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Titolo: Come abbinare nucleare con eolico e fotovoltaico al posto del gas

Cominciamo con il dare alcune caratteristiche di un comune
materiale di costruzione. La sabbia.
 
Densita' circa      1,5 ton/m3
Capacita' termica   0,84 MJ/(ton·K)
                     1,26 MJ/(m3·K)
 
La sabbia ha una capacita termica minore dell'acqua, ma sopporta
temperature fino a 1000°C senza problemi e puo' trattenere il calore
per mesi se adeguatamente isolata.
 
Prendiamo una reattore SMR ovvero da 300 MW.
In una settimana a piena potenza genera
181'440'000 MJ di energia termica.
 
Prendiamo di scaldare la sabbia fino a 800°C e ciclarla
giu' fino a 500°C, quindi con una differenza di 300 kelvin.
La capacita' termica unitaria sarebbe quindi di:
 
   1,26·300 = 378 MJ/m3
 
e quindi per trattenere il calore prodotto dal SMR in una
settimana mi servirebbero:
 
   181'440'000 / 378 = 480'000 m3 di sabbia
 
ovvero un volume pari ad un incavo nel terreno di 220 metri
di lato e profondo 10 metri. Non e' poco, ma la sabbia costa
meno meno di 50 euro al metrocubo, quindi sarebbero
24'000'000 di euro. Provate a chiedere quanto costerebbe in
batterie al litio una capacita' di accumulo di 18'000 MW·h ...
Qui stiamo parlando di 1,3 euro al kW·h ...
 
E' vero che ci sara' il costo della compartimentazione e del
meccanismo scambiatore dell'accumulatore termico, ma non
andremo mai vicini ai costi delle batterie chimiche.
 
La centrale sarebbe munita di questo reattore SMR di circa 1000 MW
termici (che produrebbe 300 MW elettrici in configurazione
convenzionale) e di due unita a turbina da 300 MW cadauna.
Il reattore manda il calore costantemente nell'accumulatore
termico, mentre i due generatori di vapore da 1000 MW termici
prelevano il calore dall'accumulatore termico.
 
In funzionamento ordinario un solo gruppo turbina sarebbe
in funzione 24h/24h. Questo sarebbe il funzionamento come
generazione di base. Ma con eolico e fotovoltaico abbiamo
il problema di dovere continuamente variare la produzione
per fare posto al fotovoltaico di giorno, seguendo le
sue intermittenze, e l'eolico di notte e giorno, seguendo le
sue di intermittenze. Supponiamo di volere un risultato
"medio" di 50% dal nucleare e 50% da eolico e fotovoltaico.
In tal caso dobbiamo calcolare una potenza di picco doppia,
con 600 MW erogati dal calore nucleare e quindi in
corrispondenza 600 MW di eolico e fotovoltaico (combinati
come capita meglio per la situazione locale). Un turbina
convenzionale ha sua modulabilita', ma avendo due unita'
si aumenta la flessibilita', potendo fermare del tutto una
delle unita', grosso modo potendo cosi' modulare da 25% al
100%. E se occorre possiamo fermare (ma non spegnere i
generatori di vapore: ricordate, dobbiamo sempre essere
pronti) anche tutte e due le unita', quindi erogando per
il poco tempo in cui eolico e fotovoltaico fanno tutto, zero energia.
 
In questo modo soddisfiamo il requisito economico di tenere
il reattore sempre funzionante (a ruota libera) per
minimizzare il costo di ammortamento, oltre a semplificare
la sua gestione.
 
Ed abbiamo vantaggi ulteriori:
 
a) in caso di blackout della rete conseguente ad un grave
    evento sismico, la centrale avra' sempre  energia,
    anche con reattore fermo, perche' e' facile costruire
    le turbine per essere resistenti ad eventi sismici
    e potranno continuare ad attingere dalla riserva
    termica dell'enorme serbatoio termico
 
b) se si fa in modo di non riempire mai al pieno il serbatoio
    termico, abbiamo la possibilita' di smaltire il calore
    residuo del reattore fermato nel serbatoio termico anche
    per mesi (ricordiamo che il calore residuo, anche se tanto,
    e' solo una piccola frazione della potenza termica nominale
    del reattore in funzione
 
c) non c'e' nessuna comunicazione, ne tubazione ne altro
    tra l'impianto di turbine a vapore e il reattore nucleare
 
d) la centrale puo' continuare a fornire energia durante
    il fermo del reattore per cambio combustibile, anche
    fino a piu' di una settimana, con una parsimoniosa
    gestione del calore di riserva
 
e) la separazione tra la generazione di calore e il suo
    utilizzo semplifica la gestione del reattore nucleare,
    perche' gli operatori non devono preoccuparsi delle
    ripercussioni a breve delle variazioni di potenza
    termica sulle esigenze (e rischio di penali) di fornitura
    alla rete elettrica, insomma una gestione piu' serena,
    non influenzata da fattori economici a breve

 181'440'000 MJ di energia termica.
 
non ho capito alcune cose:
-usa il reattore per produrre solo calore da accumulare?
-o usa il calore in eccesso del reattore per accumulare il calore?
-perchè non usare la sabbia per gli impianti STE? i sali fusi hanno una 
capacità di circa 1.7 MJ /(K·m3): siamo lì (se non mi sono sbagliato con 
i calcoli)

 siamo lì (se non mi sono sbagliato con i calcoli)
 
e fungono anche da fluido.


La sabbia però è movimentabile anche fredda, i sali fusi no, 
diventano un blocco solido.
 
Inoltre pur avendo minore calore specifico, il Delta_T 
massimo è superiore di alcune centinaia di gradi.
 
L'unico pateme probabilmente è l'usura dei ventilatori (la 
sabbia è abbastanza abrasiva)
 
-- 
1) Resistere, resistere, resistere.
2) Se tutti pagano le tasse, le tasse le pagano tutti
Soviet_Mario - (aka Gatto_Vizzato)


Che razza di isolamento ci vuole per trattenere il calore con quelle 
temperature, e per tempi lunghi.

 sabbia è abbastanza abrasiva)
 
ah, useresti dei ventilatori.
pensavo a dei nastri trasportatori.
dura trasportare la sabbia con i ventilatori

 temperature, e per tempi lunghi.
 
a) la conduzione tra i granelli di sabbia e' pessima
b) la "massa" favorisce l'isolamento ... forse avrei
    dovuto immaginare un prisma piu' profondo (20x160x160
    o meglio ancora 40x110x110)
c) 1 metro di lana di roccia ?

 dura trasportare la sabbia con i ventilatori
 
E perche' trasportare la sabbia ?
 
 


per l'accumulo di energia, soluzioni alternative migliori già ci sono. 
Gli accumulatori di flusso di elettrolita o le batterie al litio come i 
megapack tesla riescono a storare tutta dell'elettricità senza grosse 
perdite, e sono l'abbinamento ideale per raccogliere e restituire 
direttamente l'energia elettrica prodotta da fonti discontinue come 
l'eolico e il fotovoltaico. Poi ci sono anche i sistemi meccanici come 
il pompaggio dell'idroelettrico che sono meno efficenti restituendo 
l'80% dell'enegia raccolta, ma sempre migliori dei sistemi di accumulo 
termico che riescono a restituire non oltre il 30%

 

non dobbiamo scaldarla?
la lasciamo lě ferma nel suo reservoir e la scaldiamo per convezione?
come la si scalda?
come si scaldano i sali fusi?
non li si fa circolare in un circuito per farli arrivare ad uno 
scambiatore di calore?
pensavo si dovesse fare una cosa del genere anche con un accumulatore di 
calore a sabbia

 dura trasportare la sabbia con i ventilatori
 
 


 calore a sabbia
 
Potrebbe non essere necessario. Tra l'altro tenere la massa 
calda in un singolo posto con un fattore di forma favorevole 
(un cilindro equilatero, tipo, con una bassa Superficie 
specifica, facile da coibentare) genera meno dispersione 
passiva.
 
Come fluido intermedio si potrebbe usare azoto, magari 
compresso (anche se non ha la stessa conducibilità termica 
dell'idrogeno).
Basterebbe dimensionare in modo adatto a un fluido gassoso 
il COLLETTORE nel fuoco dei concentratori e regolare le portate.


 termico che riescono a restituire non oltre il 30%
 
L'accumulo termico restituisce il 97% su breve termine,
il 92% sul mese ...
 
Ma da dove ha tirato fuori quel 30% ? Ha una fonte ?
Ma la pagano per fare lo stupido ?
 
 


se vogliamo discutere facciamo i precisi. Un sistema di accumulazione 
potrebe essere inteso come accumulo di energia senza specifiche, che 
potrebbe essere anche solo calore a bassa temperatura, nel qual caso un 
accumulare a sabbia riscaldata potrebbe essere una soluzione ideale per 
storare il calore raccolto da pannelli solari termici. L'accumulatore 
termico invece sarebbe uno spreco se si deve storare elettricità 
convertendola prima in calore per poi riconvertirla in eletricità: per 
ragioni termodinamiche una macchina termica utilizando il calore per 
generare vapore che muove una turbina non ha di per se una grande 
efficenza. Anche se si voglia ottenere elettricità dal calore con celle 
termovoltaiche l'efficenza non risulta gran che, si potrebbero sfruttare 
all'uopo l'effetto Seebeck o quello termoionico. Ultima occasione con la 
nuovissima scoperta dei paramagnoni, materiali magnetici che cambiano 
con la temperatura generando elettricità, da seguire nei prossimi anni 
per possibili applicazioni pratiche.