mar 24, 2009

Motori Stirling: Potenzialità di una Tecnologia Sostenibile Troppo Poco Applicata

Tag:Concentratori Solari, Motori Stirling, Senio Picchi

di Senio Picchi

I motori di tipo Stirling inventati nel 1816 da Robert Stirling e Armellin Alexander, hanno delle differenze sostanziali rispetto ai motori endotermici installati ad esempio sulle comuni automobili. Una prima differenza riguarda il fluido di lavoro che non è interessato da processi di combustione. Significa che il motore Stirling può ricevere il calore da trasformare in lavoro utile da varie fonti esterne, anche quella solare. La meccanica è caratterizzata da poche parti in movimento e la combustione, se presente, avviene in una caldaia in condizioni controllate. Tali particolarità rendono i motori Stirling silenziosi, durevoli e capaci di emissioni inquinanti ridotte rispetto a motori a combustione interna alimentati dal medesimo combustibile. Inoltre con i motori Stirling in teoria possono essere raggiunte efficienze prossime al limite del ciclo di Carnot.

Motori Stirling: Funzionamento, Vantaggi e Svantaggi

Per contro la tipologia di motori Stirling non ha la flessibilità caratteristica dei concorrenti endotermici, per cui difficilmente vedremo un’auto a propulsione Stirling se non con tecnologie ibride. Il principio di funzionamento permette di estrarre lavoro dall’espansione isoterma di un gas all’interno di un cilindro. Per eseguire il ciclo completo sono necessarie una sorgente calda ed una fredda. La sorgente calda deve avere una temperatura superiore ai 200°C, la sorgente fredda in genere `e l’ambiente esterno. L’espansione isoterma si ha quando il gas `e posto in contatto con la sorgente calda. Il gas espanso e caldo attraversa quindi un rigeneratore che assorbe parte del calore e giunge in un cilindro a contatto con la sorgente fredda. Qui il fluido cede calore e viene compresso lungo una seconda trasformazione isoterma. Infine il gas freddo e compresso torna nella camera calda attraversando il rigeneratore dove recupera il calore ceduto al passaggio precedente. Nel tempo sono state sviluppate varie cinematiche di funzionamento, caratterizzate da una differente disposizione e numero di pistoni.

A livello commerciale il motore Stirling non ha avuto ancora successo, ad oggi il suo utilizzo è poco più che sperimentale nel campo della cogenerazione a gas e nella generazione di energia meccanica da radiazione solare concentrata. Nel caso della cogenerazione di elettricità e calore il mercato non è ancora esploso almeno in Italia. Un problema risiede nell’identificare un’utenza in grado di utilizzare la quantità di calore messa a disposizione dai sistemi di cogenerazione in maniera continuativa. Dove questo è possibile non sempre si riesce a dimostrare che il bilancio globale degli inquinanti è a favore della cogenerazione. Ogni caso deve essere valutato a parte in base allo scenario di riferimento.

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Motori Stirlng: Potenzialità del Mercato

Sul mercato esistono pochi motori Stirling e con una ridotta gamma di potenze, nonostante i vantaggi elencati rispetto alla tipologia endotermica, questi ultimi dominano il mercato. Tra qualche anno sarà probabile la commercializzazione delle celle a combustibile ad alta temperatura, capaci di gestire anche gas metano. Grazie ai loro rendimenti elettrici elevatissimi probabilmente sostituiranno tutte le tecnologie oggi presenti nel campo della cogenerazione.

L’ambito che invece si potrebbe aprire alla tecnologia Stirling è il solare termodinamico a scale medie e piccole. Oggi in Italia questa risorsa rinnovabile è insieme a eolico off-shore una tre le più incentivate. Non è un caso che i maggiori attori energetici italiani stanno portando avanti ricerca e sperimentazioni in questo senso. E‘ noto che usare cicli a vapore richiede potenze elevate per raggiungere una convenienza economica. Ma in Italia non esistono le possibilità autorizzative per creare estesi campi specchi, quindi l’unica via percorribile in futuro sembra quella di impianti medio piccoli. Oggi, solo i cicli ORC e i motori Stirling sono le uniche opzioni disponibili per convertire energia termica da radiazione solare in energia meccanica e quindi elettrica. In questo confronto il motore Stirling può uscire vincente grazie a maggiori rendimenti, maggiore compattezza e potenzialmente minori costi.

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