I sistemi di accumulo termochimico (TCES) costituiscono un’alternativa promettente per lo sfruttamento dell’energia solare, permettendo di disaccoppiare la disponibilità energetica (estate) dalla sua domanda nell’ambito del riscaldamento domestico (inverno). Durante la stagione invernale, i picchi di domanda di calore costituiscono una perturbazione rilevante per il sistema elettrico, soprattutto nel momento in cui buona parte della richiesta termica sarà soddisfatta da sistemi ad alimentazione elettrica come le pompe di calore.

L’accumulo termico stagionale consentirebbe la loro più efficace gestione, apportando benefici in termini di ottimizzazione del parco di generazione, di riduzione delle fonti fossili e di minori criticità della rete elettrica. Lo stoccaggio energetico stagionale basato su TCM richiede però la gestione di volumi elevati di materiali, anche in applicazioni domestiche; una soluzione a questo problema è quella offerta dalla tecnologia a reattori separati, basata sulla separazione fisica del vessel di reazione dai serbatoi di stoccaggio a lungo termine.

Questa impostazione impiantistica, alternativa ai reattori a letto fisso, permetterebbe di 1) ridurre i costi di investimento, 2) rendere più compatto lo stoccaggio stagionale e 3) apportare maggiore flessibilità e scalabilità al sistema. Di contro, è richiesta l’installazione di un sistema di movimentazione dei pellets di materiale utilizzato per lo stoccaggio, la cui gestione può risultare critica durante l’operazione dell’impianto.

In questo contesto, nella facility di laboratorio di RSE è stato progettato e installato un sistema di movimentazione del materiale di accumulo termochimico in grado di operare in modalità totalmente automatica. L’obbiettivo è quello di dimostrarne l’efficacia attraverso prove di movimentazione, intervallate da fasi reattive di accumulo e rilascio del calore. Per valutare le prestazioni energetiche dell’impianto e del materiale è stata portata avanti una campagna sperimentale utilizzando Zeolite 13X in test di cattura del vapore/rilascio di calore in diverse condizioni operative; dopo ciascun test di accumulo o rigenerazione è stata effettuata la procedura di movimentazione per il ricambio di materiale.

Mentre il materiale ha mostrato buone prestazioni nelle fasi di assorbimento del vapore/rilascio di calore, dall’altra parte le zeoliti presentano una tendenza a frantumarsi e polverizzarsi in seguito a diversi cicli di movimentazione, portando a problemi impiantistici causati dalla sedimentazione e cementificazione di sorbente frantumato.

Per approfondire l’analisi dell’operazione del reattore durante le prove, è stata portata avanti l’attività di modellazione matematica; il modello così ottenuto si basa sulla risoluzione 1-D dei bilanci di energia e materia per ogni volume elementare in cui è discretizzato il reattore e i pellet di sorbente. Il modello tiene conto della capacità termica delle pareti metalliche del reattore e delle dispersioni termiche verso l’ambiente attraverso la coibentazione. Inoltre, il modello è stato integrato con una interfaccia grafica utente (GUI) dalla quale è possibile avviare e monitorare le simulazioni.

La validazione del modello, eseguita attraverso diversi cicli di prove con due tipologie di reattore, ha riportato un errore quadratico medio percentuale inferiore al 10% per tutti i casi analizzati.