Energia solare: deserto del Mojave, California

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Energia solare: deserto del Mojave, California

Il progetto:

Sistema di generazione di energia elettrica solare di Ivanpah
Deserto del Mojave, California

Nel 2013, un complesso sistema a concentrazione solare (CSP, Concentrating Solar Power) da 377 megawatt è entrato in funzione nel deserto del Mojave in California. Il sistema di generazione di energia elettrica solare di Ivanpah comprende tre campi di eliostati, i pannelli a specchi, che coprono 3.500 acri. Ogni eliostato focalizza la luce del sole su una delle tre torri riceventi, che utilizzano la luce solare concentrata come fonte di energia primaria per le turbine a vapore che generano elettricità per 140.000 case californiane.

Sfide

Il CSP funziona un po’ come quando si cerca di accendere un piccolo fuoco con uno specchio o una lente d’ingrandimento. Se non si tiene lo specchio verso il sole, niente fuoco. Allo stesso modo, se non si allinea la luce solare concentrata in modo costante e preciso su un bersaglio combustibile, niente fuoco.

Per ottimizzare la produzione dell’impianto, gli ingegneri di Ivanpah hanno dovuto allineare 173.000 eliostati in modo tale da riflettere la massima luce solare verso le torri riceventi, a tutte le ore del giorno. Per realizzare l’impresa, hanno affrontato tre grandi sfide:

N. 1: La posizione del sole cambia costantemente. Ogni eliostato deve ruotare fino a 270 gradi ogni giorno a una velocità fino a 0,009 giri/min. Quanto più accuratamente gli eliostati concentrano i raggi del sole, tanto maggiore sarà la resa dell’impianto.

N. 2: I venti del deserto possono soffiare fino a 190 miglia all’ora. Gli eliostati di Ivanpah misurano 25 metri quadrati o più. Nella distesa del Mojave, quei grandi pannelli piatti possono fungere da vele durante una tempesta di vento, creando instabilità e gioco negli ingranaggi di posizionamento. Inoltre, gli ingranaggi devono sopportare la sabbia e i detriti costanti trasportati dal vento.

N. 3: La manutenzione di 173.000 eliostati potrebbe rappresentare un costo proibitivo e il contraccolpo sugli ingranaggi potrebbe causare una rapida usura. Per mantenere bassi i costi energetici, gli ingranaggi dell’eliostato di Ivanpah devono mantenere la loro stabilità e precisione per decenni.

La soluzione:

Trasmissioni a vite senza fine con doppio avvolgimento di Cone Drive

Dopo aver valutato i sistemi di trasmissione a vite di diversi produttori, BrightSource ha deciso di installare le trasmissioni a vite senza fine con doppio avvolgimento di Cone Drive in decine di migliaia di eliostati Ivanpah. Le trasmissioni forniscono il controllo del movimento ad alta precisione utilizzato per il posizionamento satellitare e gli strumenti chirurgici, e sono progettate per durare fino a 35 anni.

Come funzionano

Le trasmissioni a vite senza fine con doppio avvolgimento di Cone Drive aumentano l’area di contatto tra l’ingranaggio e la vite senza fine, per offrire maggiore stabilità rispetto a una trasmissione a vite senza fine tradizionale. La forma a clessidra della vite senza fine avvolge l’ingranaggio e la vite senza fine.

“Questo contatto di livello superiore si traduce in una maggiore capacità di coppia e una migliore resistenza ai carichi d’urto”, afferma Jacob Randall, direttore dei mercati strategici di Cone Drive. “I gruppi di ingranaggi con doppio avvolgimento aiutano a impedire il gioco, eliminando qualsiasi spazio o movimento a vuoto causato dagli spazi tra i denti e la filettatura”.

Worm Gear Illustration

La trasmissione a vite senza fine con doppio avvolgimento di Cone Drive aumenta l’area di contatto tra l’ingranaggio e la vite senza fine per offrire maggiore stabilità rispetto a una trasmissione a vite senza fine tradizionale.

I vantaggi

N. 1: Precisione “La precisione del doppio avvolgimento si è rivelata perfetta per Ivanpah”, afferma Randall. I set di ingranaggi Cone Drive consentono agli eliostati Ivanpah di concentrare maggiore luce solare sulle torri del ricevitore in modo più affidabile. Quando si dispone di 173.000 eliostati, anche piccoli miglioramenti della precisione possono fare una grande differenza a livello di rendimento dell’impianto.

N. 2: Stabilità. Le trasmissioni a vite senza fine con doppio avvolgimento di Cone Drive contribuiscono al funzionamento ottimale degli eliostati Ivanpah, anche in condizioni di vento estremo. “Torsionalmente, l’ingranaggio è estremamente rigido”, afferma Randall. “Quando il vento colpisce uno specchio, questo non si muove”.

N. 3: Zero manutenzione. Dal momento che gli eliostati sono così stabili, la soluzione Cone Drive riduce al minimo il gioco degli ingranaggi, l’usura e la necessità di costose riparazioni. Gli ingranaggi sono lubrificati internamente e con tenuta permanente per resistere a sabbia, sporco e detriti ed eliminare le attività di manutenzione.

I risultati

Negli ultimi sette anni di attività, il team di Ivanpah ha aumentato con successo la produzione di energia pulita dell’impianto rispetto alla quantità di gas naturale che utilizza per mantenere in funzione le turbine a vapore quando il sole non c’è o è nascosto dalle nuvole.

  • Dal 2015, l’impianto ha una media di quasi 700.000 megawattora di energia solare all’anno.
  • Ivanpah serve oltre 140.000 case della California durante le ore di punta della giornata.
  • L’impianto sta andando nella giusta direzione per ottenere una riduzione di 13 milioni di tonnellate di emissioni di anidride carbonica in 30 anni di vita.

Come risultato del successo della soluzione Ivanpah di Cone Drive, BrightSource Energy sta utilizzando la tecnologia Cone Drive per altri progetti CSP, tra cui un impianto da 700 megawatt negli Emirati Arabi Uniti e un altro nel deserto israeliano del Negev.

“La tecnologia dell’energia solare continua a migliorare”, afferma Randall. “Piccoli miglioramenti incrementali possono comportare enormi guadagni grazie al crescente interesse per le fonti energetiche rinnovabili”.

Leggi ulteriori informazioni sull’ingranaggio a vite senza fine con doppio avvolgimento Cone Drive e sul suo ruolo nell’industria solare.