La giuria del Premio per l'articolo scientifico del trimestre della Scuola Tecnica Superiore di Ingegneria, riconoscendo l'alta qualità di tutte le pubblicazioni presentate e dopo un'attenta riflessione, tenendo conto di criteri basati su diversi indicatori bibliometrici, ha deciso all'unanimità di assegnare il Premio per l'articolo scientifico del trimestre dell'ETSI: ottobre-dicembre 2021, al seguente lavoro: "Valutazione tecnico-economica e operativa di impianti solari a concentrazione con sistema di supporto duale", Applied Energy, vol. 302, novembre 2021, di Raúl Ernesto Gutiérrez Álvarez, Pedro García Haro e Alberto Gómez Barea. DOI 10.1016/j.apenergy.2021.117600

Sebbene gli impianti solari termici a concentrazione (CSP) siano tecnologie disponibili in commercio, la loro diffusione su larga scala è stata limitata negli ultimi anni a causa degli elevati costi di investimento e della maggiore complessità rispetto ad altre tecnologie. Tuttavia, il ruolo che questi sistemi possono svolgere come fornitori di energia elettrica rinnovabile programmabile potrebbe essere cruciale per la decarbonizzazione delle reti elettriche future. Si prevede che i servizi accessori che gli impianti di energia rinnovabile programmabile possono fornire al sistema elettrico incoraggeranno una maggiore partecipazione di tecnologie rinnovabili intermittenti e a basso costo, come il solare fotovoltaico e l'eolico.

Grazie alla loro capacità di utilizzare sistemi di accumulo di energia termica (TES), gli impianti solari a concentrazione (CSP) possono generare elettricità dopo il tramonto, eliminando la necessità di far funzionare gli impianti a ciclo combinato a gas naturale per alcune ore. Tuttavia, per funzionare come centrali elettriche di base, gli impianti CSP richiedono sistemi di backup oltre al TES, che possano essere gestiti mantenendo la loro natura rinnovabile. A questo proposito, l'ibridazione del CSP con sistemi di conversione della biomassa emerge come un'alternativa interessante sia per aumentare le prestazioni degli impianti CSP sia per mitigare i rischi associati al consumo di grandi quantità di biomassa negli impianti bioenergetici.

Il nostro studio presenta un'analisi dettagliata dei vantaggi dell'integrazione di un sistema di backup duale completamente rinnovabile (basato su biomassa e accumulo di energia termica) in impianti solari a concentrazione (CSP). Come casi di studio sono stati utilizzati la risorsa solare di Siviglia e due impianti da 50 MWe, basati su tecnologie a collettore parabolico e a torre solare. Entrambi gli impianti integrano una caldaia a biomassa e funzionano in modalità ibrida parallelamente al blocco di potenza. Inoltre, sono state proposte e modellate sette strategie operative per la caldaia a biomassa, combinate con cinque livelli di capacità per il sistema di accumulo termico (da 0 a 20 ore). Infine, la metodologia Analytic Hierarchy Process (AHP) è stata utilizzata come strumento decisionale multicriteriale per valutare comparativamente le prestazioni tecniche, economiche e operative di tutti gli scenari proposti.

I risultati mostrano che l'inclusione di biomassa di backup migliora il funzionamento del sistema come impianto di carico di base, aumentando il fattore di capacità (CF) fino al 71%, l'efficienza elettrica netta fino al 10% e riducendo i costi di generazione fino al 56%, rispetto agli impianti CSP stand-alone. Per la risorsa solare considerata (Siviglia), è possibile ottenere costi di generazione ragionevoli (0,153 USD/kWh) attraverso una compensazione equilibrata tra biomassa e TES, garantendo al contempo un approvvigionamento energetico costante (CF ≥ 80%) e riducendo la flessibilità richiesta alla caldaia. L'inclusione di elevate capacità TES dimezza la domanda annuale di biomassa e accentua la complementarietà stagionale tra risorse solari e biomassa. Infine, gli impianti CSP con un doppio sistema di backup rappresentano un'opzione promettente per le località in cui le risorse solari e biomassa hanno una disponibilità moderata.

Questo premio è finanziato tramite una Borsa di studio per le attività di divulgazione scientifica del VII Piano di ricerca e trasferimento dell'Università di Siviglia.