Accumulo Termico a Sabbia: Funzionamento, Limiti e Vantaggi

L'accumulo termico a sabbia è una tecnologia che sta guadagnando attenzione nel settore dell'energia termica, in particolare negli impianti di teleriscaldamento. Questo sistema permette di stoccare energia termica a temperature elevate e rilasciarla gradualmente per applicazioni industriali e civili.

Tuttavia, nonostante i suoi vantaggi, l'accumulo a sabbia presenta alcuni limiti che lo rendono meno versatile rispetto ad altre soluzioni di stoccaggio dell'energia termica. In particolare, l'utilizzo di grandi impianti centralizzati può risultare meno efficiente rispetto a soluzioni modulari e distribuite, come le batterie termiche a PCM.

In questo articolo analizzeremo il funzionamento dell'accumulo termico a sabbia, i suoi punti di forza e le criticità, spiegando perché una configurazione con più accumulatori piccoli possa rappresentare una scelta progettuale più efficace di un unico grande sistema come questo, nel rispondere alla richiesta dell'utenza.

Come Funziona l'Accumulo Termico a Sabbia?

L'accumulo termico a sabbia sfrutta la capacità termica della sabbia per immagazzinare e rilasciare calore. Questo processo avviene in tre fasi principali:

1. Caricamento del calore
   • L'energia termica viene trasferita alla sabbia attraverso resistenze elettriche o scambiatori di calore. I sistemi attualmente installati vedono il riscaldamento di quantità di sabbia che vanno dalle 100 tonnellate alle 2000 tonnellate.
   • La sabbia viene riscaldata fino a 600-1000°C
2. Stoccaggiodell'energia
   • Il materiale mantiene il calore per un periodo di massimo due settimane con dispersioni relativamente contenute. Gli impianti di dimensioni maggiori possono stoccarne anche per 3-4 mesi.
   • La durata dello stoccaggio di energia termica dipende dall'isolamento del sistema.
3. Rilascio del calore
   • Il calore accumulato viene recuperato e utilizzato per alimentare impianti di teleriscaldamento o altre tipologie di impianti ad elevata potenza
   • Il trasferimento avviene tramite scambiatori di calore che forniscono l'energia termica a fluidi che lo trasportano dove può essere utilizzato, come vapore o acqua pressurizzata.

Applicazioni più comuni

• Integrazione con impianti solari termici (CSP - Concentrated Solar Power)
• Accumulo di energia da fonti rinnovabili intermittenti
• Recupero di calore da processi industriali
• Teleriscaldamento
• Applicazioni di cogenerazione

I Limiti dell'Accumulo Termico a Sabbia

Nonostante i vantaggi, l'accumulo termico a sabbia presenta alcune criticità che lo rendono meno adatto a certe applicazioni rispetto ad altre soluzioni di accumulatori di energia termica.

2.1 Elevata Inerzia Termica
Il rilascio del calore non è immediato, rendendo difficile un utilizzo flessibile dell'energia. Di conseguenza non è adatto ad applicazioni che richiedono forniture termiche rapide e dinamiche.

2.2 Ingombro e Complessità Infrastrutturale

• Gli impianti di accumulo termico a sabbia necessitano di grandi volumi di stoccaggio, rendendoli difficili da implementare in ambienti con spazio limitato.
• L'integrazione con impianti esistenti può richiedere modifiche significative.

Perché È Meglio Avere Più Accumulatori Piccoli che Uno Grande?

Una delle principali alternative all'accumulo a sabbia è l'uso di sistemi di accumulo termico modulari e distribuiti presso le utenze, che consentono di stoccare il calore in più unità più piccole invece di concentrarlo in un unico impianto.
I vantaggi di una configurazione modulare includono:

1. Maggiore flessibilità
   • Ogni unità può operare indipendentemente, ottimizzando l'erogazione del calore.
2. Scalabilità epersonalizzazione
   • Le aziende possono incrementare gradualmente la capacità di accumulo senza dover costruire un'infrastruttura di grandi dimensioni sin dall'inizio.
   • Ideale per impianti in crescita o per realtà che vogliono ottimizzare i costi gradualmente.

Le Batterie Termiche I-TES

Le batterie termiche di I-TES sono accumuli termici che raggiungono elevate potenze di scarica, a differenza di quelli inerziali, permettendo di rispondere più rapidamente alle variazioni della domanda energetica.
Le batterie termiche di I-TES possono rappresentare, in certe tipologie di impianti, un'alternativa più versatile e performante rispetto all'accumulo termico a sabbia.

• Gestione agevole: permettono di accumulare e rilasciare calore in modo più controllato.
• Facile integrazione: a seconda della taglia, possono essere installate in impianti industriali, teleriscaldamento e sistemi residenziali.
•  Soluzione scalabile: invece di un unico grande sistema, è possibile distribuire il calore in più unità modulari.
• Recupero del calore disperso: migliorano il rendimento di processi industriali, riducendo lo spreco energetico.

L'accumulo termico a sabbia è una tecnologia interessante per il teleriscaldamento e l'industria, ma presenta limiti in termini di flessibilità e scalabilità.
Le batterie termiche I-TES possono rappresentare, in certi casi, una scelta più efficace, grazie alla loro modularità e alla capacità di gestire meglio il calore. Per molte realtà, un sistema distribuito è più vantaggioso di un grande accumulatore centralizzato.
La flessibilità è essenziale anche in impianti con fotovoltaico, dove un accumulo efficiente permette di sfruttare l'energia anche senza sole. Per saperne di più, leggi: I pannelli fotovoltaici funzionano anche senza sole? Con la batteria termica sì!