Magaldi non esclude un’evoluzione della sua tecnologia Mgtes per supportare anche i settori di produzione di acciaio, vetro e ceramica, che tipicamente richiedono calore sotto forma di gas caldi ad altissima temperatura. Per il momento, però, continua a puntare sulla produzione di vapore a temperature medio-alte, ovvero tra 150 e 300 °C, per la decarbonizzazione di settori industriali come il cartario, l’alimentare, il chimico, il tessile e il farmaceutico.
“Ad oggi, circa l’80% del calore utilizzato a livello globale rientra nel range di temperature medio-alte. In questo range di temperature, ad esclusione di quelle inferiori a circa 150 °C, la maggior parte del calore è richiesto sotto forma di vapore per alimentare processi industriali. Pertanto, in questa prima fase di sviluppo della tecnologia Mgtes, il focus è stato rivolto alla decarbonizzazione delle applicazioni industriali, in cui è richiesto vapore diretto”, Letizia Magaldi, vicepresidente corporate and business development Magaldi Green Energy, ha detto a pv magazine Italia.
Immagine: Magaldi Group
Magaldi ha sviluppato il sistema Magaldi Green Thermal Energy Storage (Mgtes) per produrre energia termica, per lo più vapore, che può essere utilizzata direttamente negli impianti industriali o per la generazione di elettricità mediante turbine a vapore. Magaldi spiega però che già oggi è possibile utilizzare altri vettori termici quali aria calda o olii diatermici.
La tecnologia può essere usata sia nel breve (meno di 4 ore) che per uno stoccaggio di lunga durata (fino a settimane).
“Nel caso di accumuli di breve durata, che possiamo definire Power intensive, il rendimento del sistema risulta essere maggiore rispetto al caso in cui si parla di applicazioni Energy intensive. Ad ogni modo il sistema Mgtes offre rendimenti di Round Trip Efficiency (RTE) tipicamente superiori al 90% anche per le applicazioni più esigenti”, ha detto Magaldi.
In questa fase di sviluppo tecnologico il sistema Mgtes è stato ideato per coprire applicazioni Power to Heat, nelle quali l’energia elettrica viene prodotta da fonti rinnovabili o prelevata da rete nelle ore economicamente più favorevoli.
“Le applicazioni Heat to Heat, di minore interesse nell’attuale stadio di evoluzione tecnologica di Mgtes sono traguardabili, con rendimenti che dipendono principalmente dalle temperature del fluido termovettore disponibile in ingresso e di quello richiesto in uscita”.
L’accoppiamento con blocchi di potenza (turbina a vapore più generatore elettrico) è perseguibile per applicazioni Power to Power in quanto il sistema è compatibile con la produzione di vapore surriscaldato, ad alta o media pressione, alle caratteristiche richieste dalla turbina anche prossime a 600°C, spiega l’azienda.
“Nelle applicazioni Power to Power il sistema Mgtes è in grado di mantenere elevato il rendimento di conversione elettrico-termico, con valori di RTE superiori al 90%, tuttavia il gruppo turbina a vapore e generatore elettrico riducono il rendimento complessivo per via dei limiti imposti dal ciclo termodinamico Rankine”, ha spiegato la vicepresidente di Magaldi Green Energy.
Il sistema si basa sulla fluidizzazione delle particelle di sabbia
Immagine: Magaldi Group
Il sistema è costituito da moduli isolati che contengono sabbia di silice, riscaldata a temperature superiori a 600°C. Un array di resistenze elettriche (nel caso di energia elettrica), o uno scambiatore di calore integrato (nel caso di energia termica), è immerso in un letto di sabbia fluidizzabile.
“La fluidizzazione delle particelle di sabbia aumenta notevolmente il coefficiente di scambio termico e il tempo di risposta dell’intero sistema. Anche in condizioni ambientali estreme, è possibile mantenere le perdite termiche ad un valore inferiore al 2% al giorno”.
La sabbia, riporta la società con sede in provincia di Salento, risulta essere tra i materiali che possiedono le migliori caratteristiche tecniche – quali la fluidizzabilità, la capacità termica, la stabilità a temperature molto elevate – ed economiche, per essere utilizzata nel sistema Mgtes.
“Inoltre è tra i materiali più disponibili in natura, in tutte le aree geografiche. Sicuramente materiali alternativi possono essere impiegati e saranno oggetto di attenzione nelle fasi di sviluppo ulteriore della tecnologia”, ha detto Magaldi, aggiungendo che non ci sono condizioni ambientali che limitino la possibilità di realizzare un impianto di Thermal Energy Storage mediante la tecnologia Mgtes.
Secondo la società, la fluidizzazione del letto di sabbia viene realizzata utilizzando tecnologie ampiamente diffuse in ambito industriale, dunque, senza particolari controindicazioni.
“Trattandosi di energia termica, maggiore è la differenza di temperatura tra il materiale impiegato per l’accumulo termico e l’ambiente esterno, maggiori saranno le dispersioni termiche potenziali. Tuttavia, anche in condizioni ambientali estreme, è possibile mantenere le perdite termiche ad un valore inferiore al 2% al giorno”.
La fluidizzazione del letto di sabbia viene attivata durante le fasi di carica di energia e durante le fasi di generazione del vapore, per sfruttare i coefficienti di scambio termico superiori tipici di un letto fluido, rispetto a quelli di un letto packed.
Durante le fasi di stand-by a caldo, tra una fase di carica ed una di scarica, il letto non viene fluidizzato, in quanto non occorre scambiare calore. La sabbia quindi si impacchetta sul fondo del modulo.
“In tale fase, le perdite di energia del sistema Mgtes sono essenzialmente legate all’isolamento termico impiegato per rivestire le pareti del sistema, che può essere facilmente ottimizzate. Quando il letto è fluidizzato, le perdite di energia termica associate al sistema di fluidizzazione vengono limitate grazie all’impiego di un recuperatore di calore, che sfrutta lo stesso calore dell’aria di fluidizzazione in uscita dal sistema, per preriscaldare l’aria di fluidizzazione in ingresso allo stesso”.
Incentivi e futuri sviluppi
A parte il futuribile ingresso in settori come quelli dell’acciaio, del vetro e della ceramica, attraverso nuove applicazioni della tecnologia, la società campana spiega che bandi e aste per la ricerca, sia su base nazionale che europea, potrebbero agevolare sia la fase di ricerca che di sviluppo sperimentale della tecnologia, consentendo un suo progressivo aumento del Technology Readiness Level (TRL).
“Negli ultimi anni l’impresa ha, di fatto, già realizzato diversi progetti di Ricerca e Sviluppo/Trasferimento Tecnologico, finanziati dal Mimit, dalla Regione Campania e dal Miur. Attualmente sono in corso nuovi progetti finanziati da enti nazionali, che supporteranno l’azienda nella realizzazione e sperimentazione del nuovo impianto di accumulo termico a letto fluidizzato, con sede nell’area industriale di Buccino (Salerno)”.
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