenti. La centrale è il culmine del programma pubblico-privato STEP (Supercritical Transformational Electric Power) del Dipartimento dell'Energia, lanciato nel 2016 sotto l'ala del National Energy Technology Laboratory del Dipartimento dell'Energia.
 
«I cicli di alimentazione basati su un fluido di lavoro sCO2 hanno il potenziale per una maggiore efficienza termica e un costo di capitale inferiore rispetto ai cicli di alimentazione basati su vapore all'avanguardia», spiega NETL.
«Questi potenziali benefici, combinati con i benefici in termini di prestazioni di compounding derivanti da un ciclo più efficiente in termini di equilibrio tra requisiti dell'impianto, uso di combustibile, emissioni, uso di acqua e costo dell'elettricità (COE), hanno creato un ampio interesse per i cicli di alimentazione della sCO2», aggiungono.
 
L'organizzazione indipendente di ricerca e sviluppo Southwest Research Institute è un partner di primo piano nel progetto insieme alle aziende GTI Energy e GE Vernova. La costruzione dell'involucro dell'edificio ha avuto luogo tra il 2018 e il 2020, seguita dall'avvio di un compressore di CO2 supercritica all'inizio di quest'anno.
 
Nell'ultimo aggiornamento di SwRI, il team ha appena segnato il completamento del lavoro meccanico sul sistema, comprese le nuove turbine che sono circa 1/10 delle dimensioni di una turbina a vapore convenzionale.
Anche se hanno solo le dimensioni di una scrivania da ufficio, di un frigorifero domestico, di un pony, di una credenza o di un carrello da golf, le nuove turbine sono abbastanza potenti da generare l'equivalente elettrico di 10.000 case tipiche.
 


 
https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2020.116447
 
 
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La definizione del ciclo Brayton in una turbina si riferisce a un ciclo termodinamico utilizzato per produrre energia meccanica in una turbina a gas. Il ciclo Brayton è anche conosciuto come ciclo di Brayton-Joule o ciclo di combustione interna ed è ampiamente utilizzato in diverse applicazioni, come ad esempio centrali elettriche, aeroplani a reazione e turbine prontamente a gas.
 
Il ciclo Brayton si compone di quattro processi principali: compressione isentropica, combustione a volume di taglio costante, espansione isentropica e raffreddamento a volume di taglio costante. Durante la compressione isentropica, l'aria viene compressa ad alta pressione utilizzando un compressore. Successivamente, il carburante viene introdotto nella camera di combustione, dove avviene la combustione a volume di taglio costante, generando un notevole aumento di temperatura e pressione dei gas di scarico. 
 
Successivamente, i gas di scarico ad alta temperatura e alta pressione passano attraverso una turbina, che sfrutta la loro energia cinetica per far girare un albero motore e generare energia meccanica. Durante l'espansione isentropica, i gas di scarico si espandono e rilasciano energia sotto forma di lavoro meccanico. Infine, i gas di scarico vengono raffreddati a volume di taglio costante, generalmente utilizzando un sistema di scambio termico con aria esterna o tramite un ciclo di rigenerazione.
 
Il ciclo Brayton si basa su principi termodinamici che consentono di sfruttare l'energia termica dei gas di scarico per produrre lavoro meccanico in modo efficiente. È un ciclo aperto, poiché durante il processo di espansione i gas di scarico vengono espulsi all'ambiente, a differenza del ciclo Rankine utilizzato nelle centrali termiche convenzionali, che è un ciclo chiuso.
 
In conclusione, il ciclo Brayton in una turbina è un processo termodinamico che sfrutta la combustione interna e l'espansione dei gas di scarico per convertire l'energia termica in lavoro meccanico in modo efficiente nella generazione di energia elettrica o propulsione aerospaziale.
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confermato sull'edizione inglese wikipedia
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 cit. 'La totalità delle macchine reali a ciclo Brayton-Joule sono del tipo a combustione interna a ciclo aperto.'
 
Quelle sono turbine a gas, che non vuol dire bruciare gas, ma che è 
fluido che agisce nel ciclo sotto forma di gas di combustione, io ho 
avuto modo di usarne una da 15 mw elettrici che bruciava gasolio, di 
origine navale Fiat, peccato che i gas di scarico uscivano a 400 gradi, 
vuol dire rendimento del cazzo, infatti poi sono nati i cicli combinati, 
mezzi a gas e mezzi a vapore di acqua.
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> "Closed-Loop Brayton Cycle"
 
Ma ha cercato o no ?
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io sono responsabile solo di aver presentato un articolo recente che può interessare le nostre discussioni, ed in effetti ha destato un certo interesse.
Lei Deboni è responsabile di aver citato un termine tecnico, per vantarsi di essere un ingegnere, ma avrebbe dovuto spiegare a parole semplici come funziona una turbina che lavora con un fluido. Poi non spiega il termine tecnico allegando siti tecnici.
Io ho cercato di spiegare il termine tecnico, ho chiesto ad AI di una chatbox e ho ottenuto una risposta che ho allegato. Deboni fa notare che la risposta è sbagliata, allora ho chiesto il termine in un motore di ricerca è ho trovato solo il sito di wikipedia.

 è ho trovato solo il sito di wikipedia.
 
E "ha trovato" oppure e' l'AI ad "avere trovato" ?
Vediamo di capire cosa sono queste "AI", allo stato attuale non sono
"vere" intelligenze, ma programmi piu' evoluti della media, cosi
detto autoapprendente. In realta' il termine e' ingannevole, perche'
queste AI non possono apprendere autonomamente, ma dipendono da
coloro che le utilizzano. E per usare un battuta classica della
informatica: "se immetti spazzatura, raccoglie spazzatura".
 
Ovvero, il cervello della massa degli utilizzatori di queste cosidette
"AI" ha il cervello pieno di spazzatura (colpa del giornalismo
italiano ovvero una regia deliberata a diffondere ignoranza, arrivando
all'apparenza televisiva dei "finti documentari", che quando vengono
messi allo scoperto la rete si difende affermando che non ha mai
avuto la pretesa di fare un documentario, ma solo un programma di
svago. Peccato che il formato fa credere ai fruitori di ricevere vera
informazione, vera conoscenza e non il peggiore pattume che solo appena
ad un livello piu' basso troviamo le tesi novax, scie chimico e
terrapiattiste.
 

 informatica: "se immetti spazzatura, raccoglie spazzatura".
 
   concordo
 
-- 
Enzo Lombardo      
~~~~~~~~~~~~ wind ...
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