Il progetto DESOLINATION raggiunge un'importante pietra miliare in Arabia Saudita

Il progetto DESOLINATION raggiunge un'importante pietra miliare in Arabia Saudita

I componenti chiave arrivano al sito dimostrativo della King Saud University 

DESOLINATION si avvicina alla convalida del sistema CSP-desalinizzazione con l'arrivo dei componenti critici del sistema presso il nostro sito dimostrativo alla King Saud University (KSU) in Arabia Saudita. Questo segna un importante passo avanti nell'avvicinamento all'operatività della nostra innovativa tecnologia combinata di CSP e desalinizzazione. L'impianto dimostrativo completo dovrebbe essere in funzione a partire da febbraio 2026.

Contenitore di accoppiamento adattativo in loco 

Il primo container, che ospita il sistema Adaptive Coupling, è arrivato con successo alla KSU ed è attualmente in attesa di essere collegato. L'Adaptive Coupling è un sofisticato sistema di controllo e integrazione che gestisce dinamicamente i flussi di energia tra più sottosistemi. Funge da “ponte intelligente” che immagazzina e distribuisce in modo ottimale l'energia termica tra il ciclo di potenza CSP supercritico a CO₂, il ciclo di potenza CSP ad aria Brayton e l'unità di dissalazione, controllando i trasferimenti di calore tra i sottosistemi dell'impianto.  

Installazione dello scambiatore di calore completa 

Nel marzo 2025 è stato installato con successo in loco lo scambiatore di calore DESOLINATION, un innovativo scambiatore di calore che facilita in modo efficiente il trasferimento di calore tra il ciclo di potenza sCO₂ e i componenti di stoccaggio termico e desalinizzazione. Per accogliere questo componente critico, le torri esistenti presso la King Saud University sono state modificate, assicurando una corretta integrazione con l'architettura generale del sistema e consentendo un'efficienza di trasferimento del calore ottimale in tutto l'impianto. 

Prossimi arrivi 

La tempistica del progetto continua ad avanzare secondo i tempi previsti, con due componenti principali che dovrebbero arrivare nel dicembre 2025: 

  • Unità di desalinizzazione: Attualmente in fase di produzione finale in Germania, questo contenitore ha completato tutte le certificazioni necessarie ed è in attesa della certificazione finale da parte dell'Ambasciata dell'Arabia Saudita prima della spedizione. 
  • Condensatore ad aria: il raffreddatore a secco è stato progettato e prodotto, pronto per essere utilizzato per migliorare le capacità di gestione termica del sistema. 

    Integrazione completa del sistema 

    Al di là dei contenitori principali, sono stati compiuti progressi significativi in tutte le componenti del progetto: 

    • Il progetto del sistema di stoccaggio termico a sali fusi è stato completato e adattato per integrarsi il più possibile all'interno dei container; l'approvvigionamento è attualmente in corso. 
    • Il progetto del quadro elettrico è stato finalizzato, incorporando tutti i controlli e i sistemi di monitoraggio necessari. 
    • Le descrizioni funzionali per tutte le fasi del sistema sono state sviluppate e vengono continuamente perfezionate per allinearsi alle specifiche del progetto finale. 
    • La preparazione del sito continua, con la progettazione delle fondamenta in fase di sviluppo per ospitare sia il sistema di desalinizzazione che i componenti di fornitura del gas. 
            Guardare al futuro

            Con la fonte di energia elettrica approvata dalle autorità di KSU e le discussioni avviate con i principali fornitori di gas (CO₂ e N₂), il progetto sta avanzando verso la fase di messa in servizio. La messa in funzione dell'accoppiamento adattivo è prevista insieme al sistema di desalinizzazione, una volta che tutti i container saranno posizionati secondo il progetto di layout definitivo. 

            La dimostrazione DESOLINATION procede rapidamente verso la produzione combinata di energia solare a concentrazione e acqua desalinizzata e i partner attendono l'inaugurazione dell'impianto prevista per il primo trimestre del 2026 presso l'Università King Saud.  

            I partner del progetto DESOLINATION visitano l'impianto CSP durante il Solar & Storage Live KSA 2024

            I partner del progetto DESOLINATION visitano l'impianto CSP durante il Solar & Storage Live KSA 2024

            Nell'ambito delle attività di divulgazione, il progetto DESOLINATION ha avuto un ruolo di primo piano nel corso del Solare e accumulo Live KSA 2024 che si è tenuto a Riyadh, in Arabia Saudita. Il partner del progetto, Aalborg CSP (ACSP), ha partecipato all'evento con uno stand dedicato, incontrando un vasto pubblico locale che comprendeva installatori, utenti commerciali e industriali, proprietari di immobili e terreni e società di servizi.

            In concomitanza con questa partecipazione, i rappresentanti chiave dei partner del progetto DESOLINATION, Aalborg CSP, Hammam Soliman e Miguel Herrador Moreno, hanno visitato il sito dimostrativo di DESOLINATION situato presso la King Saud University (KSU) di Riyadh. La visita è stata ospitata dai nostri partner di progetto, il dottor Hany Al-Ansary e Zeyad Almutairi della KSU, e ha offerto l'opportunità di osservare da vicino le tecnologie innovative alla base del progetto.

            Il progetto DESOLINATION presenta soluzioni pionieristiche che uniscono l'energia solare a sistemi avanzati di desalinizzazione. Uno dei punti salienti della visita al sito è stato l'impianto a energia solare concentrata (CSP) da 200 kW dell'Università King Saud, che gestisce una torre di energia solare a ciclo Brayton ad aria. Questo impianto esemplifica la missione del progetto, sfruttando il calore solare che altrimenti andrebbe sprecato e utilizzandolo per alimentare tecnologie di desalinizzazione all'avanguardia. Questa integrazione offre un duplice vantaggio: la produzione di energia sostenibile e la generazione di acqua dolce, entrambe risorse essenziali per un futuro sostenibile.

            Il sito dimostrativo di DESOLINATION è destinato a un'ulteriore espansione nella sua seconda fase, che includerà l'installazione di un ciclo di energia da 2 MWe che utilizza miscele di CO₂. Simile al sistema a ciclo Brayton, questa nuova tecnologia si integrerà anche con il processo di desalinizzazione, mostrando la scalabilità e l'adattabilità delle soluzioni a energia solare per le esigenze energetiche e idriche.

            Grazie alla partecipazione al Solar & Storage Live KSA 2024, il progetto DESOLINATION ha raggiunto un vasto pubblico, condividendo la sua visione per rivoluzionare l'integrazione tra energia rinnovabile e desalinizzazione. L'evento ha sottolineato l'impegno dei partner del progetto nel promuovere l'innovazione e l'avanzamento delle tecnologie che affrontano le sfide globali dell'efficienza energetica e della sostenibilità idrica.

            Attraverso eventi come Solar & Storage Live KSA 2024, il progetto DESOLINATION sta amplificando il suo impatto, dimostrando come la tecnologia CSP possa affrontare le sfide energetiche e idriche a livello globale.

            Che cos'è un

            Impianto solare a concentrazione?

            A Impianto solare a concentrazione (CSP) è un tipo di impianto a energia rinnovabile che utilizza specchi o lenti per concentrare la luce solare su una piccola area, in genere un ricevitore, per generare elevate quantità di calore. Questa energia termica viene poi utilizzata per produrre elettricità, spesso alimentando una turbina a vapore o un motore termico. Gli impianti CSP si differenziano dagli impianti solari fotovoltaici (PV), che convertono direttamente la luce solare in elettricità.

            Componenti chiave di un impianto CSP:

            1. Concentratori: Specchi o lenti concentrano la luce solare su un ricevitore. Le diverse tecnologie CSP utilizzano diversi tipi di concentratori:

            2. Ricevitore: La luce solare concentrata riscalda un fluido, di solito olio, sale fuso o aria, che poi trasferisce il calore a un generatore di vapore.

            3. Ciclo di alimentazione: Il calore del ricevitore viene utilizzato per produrre vapore, che aziona una turbina collegata a un generatore, producendo elettricità. Gli impianti CSP utilizzano spesso i tradizionali cicli Rankine, mentre i sistemi avanzati possono utilizzare cicli di potenza Brayton o CO2.

            4. Accumulo termico: Uno dei principali vantaggi degli impianti CSP è la capacità di immagazzinare il calore in materiali come il sale fuso, consentendo loro di generare elettricità anche dopo il tramonto.

            Applicazioni

            Gli impianti CSP sono particolarmente adatti alle regioni con un elevato irraggiamento solare diretto, come i deserti o i climi soleggiati. Vengono sempre più spesso integrati con sistemi come desalinizzazione and accumulo termico, migliorando la loro efficienza ed estendendo il loro utilizzo oltre la produzione di energia elettrica.

            Scambiatori di calore stampati in 3D nel progetto DESOLINATION: Una pietra miliare dell'Università LUT

            Scambiatori di calore stampati in 3D nel progetto DESOLINATION: Una pietra miliare dell'Università LUT

            Nell'ambito della missione in corso del progetto DESOLINATION per la decarbonizzazione del processo di desalinizzazione, l'Università LUT ha raggiunto un importante traguardo: la realizzazione di un impianto di desalinizzazione. validazione sperimentale di una stampa 3D heat exchanger. Questa scoperta dimostra che produzione additiva (nota anche come stampa 3D) può migliorare in modo significativo le prestazioni degli scambiatori di calore utilizzati in cicli Brayton ad anidride carbonica supercritica (sCO2), aprendo la strada a sistemi energetici più efficienti.

            Recentemente, il team del progetto DESOLINATION ha raggiunto un'importante pietra miliare, convalidando con successo la propria configurazione sperimentale a Università LUT. Questo processo di validazione ha comportato diverse fasi chiave:

            1. Design: Il team ha sviluppato un progetto per lo scambiatore di calore stampato in 3D, concentrandosi sull'ottimizzazione della sua forma e funzione.
            2. Simulazione: Utilizzando strumenti come Fluidodinamica computazionale (CFD), Il team ha simulato le prestazioni dello scambiatore di calore in condizioni reali.
            3. Fabbricazione additiva: Lo scambiatore di calore è stato stampato con tecniche avanzate di stampa 3D, che hanno permesso di ottenere un design più intricato ed efficiente.
            4. Montaggio: Le parti stampate sono state poi assemblate in uno scambiatore di calore completamente funzionale.
            5. Test: Il passo finale è stato quello di testare lo scambiatore di calore per assicurarsi che fosse in grado di resistere alle pressioni e alle temperature previste nel ciclo Brayton a sCO2.

            Il completamento di queste fasi dimostra che gli scambiatori di calore stampati in 3D possono funzionare efficacemente in ambienti ad alta pressione e ad alta temperatura. Questa scoperta segna un passo importante verso l'integrazione di questi progetti avanzati in sistemi reali di energia solare a concentrazione (CSP).

            Cosa significa per il futuro dell'energia sostenibile

            La possibilità di utilizzare scambiatori di calore stampati in 3D nei cicli Brayton a sCO2 ha implicazioni di vasta portata per il progetto DESOLINATION e non solo. Migliorando l'efficienza della conversione energetica, queste innovazioni renderanno più facile la generazione di elettricità pulita da fonti rinnovabili come l'energia solare. Ciò è particolarmente importante per l'obiettivo del progetto di decarbonizzare la desalinizzazione, che richiede grandi quantità di energia per produrre acqua dolce nelle regioni aride.

            Il ruolo degli scambiatori di calore nella desalinizzazione e nella generazione di energia

            Gli scambiatori di calore sono fondamentali nei sistemi che convertono il calore in energia utilizzabile. Nel progetto DESOLINATION, essi sono componenti chiave del sistema di sCO2 Ciclo Brayton, un processo termodinamico che utilizza il calore per generare elettricità. Quando è combinato con energia solare a concentrazione (CSP)-Questi sistemi, che concentrano l'energia solare per produrre alti livelli di calore, offrono un modo più efficiente di produrre energia, riducendo al contempo le emissioni di carbonio.

            Tuttavia, la creazione di scambiatori di calore in grado di gestire le condizioni estreme richieste dai cicli Brayton di sCO2 (temperature fino a 600°C e pressioni intorno ai 250 bar) presenta sfide significative. È qui che produzione additiva arriva.

            Produzione additiva: Un cambiamento di gioco per la progettazione degli scambiatori di calore

            Le tecniche di produzione tradizionali spesso limitano la progettazione degli scambiatori di calore, rendendo difficile la loro ottimizzazione per ottenere la massima efficienza. La produzione additiva, o stampa 3D, risolve questo problema consentendo agli ingegneri di creare progetti più complessi che sarebbero impossibili con i metodi tradizionali.

            Nel progetto DESOLINATION, il team ha utilizzato la stampa 3D per creare scambiatori di calore altamente specializzati, più adatti alle condizioni di alta pressione e alta temperatura del ciclo Brayton della sCO2. Questi nuovi progetti dovrebbero migliorare l'efficienza complessiva del sistema, rendendolo più efficace nella conversione dell'energia solare in elettricità.

            Con l'avanzare di DESOLINATION, il continuo sviluppo e la sperimentazione di scambiatori di calore stampati in 3D svolgeranno un ruolo cruciale nella creazione di sistemi energetici più sostenibili ed efficienti. Con ogni pietra miliare, il progetto si avvicina alla sua visione di un mondo in cui la desalinizzazione è alimentata da energia pulita e rinnovabile. Combinando tecnologie all'avanguardia come la fabbricazione additiva e processi termodinamici avanzati, il progetto DESOLINATION sta aprendo la strada a un futuro più verde e sicuro per l'acqua.

            Spingersi oltre i limiti della progettazione di scambiatori di calore con la CFD nel progetto DESOLINATION

            Spingersi oltre i limiti della progettazione di scambiatori di calore con la CFD nel progetto DESOLINATION

            Il progetto DESOLINATION, finanziato dal programma Horizon 2020 dell'Unione Europea, sta facendo notevoli passi avanti nella sua missione di decarbonizzazione della desalinizzazione. Uno degli sviluppi più entusiasmanti deriva dal nostro lavoro sull'ottimizzazione della scambiatori di calore per l'utilizzo in cicli Brayton ad anidride carbonica supercritica (sCO2). Queste innovazioni potrebbero rivoluzionare il modo in cui generiamo energia da fonti rinnovabili come l'energia solare. Ecco un approfondimento su come Fluidodinamica computazionale (CFD) sta svolgendo un ruolo fondamentale in questo sforzo.
            Il ruolo della CFD: ottimizzare le prestazioni dello scambiatore di calore

            Progettare scambiatori di calore in grado di operare in queste condizioni estreme non è un'impresa da poco. Per assicurare la migliore progettazione possibile, DESOLINATION utilizza Fluidodinamica computazionale (CFD)-un potente strumento informatico che modella il flusso dei fluidi e il trasferimento del calore in sistemi complessi.

            La CFD consente al team di progetto (in particolare TEMISTh) per simulare le prestazioni dello scambiatore di calore in un ambiente virtuale. Questo include l'analisi di fattori chiave quali:

            • Efficienza termica: La capacità dello scambiatore di trasferire il calore da un fluido all'altro.
            • Caduta di pressione: La riduzione della pressione che si verifica quando il fluido scorre attraverso lo scambiatore di calore, che può influire sulle prestazioni complessive del sistema.
            • Vincoli termomeccanici: Le sollecitazioni strutturali che lo scambiatore deve sopportare ad alte temperature e pressioni.

            Utilizzando la CFD, il team è in grado di trovare l'equilibrio ottimale tra efficienza termica e perdita di carico, assicurando che lo scambiatore di calore funzioni bene e rimanga duraturo.

            Cosa sono gli scambiatori di calore e perché sono importanti?

            A heat exchanger è un dispositivo che trasferisce il calore da un fluido (liquido o gassoso) a un altro. Nei sistemi energetici, sono essenziali per convertire il calore in energia utilizzabile. Nel progetto DESOLINATION, l'obiettivo è creare scambiatori di calore altamente efficienti che possano operare in condizioni estreme, con temperature fino a 600°C e pressioni fino a 250 bar. Queste condizioni sono necessarie per un anidride carbonica supercritica (sCO2) Ciclo Brayton, un processo che utilizza il calore per generare elettricità in modo più efficiente rispetto ai tradizionali cicli a vapore.

            Test nel mondo reale all'Università King Saud

            Dopo aver messo a punto il progetto con la CFD, il passo successivo è la sperimentazione nel mondo reale. Il team ha in programma di far funzionare questi scambiatori di calore per 4.000 ore in un impianto pilota a King Saud University. Questi test avvicineranno il progetto a Livello di preparazione tecnologica (TRL) 7, Ciò significa che la tecnologia sarà pronta per l'impiego in sistemi reali.

            Il ruolo della CFD: ottimizzare le prestazioni dello scambiatore di calore

            I risultati preliminari di queste simulazioni sono promettenti. Il team ritiene che i loro progetti possano superare i limiti di ciò che è possibile fare per gli scambiatori di calore nei cicli Brayton a sCO2. In caso di successo, queste innovazioni apriranno la strada a una maggiore efficienza. energia solare a concentrazione (CSP) impianti, dove l'energia solare viene concentrata per generare alti livelli di calore, che possono poi essere utilizzati per produrre elettricità.

            CFD: più di un semplice strumento di ingegneria

            Oltre alle sue capacità tecniche, la CFD si è dimostrata anche un potente strumento di comunicazione. Le simulazioni create forniscono rappresentazioni visivamente accattivanti del modo in cui il calore e i fluidi si muovono all'interno del sistema, rendendo più facile spiegare la scienza alla base del progetto a un pubblico più ampio.

            Utilizzando la CFD per progettare e ottimizzare questi scambiatori di calore all'avanguardia, il progetto DESOLINATION sta facendo un enorme passo avanti verso sistemi energetici più sostenibili ed efficienti, avvicinandoci a un futuro in cui la desalinizzazione potrà essere alimentata da energia pulita e rinnovabile.

            Caratterizzazione preliminare dell'impianto dimostrativo del progetto di desolforazione: Progettazione e operatività fuori progetto

            Caratterizzazione preliminare dell'impianto dimostrativo del progetto di desolforazione: Progettazione e operatività fuori progetto

            Il progetto DESOLINATION, faro dell'innovazione nel campo delle energie rinnovabili, ha compiuto un importante passo avanti con l'analisi preliminare delle prestazioni del suo impianto dimostrativo.

            Recentemente è stato presentato al ASME Turbo Expo 2024, Questo lavoro riunisce le competenze di TEMISth, UNIBS (Università di Brescia), and Politecnico di Milano (POLIMI) per esplorare il potenziale di un nuovo ciclo energetico costruito per la sostenibilità e l'efficienza.

            Cosa rende unico questo impianto dimostrativo?

            Questo impianto dimostrativo gestisce un ciclo di potenza transcritico a recupero semplice, un sistema che stabilisce nuovi standard nella conversione dell'energia. Ecco cosa lo distingue:

            • Fluido di lavoro innovativo: Al posto dei fluidi convenzionali, l'impianto utilizza una miscela di CO₂ e SO₂, selezionato per le sue proprietà termodinamiche uniche.
            • Adattato a condizioni difficili: Progettato per prosperare in ambienti con elevata radiazione solare and temperature ambientali elevate, Questo sistema raffreddato ad aria rispecchia le sfide del mondo reale affrontate da Energia solare concentrata (CSP) piante.
            Caratteristiche principali del ciclo
            • Potente ma compatto: Il cuore del sistema è una turbina assiale che gestisce una portata di 0,2 m³/s, consentendo di ottenere una potenza di 1,8 MWel.
            • Scambiatori di calore di nuova generazione: Dotato di recuperatori e scambiatori di calore a struttura giroidale, Questi componenti massimizzano il trasferimento termico e riducono al minimo l'uso di materiali.
            • Precisione di modellazione: Le simulazioni avanzate in MATLAB, arricchite dai risultati della fluidodinamica computazionale (CFD), assicurano che il sistema sia ottimizzato per le condizioni di progetto e non.
            Quanto è efficiente?

            L'efficienza è fondamentale per i sistemi di energia rinnovabile e l'impianto dimostrativo DESOLINATION non delude. Operando in un ambiente modalità di pressione scorrevole, Il ciclo raggiunge efficienze impressionanti, superiori a 30%, anche a carico parziale.

            Adattarsi ai cambiamenti di temperatura

            Una delle caratteristiche principali di questo sistema è la capacità di gestire condizioni ambientali variabili:

            • A alte temperature ambientali (oltre i 30°C), il ciclo funziona senza problemi, grazie ai ventilatori del condensatore a velocità fissa.
            • A temperature più basse (circa 10°C), la velocità dell'aria può essere regolata per garantire un funzionamento ottimale.
            Gestione dell'inventario del sistema

            Lo studio approfondisce anche il sistema di tubazioni dell'impianto, rivelando che l'inventario totale dei fluidi è fortemente influenzato dal funzionamento del condensatore. Le regolazioni dello stoccaggio del fluido fino a 300 kg sono necessari per mantenere la stabilità quando si passa da una condizione di temperatura all'altra.

            Questa ricerca rappresenta una pietra miliare significativa nella missione del progetto DESOLINATION di sviluppare sistemi di energia rinnovabile non solo efficienti, ma anche adattabili a una varietà di condizioni reali. Colmando il divario tra progettazione innovativa e applicazione pratica, l'impianto dimostrativo rappresenta uno sguardo al futuro della generazione di energia pulita e sostenibile.
            Innovative Thermodynamic Solutions: effective and efficient coupling of CSP and desalination technologies

            Innovative Thermodynamic Solutions: effective and efficient coupling of CSP and desalination technologies

            Discover our groundbreaking work over the past year in advancing CO2 mixtures for thermodynamic cycles, pushing the boundaries of energy efficiency and sustainability.

            The research team from the Energy Department at Politecnico di Milano (POLIMI), DESOLINATION project coordinator, has successfully simulated large-scale Concentrated Solar Power (CSP) plants using innovative CO2 mixtures, enhancing their efficiency and performance. Additionally, they introduced the CO2+SiCl4 mixture in literature for trans-critical cycles, showcasing its potential in improving cycle efficiency.

            Our Journey in Thermodynamic Cycle Development

            Over the past year, POLIMI has made significant strides in the development and simulation of thermodynamic cycles using CO2 mixtures. Here are some of the key milestones and achievements.

            Introduction of CO2+SiCl4 Mixture Research

            Introducing the CO2+SiCl4 mixture into the literature for transcritical cycles

            With regard to the application of CO2 mixtures in thermodynamic cycles, the work was developed both on the simulation of the large-scale CSP plant with innovative CO2 mixtures, introducing the CO2+SiCl4 mixture into the literature for transcritical cycles, and adding details on the simulations and design of the DESOLINATION project’s demonstration plant, the 1.8 MWel cycle operating with the CO2+SO2 mixture.

            Experimental investigation of the CO2+SiCl4 mixture as innovative working fluid for power cycles: Bubble points and liquid density measurementsv- Energy Journal

            In this perspective, complete off-design simulations have been carried out, including the behavior of the real heat exchangers that will be installed and including the management of the inventory of the cycle in off-design.

            Learn more of the effect of supercritical CO2 Fluid Properties on Heat Exchanger Design…

            Effects of Supercritical CO2 Fluid Properties on Heat Exchanger Design

            Simulation of the large scale CSP plant with CO2+SiCl4 mixture

            POLIMI combined CSP with CO2-mixtures power cycles and forward osmosis desalination system, performing simulations in Dubai.

            Using these innovative technologies, our CSP plant showed high solar-to-electric efficiencies (around 19% on yearly basis) and very low freshwater specific thermal consumption (about 10 kWhth/m3) when the PABG2000 is used as draw agent.

            Characterization of the physical properties of the thermoresponsiveblock-copolymer PAGB2000 and numerical assessment of its potentialities in Forward Osmosis desalination

            Specifically, when comparing the CSP (concentrated solar power) +FO (forward osmosis) studied in DESOLINATION with the CSP+MED assuming the same solar plant and power cycles, the freshwater production is incremented by more than 50%.

            When the solution of DESOLINATION is compared with a PV+RO plant, a reduction of reflective area of 28% is foreseen, if both freshwater and electricity are produced with the PV+RO plant.

            Simulations of CSP combined with CO2 mixed power cycles and a forward osmosis desalination system in Dubai

            Finally, POLIMI also conducted an experimental campaign on the coalescer using a solution of water and PAGB2000, obtaining an expression of the separation efficiency, to be deployed in the simulations.

            The research team from the Energy Department at Politecnico di Milano will shortly be publishing an article on the results of its Experimental study on coalescer efficiency for liquid-liquid separation.

            Saty tuned!

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