La Giuria del Premio per l'Articolo Scientifico del Quartiere della Scuola Tecnica Superiore di Ingegneria, riconoscendo l'elevata qualità di tutte le pubblicazioni in concorso, dopo opportune deliberazioni nelle quali si è tenuto conto di criteri basati su più indicatori bibliometrici, ha deliberato all'unanimità deciso dei suoi componenti, assegna il Premio ETSI Scientific Article of the Quarter: ottobre-dicembre 2021, al seguente lavoro: “Valutazione tecnico-economica e operativa di impianti solari a concentrazione con un doppio sistema di supporto”, Applied Energy, vol. 302, novembre 2021, sviluppato da 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 commerciali, 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 rinnovabili di elettricità dispacciabile potrebbe essere cruciale per la decarbonizzazione delle future reti elettriche. Si prevede che i servizi ausiliari che gli impianti di energia rinnovabile dispacciabili possono fornire al sistema elettrico favoriranno una maggiore partecipazione di tecnologie rinnovabili intermittenti e a basso costo come il solare fotovoltaico e l’energia eolica.

Grazie alla possibilità di disporre di sistemi di accumulo dell’energia termica (TES), gli impianti CSP sono in grado di generare energia elettrica al tramonto del sole, evitando per alcune ore la necessità di far funzionare impianti a ciclo combinato a gas naturale. Tuttavia, per poter funzionare come impianti di carico di base, gli impianti CSP necessitano di sistemi di supporto aggiuntivi ai TES che possano essere gestiti, mantenendo però la loro natura rinnovabile. In questo senso, l’ibridazione tra CSP e sistemi di conversione della biomassa emerge come un’interessante alternativa per aumentare, da un lato, le prestazioni degli impianti CSP e, dall’altro, alleviare i rischi legati al consumo di grandi quantità di biomassa in impianti di bioenergia.

Nel nostro studio viene presentata un’analisi dettagliata dei vantaggi derivanti dall’integrazione di un sistema dual backup completamente rinnovabile (basato su biomassa e accumulo di energia termica) negli impianti CSP. Come casi di studio sono stati presi la risorsa solare di Siviglia e due impianti da 50 MWe ciascuno, basati sulle tecnologie della vasca parabolica e della torre solare. In entrambi i casi con l'integrazione di una caldaia a biomassa e con una modalità di ibridazione in parallelo al blocco di potenza. Inoltre, sono state proposte e modellate 7 strategie di funzionamento per la caldaia a biomassa in combinazione con 5 livelli di capacità per il sistema di accumulo termico (da 0 a 20 ore). Infine, la metodologia del processo gerarchico analitico (AHP) è stata utilizzata come strumento decisionale multicriterio per valutare comparativamente le prestazioni tecniche, economiche e operative di tutti i casi proposti.

I risultati mostrano che la partecipazione della biomassa di riserva favorisce 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 autonomi. Per la risorsa solare considerata (Siviglia), è possibile ottenere costi di generazione ragionevoli (0,153 USD/kWh) per una compensazione equilibrata tra biomassa e TES, consentendo al tempo stesso un approvvigionamento energetico costante (CF ≥ 80%) e riducendo la flessibilità richiesta alla caldaia . L’inclusione di grandi capacità TES riduce della metà la domanda annuale di biomassa e accentua la complementarità stagionale tra le risorse solari e quelle di biomassa. Infine, gli impianti CSP con un sistema a doppio backup rappresentano un’opzione promettente per i luoghi in cui le risorse solari e di biomassa sono moderatamente disponibili.

Questo premio è finanziato da una sovvenzione per attività di diffusione scientifica del VII Piano Proprio di Ricerca e Trasferimento dell'Università di Siviglia.