Realizzazione di impianti solari CSP

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CSP
di Maurizio Orsini

La potenzialità produttiva di un impianto C.S.P. dipende  dai  Mq di superficie riflettente degli Specchi Parabolici Orizzontali sfruttabile  per produrre vapore in quanto per ogni ettaro di “Campo Solare” possono essere  installati  circa 4.377 m2 di specchi che concentrano sul “Tubo Ricettore” circa il 97% dei  KWh /m2 dell’irraggiamento del Sito.

DESCRIZIONE DEL NOSTRO IMPIANTO C.S.P.

L’impianto è progettato secondo  Norme ANSI B31.1 & ASME VIII°. Come indicato nel “P.& I  ( DWG-10-01 ), una “Unità Tipica di Impianto”  ( U.T.I.),  è  composta  da  quattro Circuiti  che funzionano in parallelo, e indipendenti tra loro, ogni uno composto  da   otto coppie di “Moduli” di Tubi Ricettori. La realizzazione impiantistica è “MODULARE” e si basa su un elemento tipico costituito da l’assemblaggio di quattro “Specchi Parabolici Orizzontali” montati in serie che costituiscono il “Modulo” tipico di costruzione dei quattro circuiti in parallelo. La produzione di vapore per il funzionamento dei gruppi generatori di E/E è realizzato dalla “ VASCA COMPONENTI ”, che contiene al suo interno le quattro pompe di  circolazione del fluido  termovettore  e  lo  scambiatore di produzione vapore.

CIRCOLAZIONE DEL FLUIDO TERMOVETTORE

Il fluido termovettore  previsto sarà “OLIO DIATERMICO--WD-350“, messo in circolazione da quattro pompe verticali sommerse tipo “Lewis” , alloggiate nella tanica componenti.  La strumentazione è  in  grado  di  controllare  il non superamento della  massima temperatura di esercizio  del fluido in base all’irraggiamento del momento variando la portata delle quattro pompe.

CAMPO SOLARE TIPICO

Il Campo Solare Tipico è previsto in un’area di 200 M2 per ogni Unità di Impianto.  Le otto file di collettori , ( Tubi Ricettori ), lunghezza totale di 1.600 m,   supportati su otto file di specchi parabolici orizzontali per un totale di 128 specchi, e 8.755 M2 di superficie. L’impianto è previsto suddiviso in quattro   circuiti in parallelo con funzionamento indipendente. Per ogni circuito è previsto l’irraggiamento solare su  2.188 m2 di  specchi, che concentrano il 97% dei KW/h dell’irraggiamento solare sul Tubo Ricettore. Ogni linea di specchi sarà composta da quattro Moduli.  La connessione tra i Tubi Ricettori dei Moduli con assorbimento del “Delta L” è realizzato tramite giunzioni con  dispositivo a tenuta telescopica.

FUNZIONAMENTO AUTOMATICO  DEI  CIRCUITI

La  procedura di funzionamento automatica  allo “start-up, è  la seguente: il sensore termico in base al livello di irraggiamento solare rilevato dallo strumento avvia  l’esercizio diurno. La produzione di vapore con invio di acqua allo scambiatore potrà iniziare solo quando il fluido termo-vettore in circolazione raggiungerà una  temperatura di ingresso prossima ai 280°C. Il controllo della temperatura massima del fluido viene effettuato automaticamente. I  Tubi Ricettori  riversano nello scambiatore  il fluido  alla massima temperatura acquisita  nel percorso, che scambiando con la BFW produce vapore ad alta pressione, riversando il fluido  ad una temperatura residua di circa 150°C, che aspirato dalle pompe di circolazione, viene inviato nuovamente in circolazione nei tubi ricettori per il recupero della temperatura ceduta nello scambiatore, ripetendo il ciclo continuo. Essendo il circuito dei  Tubi Ricettore  completamente  privo di valvole,   l’impianto non  ha necessità della presenza di  operatori,   essendo la circolazione del fluido attivata dalle pompe di circolazione  comandate dalla Sala Controllo. L’eccezionale rendimento di questo  impianto si deve alla quantità totale di  Tubi Ricettori ( 1.600 mt ): questi svolgono  la funzione di convogliare il  fluido  termo-vettore  nel “fuoco” degli   Specchi Parabolici Concentratori,   incamerando l’energia termica dell’irraggiamento Solare. Considerato inoltre che il tubo ricettore è supportato dagli specchi con “mensole verticali” connesse all’asse di rotazione, alte circa 1,80 mt, e quindi flessibili, queste non sono abilitate ad assorbire le spinte assiali generate dalle forze di reazione dei compensatori metallici, (soffietti ), e non possono quindi essere considerate i “Punti Fissi” richiesti su cui scaricare la spinta generata dalla reazione dei soffietti metallici.    Quindi i supporti del Tubi Ricettori sulle mensole degli specchi saranno “SLIDE”, non esercitando spinte assiali sui supporti.

SPECCHI PARABOLICI ORIZZONTALI

La progettazione meccanica della struttura portante degli specchi sarà demandata al fornitore degli specchi, al quale sarà richiesto di progettare la struttura portante in rispetto del sisma e della velocità del vento prevista per le strutture metalliche dalle norme vigenti nel sito dell’impianto.  Il lavaggio della superficie riflettente degli specchi sarà effettuato secondo programma di manutenzione, tramite  gli ugelli a lama e impianto pressurizzato di acqua –demi a circuito chiuso temporizzato, con recupero e trattamento delle acque di lavaggio.

OPERE CIVILI DA ESEGUIRE

Il  Campo Solare sarà pavimentato per preservare il terreno da possibili inquinamenti derivanti da perdite o rotture delle tubazioni.

Dovrà essere eseguito lo scavo e la fondazione per il basamento della ” Vasca Componenti”.

Dovranno anche essere eseguiti otto  canali di scolo delle acque di lavaggio degli specchi con relativa vasca di drenaggio,  filtraggio e pompaggio di acqua demi per ogni circuito.

Dovranno essere eseguiti 160 basamenti per il supporto degli specchi.

CALCOLO  ORIENTATIVO DI “ PUNTA” DELLA  PRODUTTIVITA’

( Sito di 2 ettari con  irraggiamento  = 1,3 KW h /m2 )

A causa della variabilità dell’intensità di irraggiamento solare per tutto il periodo di esercizio, il calcolo è indicativo e riferito all’irraggiamento di “punta.”                                  

I dati dimensionali di ogni circuito sono:

- Tubo Ricettore da 3”-sch.10S ( sez.= 54 cm2).

- Specchi concentratori =  2.188 m2 -  Rapporto di concentrazione = 98%.

- Fluido termo-vettore = Olio diatermico. Tipo WD 350 –cal.spec. Kj/kg 2,88.

- Portata pompa circolazione:  variabile da 5 a 20 NM3/h ( con  V.D.F. )

L’impianto è composto da 4 circuiti con 128 specchi parabolici per  un totale  di 8.755 m2 di superficie riflettente che concentrano su 1.600 mt di Tubo Ricettore circa IL 98% dell’irraggiamento di 1,3 kwh/m2 captato uguale a :  8.755 x 1,3 = 11.380 x .98 = 11.153 Kwh.

Il flusso totale di fluido termovettore è di circa 80.000 Kg / h.

La produzione annua in base al dato statistico di stima di 1.800 ore /anno di irraggiamento solare del sito è prevista: 1.800 ore x 5,70 Mw/h = 10.260 MWh/ y.             

CONSUMO IN DEBITO ANNUO DI E/E  PER  FUNZIONAMENTO IMPIANTO

Consumo pompe.= 4KW x 4 pompe x 8 ore x 365 giorni =  50 MW/y

Consumo sistema di rotazione specchi =   50 MW/y

Consumo preriscaldo = 32KW/h x 5 min. x  365 giorni = 1 MW/y

TOTALE PRELIEVO IN DEBITO DALLA RETE ENEL =  101 MW/y

RICAVO ANNUO NETTO DI  E/E  = 10.260 – 101 =  10.159 MW/y

progetto di: "Ingegneria Impiantistica C.S.P, Studio  Tecnico  – M. Orsini di Roma"
AllegatoDimensione
DWG - 10 - 01.pdf1.26 MB
DWG - 10 - 10.pdf1.47 MB