Modellazione dinamica di un impianto sperimentale di accumulo di energia termica a sali fusi

Abstract

I sistemi di accumulo di energia termica (TES) sono riconosciuti come una tecnologia chiave per il futuro, in grado di aumentare in modo significativo la flessibilità delle fonti di energia rinnovabile e di contribuire alla decarbonizzazione del calore di processo industriale, soprattutto nei settori hard-to-abate. La decarbonizzazione può essere favorita attraverso l’elettrificazione, ad esempio mediante pompe di calore ad alta temperatura e sistemi innovativi di riscaldamento elettrico, come induzione e microonde, integrati con soluzioni TES ad alta temperatura. In questo contesto, l’esperienza maturata nel settore della produzione di energia, e in particolare nel Concentrating Solar Power, può essere valorizzata per favorire un trasferimento tecnologico innovativo verso il calore di processo industriale. Il lavoro di tesi e il tirocinio sono stati svolti presso il KTH Royal Institute of Technology di Stoccolma, nella Division of Heat and Power Technology del Department of Energy, dove è attualmente in fase di costruzione un sistema TES a calore sensibile a due serbatoi, che utilizza sali fusi sia come mezzo di accumulo sia come fluido termovettore. L’obiettivo dello studio è sviluppare un modello dinamico migliorato dell’impianto TES in MATLAB/Simulink, con particolare attenzione alla modellazione dei fenomeni fisici legati alla stratificazione termica del fluido all’interno del serbatoio di accumulo e al confronto dei risultati con dati sperimentali già disponibili nella letteratura scientifica. Questo lavoro si inserisce nel progetto Horizon Europe SCO2OP-TES, nell’ambito del quale UniGe e KTH collaborano allo sviluppo di sistemi innovativi per la decarbonizzazione del calore di processo industriale.

Thermal Energy Storage (TES) systems are well known as a key future technology useful to significantly increase renewable energy sources flexibility as well as for the decarbonization of industrial process heating, especially in the hard-to-abate industrial sectors. Decarbonization can be promoted through electrifications, including high temperature heat pumps and innovative electric heating systems such as induction and microwave, integrated with high temperature TES solutions. In this context, experience gained in the power sector, and specifically in the Concentrating Solar Power one, can be leveraged to promote innovative technology transfer from power sector to industrial process heating. Both the thesis work and the internship were carried out at the KTH Royal Institute of Technology in Stockholm, in the Division of Heat and Power Technology of the Energy Department, where a two-tank sensible heat TES system employing molten salts as both storage and heat-transfer medium is under construction. The goal of this study is to develop an improved dynamic model of the TES facility using MATLAB/Simulink, with particular focus on modelling the physical phenomena of thermal fluid stratification within the storage tank and comparing the results with already existent experimental results available in scientific literature. This work supports the Horizon Europe project SCO2OP-TES, on which UniGe and KTH are collaborating on innovative systems for industrial process heat decarbonization