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Sep 09, 2023

Tecnologie di energia solare concentrata (CSP): stato e analisi

Concentrated solar power (CSP) technology is a promising renewable energy

La tecnologia dell’energia solare concentrata (CSP) è una tecnologia di energia rinnovabile promettente in tutto il mondo. Tuttavia, molte sono le sfide che questa tecnologia deve affrontare al giorno d’oggi. Queste sfide sono menzionate in questo studio di revisione. Per la prima volta, questo lavoro ha riassunto e confrontato circa 143 progetti CSP in tutto il mondo in termini di stato, capacità, tecnologie di concentrazione, fattore di utilizzo del suolo, efficienza, paese e molti altri fattori.

Inoltre, le varie sfide affrontate dalla diffusione di questo sistema sono evidenziate in termini di fluidi di trasferimento del calore (HTF), varie tecnologie di stoccaggio dell’energia (ES), tecniche di raffreddamento, gestione dell’acqua e costo livellato dell’elettricità (LCOE). Inoltre, varie proprietà termofisiche dell'HTF vengono confrontate all'interno dell'intervallo applicabile dell'operazione CSP. Al termine della rassegna, vengono evidenziate e confrontate varie tecnologie di ibridazione per il CSP con varie fonti di energia rinnovabile, tra cui fotovoltaico, eolico e geotermico. Vengono determinati il ​​paese pioniere nell’utilizzo del CSP, la tecnologia leader dei concentratori, la tecnologia ES adeguata e l’efficiente tecnica ibrida basata sull’LCOE. I dati analizzati in questo studio sono essenziali per prevedere il futuro del CSP nei mercati e il suo contributo alla riduzione del potenziale di riscaldamento globale.

Energia solare concentrata

Accumulo di energia termica

Costo livellato dell'elettricità

Sistemi ibridi di energia rinnovabile

Fluidi termovettori

Circa 600 milioni di persone nell’Africa sub-sahariana non hanno accesso all’elettricità e circa 940 milioni fanno affidamento su combustibili pericolosi come legna da ardere e carbone per cucinare [1]. La maggior parte dei sistemi di generazione di energia elettrica non immagazzinano energia poiché farlo sarebbe estremamente costoso. I servizi pubblici devono quindi utilizzare più impianti di combustione di combustibili fossili per aumentare o diminuire secondo necessità per soddisfare la domanda. Tuttavia, questa strategia non è ideale perché questi impianti funzionano in modo più efficace a piena potenza [2]. Per soddisfare la domanda di energia elettrica e compensare efficacemente la carenza di fonti energetiche, si consiglia di implementare sistemi di energia rinnovabile integrati con diverse tipologie di sistemi di accumulo dell'energia. A causa del previsto aumento del 5,8% del consumo energetico globale nel 2022, progetti di energia rinnovabile su larga scala vengono installati in tutto il mondo [3]. Di conseguenza, la percentuale di energia rinnovabile nel mix energetico è aumentata in modo significativo. Tuttavia, sono necessari ulteriori progetti di energia rinnovabile per integrare o sostituire la mancanza di fonti di energia convenzionali [4,5]. Si prevede che la percentuale di energie rinnovabili nella produzione di energia negli Stati Uniti aumenterà del 23% entro la fine del 2050, come mostrato nella Figura 1-a. Inoltre, la Fig. 1-b mostra la storia e la proiezione delle fonti energetiche rinnovabili negli Stati Uniti. Si prevede che l'energia solare svolga un ruolo importante nella produzione di energia elettrica prevista negli Stati Uniti con una percentuale del 51%, seguita dalle tecnologie eoliche e idroelettriche [6,7]. A livello mondiale, la Fig. 2 mostra la proiezione della ripartizione della produzione di elettricità nel 2050. Si prevede che l’energia rinnovabile contribuirà a circa l’85% della produzione globale di energia. Inoltre, si prevede una grande dipendenza dall’energia eolica seguita dal solare fotovoltaico e una leggera dipendenza dal CSP con una percentuale del 4%.

Il fotovoltaico (PV) e l'eolico sono le tecnologie di energia rinnovabile più utilizzate per convertire sia l'energia solare che quella eolica in elettricità per diverse applicazioni come quelle residenziali [8,9], le serre [10], l'agricoltura [11] e la desalinizzazione dell'acqua [12 ]. Tuttavia, queste fonti di energia sono variabili, il che porta a un’enorme intermittenza e fluttuazione nella produzione di energia [13,14]. Per superare questo problema, i ricercatori hanno studiato la fattibilità di aggiungere sistemi di accumulo di energia a questa centrale elettrica [15,16]. L’energia solare concentrata (CSP) è una tecnologia promettente per generare elettricità dall’energia solare. Lo stoccaggio dell’energia termica (TES) è un elemento cruciale negli impianti CSP per immagazzinare il calore in eccesso dal campo solare e utilizzarlo quando necessario.