Analisi tecnico-economica di layout innovativi di sCO2 Pumped Thermal Energy Storage accoppiati ad impianti a concentrazione solare.

Abstract

Nel seguente progetto di tesi si vogliono studiare, attraverso il software EBSILON Professional, le performance e i parametri operativi termodinamici di un sistema di accumulo di lunga durata di tipo TI-PTES (Thermally Intergrated Pumped Energy Storage) che utilizza CO2 come fluido di lavoro nei suoi cicli di carica e di scarica, al variare di determinati parametri che costituiscono le condizioni al contorno del nostro caso di studio. Negli ultimi decenni, risulta sempre più preponderante l’impiego di energie rinnovabili come fonti primarie per la generazione di Energia. Data la natura non prevedibile di quest’utlime, , risulta di particolare interesse studiare soluzioni di accumulo di lunga durata e di grande capacità come le batterie di Carnot. In questo lavoro di tesi, partendo dal concept di impianto sviluppato nell’ambito del progetto HORIZON EUROPE SCO2OP-TES, si vogliono studiare le performance operative di un sistema a Batteria di Carnot avente come fonte di calore primaria il calore immagazzinato nello stoccaggio di un impianto solare CSP, per poter produrre energia elettrica nei momenti in cui il sistema solare non può intervenire direttamente sul mercato(ambiente,notte/giorno, ecc). Partendo da un impianto CSP a vapore esistente (Andasol) si presenta dunque lo studio di un layout di un sistema costituito da un ciclo di carica composto da un ciclo frigo a CO2 che alimenta un serbatoio freddo a 0°C (ghiaccio), , a sua volta integrato in un ciclo di scarica a vapore già esistente. In particolare verrà analizzato il comportamento del sistema al variare della temperatura di tale fonte di calore, mantenendo costante il calore scambiato nello scambiatore di calore (generatore di vapore) del ciclo di scarica, cosi da studiarne i parametri prestazionali. Verranno evidenziati valori interessanti in termini di COP (e quindi di Round Trip Efficiency – RTE), grazie ai quali tale sistema innovativo può essere considerato competitivo sul mercato.

In the following thesis project, the performance and thermodynamic operating parameters of a TI-PTES (Thermally Intergrated Pumped Energy Storage) type long-term storage system using CO2 as the working fluid in its charge and discharge cycles are to be studied using the EBSILON Professional software, as the boundary conditions of our case study vary. In recent decades, the use of renewable energies as primary sources for energy generation has become increasingly prevalent. Given the unpredictable nature of the latter, it is of particular interest to study long-term, high-capacity storage solutions such as Carnot batteries. In this thesis work, starting from the plant concept developed as part of the HORIZON EUROPE SCO2OP-TES project, we want to study the operational performance of a Carnot battery system with the heat stored in the storage of a solar CSP plant as its primary heat source, in order to produce electricity at times when the solar system cannot intervene directly in the market (ambient, night/day, etc.). Starting from an existing steam CSP plant (Andasol), we will therefore present the study of a layout of a system consisting of a charging cycle composed of a CO2 refrigeration cycle feeding a cold tank at 0°C (ice), which in turn is integrated into an existing steam discharge cycle. In particular, the behaviour of the system will be analysed as the temperature of this heat source varies, keeping the heat exchanged in the heat exchanger (steam generator) of the discharge cycle constant, so as to study its performance parameters. Interesting values will be highlighted in terms of COP (and therefore Round Trip Efficiency - RTE), thanks to which this innovative system can be considered competitive on the market.