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Titolo: solare a concentrazione e stoccaggio termico a transizione di fase (calore latente) ad alta T

 
Sistema di stoccaggio termico a calore latente di fusione 
basato su cloruro di sodio e/o magnesio e grafite dispersa 
come conduttivity enhancer.
 
Soluzione un po' strana, ma boh, magari funge ...
Onestamente non capisco come si possa rendere metastabile 
NaCl fuso, ma forse il trucco è coibentare bene, non ho 
ancora letto per intero
 
https://www.sciencedaily.com/releases/2016/09/160912122848.htm
 
 
-- 
1) Resistere, resistere, resistere.
2) Se tutti pagano le tasse, le tasse le pagano tutti
Soviet_Mario - (aka Gatto_Vizzato)
 
 
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https://www.sciencedaily.com/releases/2016/09/160912122848.htm
 
 
Ricordando che dopo tutto i tizi stanno cercando di difendere i loro
finanziamenti, prima cercherei di capire cosa abbiamo oggi.
 
Direi che puntare ad uno degli impianti piu' recenti dovrebbe darci modo
di utilizzare dati gia' collaudati di una approccio ormai consolidato,
quello dei sali fusi con una miscela eutettica di nitrati.
 
Che ne dite della centrale TCS Crescent Dunes ?
 
http://www.solarreserve.com/en/global-projects/csp/crescent-dunes
 
 
Quanta energia ? Scrivono 10 ore a piena potenza.
Scrivono altresi' 110 MW di potenza. Ma attenzione, si tratta della potenza
netta, infatti nel sunto delle caratteristiche scrivono:
 
"110 MW facility output" ovvero quello che esce dalla centrale, non quello
che viene generato all'interno ed in parte gia' consumato prima di uscire
sulla linea elettrica. Ndr: notare l'approccio diverso rispetto ai propugnatori
del fotovoltaico, che raramente forniscono la potenza in corrente alternata,
che seppure di picco, almeno tiene conto delle perdite di conversione,
stabilizzazione e (mi pare) trasformazione, prima di mandare l'energia
sulla linea elettrica.
 
Il nostro accumulatore di energia deve fornire anche la potenza per i servizi
ausiliari (come le pompe di ricircolo), altrimenti la centrale non funziona.
Quindi ci serve la potenza lorda: il sito del gruppo cobra:
 
http://www.grupocobra.com/business/project/crescent-dunes-solar-thermal-power-plant/
 
http://web.archive.org/web/20160313234303/http://www.grupocobra.com/business/project/crescent-dunes-solar-thermal-power-plant/
 
 
ci fornisce un dato: la turbina a vapore usata e' targata da 125 MW lordi.
Supponiamo che sia la potenza lorda utilizzata. Ma questi sono MW elettrici.
L'accumulatore invece fornisce calore. Ci serve quindi il rendimento
termodinamico. Considerando che il gruppo vapore opera a 560 gradi, potremo
tentativamente usare una efficienza del 33%, che arrotondiamo ad 1/3, un
valore ordinario per impianti termoelettrici di simile potenza e
temperatura operativa. Percio', per ricavare l'apporto termico, ci basta
moltiplicare per tre: 375 MW(termici) e' l'apporto termico necessario per
operare a piena potenza. Moltiplicando semplicemente per l'autonomia,
otteniamo: 375 x 10 = 3750 MW*h di energia termica.
 
Ovvero 3'750'000 kW*h termici.
 
Prima di passare alla fisica dei nitrati, convertiamo in una unita' SI:
 
3'750'000 x 3,6 = 13'500'000 MJ = 13'500'000'000 kJ
 
La ragione e' che normalmente i dati del calore latente e la capacita'
termica li troviamo in termini di joules/grammo o kJ/kg.
 
Grazie all'incidentale presenza del sig.Rubbia per pochi anni in Italia (se non
era per il Nobel, ma avrebbe contato qualcosa), abbiamo uno studio in lingua
italiana che ci riporta una capacita termica di 1,5 kJ/kg/K:
 
http://app.eera-set.eu/ecm/_content/showcases/360/files/enea_1.pdf
 
 
(per una miscela del 60% di NaNO3 e 40% di KNO3, vedi pagina 5)
 
Il sito del Grupop Cobra, ci riferisce di operare tra 300 e 560 Celsius e
quindi abbiamo una differenza di temperatura di 560-300 = 260 che per 1,5
ci da' 390 kJ/kg per quel dislivello termico.
 
Per ora, supponiamo che non si lascia mai solidificare i sali e quindi
quello e' l'accumulo termico possibile. Ergo ci servono:
 
13'500'000'000 kJ / 390 = 34'615'385 kg
 
di sali fusi. Se l'efficienza e' maggiore o la potenza lorda e' minore (o
ambedue) ci serve meno massa. E poi non ho considerato le perdite (che
sono dell'ordine di pochi punti percentuali - e questo che rende cosi'
efficace l'accumulo termico).
Quindi l'ordine di grandezza e' quello: qualcosa tra le 30'000 t e le
36'000 t.
 
La densita' del materiale e' di 1,5 kg/litro --> 1,5 t/mc
Quindi, il volume del calcolato corrisponde a:
 
 34'615'385 kg / 1,5 = 23'076'923 lt --> 23'077 mc
 
supponiamo un cilindro con 43 metri di diametro (misurati con Google Earth):
 
= (43/2) x (43/2) x 3,14159 = 9'938 m2
 
quindi l'altezza minima necessaria e' di:
 
 23'077/9'938 =  2,3 mt
 
In realta' i serbatoi sono alti circa 12 mt. Quindi c'e' molto di piu' ?
 
Un altra fonte:
 
https://www.comsol.it/paper/download/63804/foong_paper.pdf
 
http://web.archive.org/web/20160914014056/https://www.comsol.it/paper/download/63804/foong_paper.pdf
 
 
ci da' una densita' di 2000 kg/mc quindi ancora meno volume a parita' di
massa.
 
E' un peccato non usufruire del calore latente, ma il problema e' che occorre
avere i sali a 560 Celsius dal lato del surriscaldatore di vapore ed inoltre,
una volta solido, non e' un buon conduttore di calore.
 
Ma se si risolve il problema della conduttivita' del materiale solido, grazie
ad una matrice porosa di schiuma di grafite (una forma di carbonio), allora,
scegliendo un materiale con il cambiamento di fase a 560 Celsius, potremo
sfruttare il calore latente. Che e' tutto quello che e' citato nella ricerca
proposta.
 
Resta da vedere quali materiali hanno un calore latente di almeno 390 kJ/kg,
altrimenti, a che serve ?
 
Qui ci sono alcuni numeri:
 
http://econpapers.repec.org/article/eeerenene/v_3a50_3ay_3a2013_3ai_3ac_3ap_3a988-993.htm
 
http://web.archive.org/web/20160914020010/http://econpapers.repec.org/article/eeerenene/v_3a50_3ay_3a2013_3ai_3ac_3ap_3a988-993.htm
 
 
"MgCl2 is an effective storage medium because of its high melting temperature,
714 °C, and high latent heat of fusion, 454 kJ/kg"
 
Direi che 454 kJ e' piu' di 390 kJ, quindi ci siamo.
 
Ecco anche spiegato come funzionerebbe:
 
"Based on the measured properties, the latent heat of phase change can
contribute about 84% of the storage capacity of MgCl2 PCM for a 100 °C
temperature swing bracketing the salt's melting point."
 
Se ho ben capito, il sale viene fatto ciclare tra 664 Celsius (temperatura
finale in fase di prelievo) e 764 Celsius (temperatura massima in fase di
ricarica) e quindi abbiamo anche un po' di calore fornito dalla capacita'
termica, ovvero il risultato finale:
 
Notare che il prodotto descritto, encapsulated phase change materials (EPCM)s
sono gia' usati in edilizia (pannelli di materiale gessoso contenenti sfere
di paraffina), ed ecco qui (diamo pure spazio a 
rinnovabili.it
 ...) in
lingua italiana, la sperimentazione di un prodotto evoluto:
 
http://www.rinnovabili.it/energia/termico/stoccaggio-termico-sabbia-cera-materiali-hi-tech-654/
 
 
sfere di silicio contenenti la paraffina. La matrice di grafite contenti i
sali descritti, non e' altro che una applicazione dell'uovo di colombo
dei materiali EPCM, con una attenzione ad una matrice buona conduttrice
termica (nel caso edilizio ci interessa invece l'isolamento).
 

 termica (nel caso edilizio ci interessa invece l'isolamento).
 
Dimenticavo un caso con il sale da cucina:
 
http://preserve.lehigh.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=2364&context=etd
 
http://web.archive.org/web/20150101212324/http://preserve.lehigh.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=2364&context=etd
 
 
(pagina 28)
 
0,931 kJ/kg * K da solido
1,215 kJ/kg * K da liquido
430 kJ/kg di calore latente (passaggio di fase)
850 Celsius di temperature del cambio di fase
 
Questo andrebbe a ciclare tra 800 Celsius e 900 Celsius.
 
 
Abbiamo l'aggiunta di un ulteriore materiale: alluminio
 
1,259 kJ/kg * K da solido (vicino al punto di fusione)
1,177 kJ/kg * K da liquido
397 kJ/kg di calore latente
660 Celsius di temperature del cambio di fase
 
quindi abbiamo temperature piu' base, ma l'alluminio solido ha un grande
vantaggio: e' un decente/buon conduttore di calore. In questo caso si fa
funzionare tra 610 Celsius e 710 Celsius.
 
 
Temperature come quelle del sale da cucina permettono di considerare una
centrale TCS a ciclo combinato: la prossima evoluzione del solare, andando
a rubare le efficienze del gas a ciclo combinato.
 
Per una torre solare non ci sono ostacoli a raggiungere i 900 Celsius,
quindi possiamo pensare ad un impianto che scaldi il sale da cucina fino
a fonderlo e poi portare il liquido fino a 900 Celsius: questo calore
poi viene utilizzato per riscaldare aria compressa in una turbina a gas
e poi lo scarico della turbina a gas viene usato per muovo un gruppo
turbina a vapore. Siamo ad un 10%-15% di rendimento per il ciclo Brayton 
(turbina a gas) ed un circa 30%-25% di rendimento per il ciclo Rankine,
insomma si puo' superare il 40% di rendimento lordo dell'impianto totale.