Una svolta nella conversione dell'energia potrebbe aumentare l'efficienza degli impianti: Energia e ambiente

07 settembre 2022

I ricercatori del Sandia National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti hanno testato con successo un nuovo sistema energetico basato su un ciclo Brayton a circuito chiuso per fornire elettricità alla rete. Il sistema potrebbe aumentare notevolmente l’efficienza delle centrali elettriche, compresi gli attuali e i nuovi sistemi di reattori avanzati, nonché gli impianti solari concentrati e alimentati a gas.

Le centrali elettriche odierne - nucleari, a gas e a carbone - utilizzano un ciclo Rankine basato sul vapore per convertire il calore che producono in elettricità, ma questi sistemi basati sul vapore perdono circa due terzi dell'energia che potrebbero potenzialmente produrre perché il vapore deve essere riconvertito nell'acqua per ripetere il ciclo. Il team Sandia ha invece sviluppato un semplice ciclo Brayton a circuito chiuso recuperato che utilizza l’anidride carbonica supercritica come fluido di lavoro.

L'anidride carbonica supercritica, che rimane all'interno del sistema e non viene rilasciata come gas serra, può diventare molto più calda del vapore, fino a 700°C. Il ciclo Brayton ha il potenziale per essere molto più efficiente nel trasformare il calore delle centrali elettriche in energia rispetto al tradizionale ciclo Rankine basato sul vapore, con un’efficienza di conversione teorica superiore al 50%.

Nel sistema sviluppato dal team Sandia, il gas di anidride carbonica attraversa un ciclo continuo di pressurizzazione, riscaldamento ed espansione attraverso una turbina per generare elettricità. Viene quindi raffreddato in un recuperatore prima di ritornare al compressore per completare il ciclo.

Un diagramma del circuito di prova del ciclo Brayton a circuito chiuso (Immagine: Sandia) Il gas scorre attraverso un circuito continuo in cui viene pressurizzato, riscaldato ed espanso attraverso una turbina per generare elettricità. Dopo che il fluido esce dalla turbina, viene raffreddato in un recuperatore prima di ritornare al compressore per completare il ciclo.

Per il test, i ricercatori hanno utilizzato un riscaldatore elettrico per riscaldare l’anidride carbonica supercritica fino a 600° F (316° C) e poi hanno restituito energia alla rete elettrica della base aeronautica di Sandia-Kirtland. Il test ha fornito energia continua alla rete per 50 minuti e, a volte, ha prodotto fino a 10 kilowatt di elettricità. Questa è la prima volta che gli operatori della rete accettano di prendere il potere e si tratta di un passo significativo, hanno detto i ricercatori.

"Sono diversi anni che cerchiamo di arrivare fin qui e riuscire a dimostrare che possiamo connettere il nostro sistema alla rete tramite un dispositivo commerciale è il primo passo verso una generazione di elettricità più efficiente", ha affermato Rodney Keith, manager per il gruppo di concetti avanzati che lavora sulla tecnologia del ciclo Brayton.

Il team lavorerà alla modifica del sistema in modo che possa funzionare a temperature più elevate e mirerà a dimostrare un sistema a ciclo Brayton a CO2 supercritico da 1 MW entro l'autunno del 2024. Durante questo processo, sperano di testare occasionalmente il sistema fornendo elettricità al sistema. rete, a condizione che ottengano l’approvazione da parte dei gestori della rete.

"Per le applicazioni commerciali effettive sappiamo che abbiamo bisogno di macchinari turbo più grandi, elettronica di potenza, cuscinetti e guarnizioni più grandi che funzionino con CO2 supercritica, cicli Brayton chiusi", ha affermato il ricercatore capo Darryn Fleming. "Ci sono tutte queste diverse cose che devono essere fatte per ridurre i rischi del sistema, e ci stiamo lavorando adesso. Nel 2023 metteremo tutto insieme in un ciclo di ricompressione e poi lo porteremo a livelli uniformi." maggiore potenza in uscita, ed è allora che l'industria commerciale può trarne vantaggio."

Il progetto è stato sostenuto attraverso il programma STEP (Supercritical Transformational Electric Power) del Dipartimento dell'Energia, che è co-sponsorizzato dagli uffici dell'energia nucleare, dell'energia fossile e della gestione del carbonio e dell'efficienza energetica e delle energie rinnovabili.

Ricercato e scritto da World Nuclear News

WNN è un servizio di informazione pubblica della World Nuclear Association

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