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rapporti - Deliverable

Indagine su tecnologie e materiali per accumulo termico in impianti CAES

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Indagine su tecnologie e materiali per accumulo termico in impianti CAES

Gli impianti CAES (Compressed Air Energy Storage) consentono di immagazzinare sottoforma di aria compressa l’energia elettrica prodotta in eccesso, ad esempio da fonti rinnovabili non programmabili. L’aria è utilizzata nell’impianto, in periodi successivi o quando necessario, per generare nuovamente energia elettrica. L’efficienza globale del processo ciclico può essere incrementata associando allo stoccaggio dell’aria anche uno stoccaggio di energia termica ad alta temperatura (TES) recuperata dalla compressione.

L’introduzione del recupero del calore di compressione nell’ambito di un sistema CAES (CompressedAir Energy Storage) di stoccaggio di energia elettrica sotto forma di aria compressa, che porta a quelli che in letteratura sono noti come CAES adiabatici o Advanced CAES, consente di migliorare sensibilmente l’efficienza energetica complessiva dello stoccaggio stesso ed in particolare di quella notacome “round-trip efficiency” (ovvero da energia elettrica ad energia elettrica). In quest’ottica, sulla base di una indagine prevalentemente bibliografica, sono state analizzate dai punti di vista energetico, tecnologico e di processo alcune tra le possibili soluzioni di accumulo termico già proposte o implementate sperimentalmente. L’obiettivo è stato l’identificazione delle tecnologie e dei materiali di stoccaggio termico potenzialmente idonei per l’ottenimento di efficienze globali di round trippari o superiori al 70 %, rispetto al 50 % tipicamente ottenibile con un CAES convenzionale. Il primo parametro che ha portato a identificare i materiali di stoccaggio e la configurazione impiantistica più promettente è la massima temperatura raggiungibile in un treno di compressione adiabatica dell’aria. Questa è di fatto limitata dai materiali utilizzabili per la realizzazione degli stadi apiù alta pressione. Risulta che la massima temperatura d’esercizio può essere prossima a 600°C. Fissato tale valore massimo di temperatura dell’aria da refrigerare, corrispondente ad un rapporto dicompressione adiabatica di poco superiore a 30, sono stati individuati i materiali potenzialmente idonei per la realizzazione dell’accumulo termico (TES) operante tra la temperatura ambiente e tale valore. Va però considerato che affinché il CAES possa essere energeticamente promettente ed economicamente sostenibile è necessario elevare ulteriormente la pressione, introducendo un ulteriore stadio dicompressione fino a circa 70÷100 bar. Questo stadio potrebbe essere a sua volta adiabatico, permettendo così un ulteriore recupero termico, ma dalla letteratura e da calcoli effettuati sembra più conveniente realizzarlo con una convenzionale compressione inter-refrigerata. In merito ai materiali di stoccaggio termico, scartati i sali fusi e quelli in cambiamento di fase (PCM), la scelta ricade sui materiali solidi adatti allo scambio termico diretto con l’aria. Considerazioni prettamente energetiche orienterebbero la scelta verso rocce come la steatite o il granito che sono in grado di garantire prestazioni elevate in virtù della loro elevata capacità termica e conducibilità termica, ma mettendo in conto anche l’aspetto economico, la scelta tende a cadere su materiali convenzionali quali la ghiaia fluviale, che risulta comunque adeguata allo scopo, ma facilmente reperibile ovunque a costi contenuti. Nel documento viene presentata e descritta la configurazione di un impianto dimostrativo di CAES adiabatico che implementa quanto sopra esposto, che la società svizzera Airlight Energy, in collaborazione con Alstom Power, realizzerà nei prossimi anni a Pollegio (Svizzera) sfruttando per gli stoccaggi di aria compressa e termico una galleria artificiale già esistente in loco.

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