Accumulo termico a sali fusi

L’accumulo termico a sali fusi conserva il calore di una centrale solare in grandi serbatoi isolati pieni di sale di nitrati fuso, perché la centrale possa produrre vapore ed elettricità dopo il tramonto o sotto le nuvole. Il sale freddo, a circa 290 °C, viene scaldato nel ricevitore fino a circa 565 °C e tenuto in un serbatoio caldo finché serve. La torre francese Thémis, allacciata alla rete nel 1983, usava sale fuso sia per trasportare sia per accumulare il calore.

Che cos’è

Una centrale solare termica raccoglie calore solo finché splende il sole, ma l’elettricità serve a ogni ora. L’accumulo a sali fusi separa le due cose. Di giorno la centrale scalda più sale di quanto la turbina ne richieda in quel momento e conserva l’eccedenza in un serbatoio. La sera, o quando passano nuvole, attinge a quel sale caldo per continuare a produrre vapore per la turbina a vapore.

Il sale è una miscela di nitrati di sodio e di potassio. Non brucia e non emette quasi vapore neppure quando è molto caldo, così lo si può tenere in grandi serbatoi a pressione atmosferica invece che in recipienti a pressione. Il suo difetto è che comincia a cristallizzare intorno a 240 °C ed è del tutto solido intorno a 220 °C, quindi nelle tubazioni deve restare sempre sopra questo intervallo.

Come funziona

Il serbatoio caldo è un mantello d’acciaio avvolto nell’isolante e posato su una fondazione isolata.

La disposizione abituale ha due serbatoi. Il sale del serbatoio freddo, a circa 290 °C, viene pompato al ricevitore, vi si scalda fino a circa 565 °C e scende nel serbatoio caldo. Quando la centrale ha bisogno di potenza, il sale caldo viene pompato attraverso un generatore di vapore, dove fa bollire l’acqua, e ne esce raffreddato verso il serbatoio freddo. Raccolta del calore e produzione di elettricità possono così seguire orari diversi. Poiché è il sale stesso a trasportare il calore dal ricevitore e anche a conservarlo, si parla di sistema diretto.

I due serbatoi sono fatti di metalli diversi. Il sale di nitrati caldo corrode l’acciaio comune, perciò il serbatoio caldo è d’acciaio inossidabile; quello freddo, a temperatura più bassa, può essere d’acciaio al carbonio, più economico. Entrambi hanno uno spesso isolamento. Se il sale resta a lungo ben oltre i 565 °C del serbatoio caldo, il nitrato si decompone a poco a poco, libera ossigeno e si trasforma in parte in nitrito, e questo fissa il limite superiore dell’accumulo.

La solidificazione è il rischio principale di esercizio. Un tappo di sale solido può ostruire una tubazione o un tubo del ricevitore, perciò tubazioni, valvole e ricevitore vanno tenuti sopra la temperatura alla quale compaiono i primi cristalli con resistenze elettriche o svuotati quando non sono in uso.

Come si fa

Due thermos d’acqua tiepida e fresca mostrano come un serbatoio isolato conserva il suo calore.

Due thermos e due termometri mostrano come un accumulo ben isolato conserva il calore. Segnate un thermos con nastro rosso come serbatoio caldo e l’altro con nastro blu come serbatoio freddo. Riempite il rosso di acqua tiepida del rubinetto e il blu di acqua fresca del rubinetto, chiudeteli entrambi con un tappo attraversato da un termometro e annotate le due temperature. Riempite una tazza aperta con la stessa acqua tiepida e metteteci un termometro.

Leggete i tre termometri ogni mezz’ora per un pomeriggio e fino a sera. L’acqua della tazza aperta si raffredda in fretta, mentre l’acqua tiepida del thermos rosso resta tiepida per ore, come il sale caldo nel suo serbatoio isolato. Il thermos blu resta fresco altrettanto a lungo, perché l’isolamento frena il passaggio del calore in entrambi i sensi.

Avvertenze di sicurezza. Usate solo acqua tiepida del rubinetto, mai bollente, per evitare scottature, e controllate che i thermos siano integri e messi dove non possano essere rovesciati. Non cercate mai di fondere nitrati o qualsiasi altro sale in casa: il sale fuso provoca ustioni gravi, e i nitrati sono ossidanti forti che possono far bruciare violentemente legno, carta o vestiti.

Storia ed evoluzione

Una centrale a torre con accumulo vista dall’alto: il campo di specchi, la torre e accanto i due serbatoi di sale.

Negli Stati Uniti ingegneri del programma solare progettarono centrali a ricevitore centrale che avrebbero trasportato e accumulato il calore in sale di nitrati fuso. Alla Central Receiver Test Facility di Albuquerque, nel Nuovo Messico, un accumulo sperimentale con un serbatoio freddo e uno caldo fu costruito e provato, e le prove mostrarono che l’idea funzionava. Gli stessi due serbatoi servirono poi al Molten Salt Electric Experiment, una piccola centrale completa montata sul posto, provata nel 1984 e nel 1985 e conclusa con un mese di produzione di elettricità.

In Francia la torre Thémis di Targassonne, nei Pirenei, fu allacciata alla rete nel 1983. Il sale fuso vi portava il calore dal ricevitore al generatore di vapore e serviva anche da riserva di calore della centrale.

Solar Two, costruita in California sul sito della precedente torre Solar One, funzionò alla fine degli anni Novanta con un ricevitore a sali fusi e due serbatoi di accumulo. Dimostrò che una centrale a torre poteva raccogliere calore di giorno e fornire elettricità sotto le nuvole e dopo il tramonto.

Gemasolar, vicino a Siviglia, in Spagna, entrò in servizio nel 2011 con un ricevitore a sali sulla torre e serbatoi abbastanza grandi da far girare la turbina per circa 15 ore senza sole. Già nella prima estate fornì elettricità per un giorno e una notte interi senza fermarsi.