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Micro grid e smart grid: una panoramica tecnologica e di mercato - Cagliari, 7 novembre 2014

STATO DELL'ARTE, POTENZIALITÀ E PROSPETTIVE

DELLE TECNOLOGIE PER L'ACCUMULO DELL'ENERGIA.

RECENTI SVILUPPI SULL’ACCUMULO DELL'ENERGIA

TERMICA E DELL'IDROGENO

Giorgio Cau

Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Chimica e dei Materiali

Università di Cagliari

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PERCHÉ È UTILE O NECESSARIO L'ACCUMULO DELL'ENERGIA?

Con riferimento alle fonti di energia primaria a carattere defluente

Le problematiche inerenti alla bassa densità di gran parte delle energie rinnovabili e, soprattutto, alla

permanenza e all’intensità nel tempo, sanciscono l’utilità, o perfino la necessità, dell’accumulo

L'accumulo delle forme di energia primaria non permanenti e a intensità variabile nel tempo

costituisce infatti una importante opzione per incrementarne la qualità e, quindi, il valore

L’accumulo le rende infatti disponibili con continuità, in modo programmabile e a livelli di potenza

diversi dall'intensità originale, in genere previa trasformazione in altre forme di energia

Ad eccezione dell’energia idrica, infatti, qualunque altra forma di energia primaria per poter essere

immagazzinata deve essere trasformata in varie forme di energia secondaria, quali ad esempio:

- Energia Meccanica

- “ Elettrica

- “ Termica

- “ Chimica

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PERCHÉ È UTILE O NECESSARIO L'ACCUMULO DELL'ENERGIA?

Limitatamente agli usi finali elettrici e termici

In breve: per rendere indipendenti le fasi di produzione e utilizzo dell'energia, ovvero per adeguare

l'offerta alla domanda indipendentemente dai vincoli che agiscono sulla produzione

In altre parole: per rendere possibile l'utilizzo dell'energia in un periodo diverso rispetto a quello in cui

essa è disponibile alla produzione.

Ne conseguono almeno tre corollari:

1. L’accumulo rende possibile l'utilizzo differito dell'energia prodotta in assenza o in carenza di una

contestuale e conforme domanda

2. L’accumulo consente di rendere disponibile l'energia all'utenza ad un livello di potenza diverso

rispetto a quello a cui essa è disponibile in fase di produzione

3. Il sistema di accumulo deve essere reversibile (non in senso termodinamico) cioè deve consentire

la restituzione differita dell'energia accumulata

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CARATTERISTICHE PECULIARI DEI SISTEMI DI ACCUMULO DELL’ENERGIA

- La durata delle fasi di accumulo e di rilascio (carica/scarica) dell’energia

- Il rendimento

- Il comportamento dinamico, in relazione ai tempi e alle modalità di risposta durante le fasi di

carica/scarica

I tempi di costituzione dell'accumulo e di restituzione dell'energia accumulata sono in genere dello

stesso ordine di grandezza

Un sistema di immagazzinamento dell’energia può essere comunque caratterizzato da durata delle

fasi di accumulo e di rilascio molto differenti che dipendono dalla forma dell'energia, dai limiti

tecnologici del sistema di accumulo, dalle esigenze dell'utenza, ecc.

Si possono avere in tal senso sistemi di accumulo caratterizzati da durata delle fasi di carica/scarica di

pochi secondi (o frazioni di secondo), minuti e ore, con estensioni giornaliere e perfino stagionali

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SISTEMI E TECNOLOGIE DI ACCUMULO DELL'ENERGIA MECCANICA

L’energia meccanica si manifesta essenzialmente nelle due forme potenziale e cinetica e in tali

forme può essere reciprocamente trasformata e accumulata

Con riferimento all’energia potenziale si ha l’ulteriore distinzione tra:

- Energia potenziale gravitazionale

•

- Energia potenziale elastica

•

Con riferimento all’energia cinetica si può ulteriormente distinguere tra:

- Energia cinetica traslazionale

•

- Energia cinetica rotazionale

•

𝐸𝑃𝐺 = 𝑚𝑔∆𝑧

𝐸𝑃𝐸 =1

2𝑘∆𝑥2

𝐸𝐶𝑇 =1

2𝑚𝑣2

𝐸𝐶𝑅 =1

2𝐼𝜔2

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SISTEMI E TECNOLOGIE DI ACCUMULO DELL'ENERGIA MECCANICA

Energia potenziale gravitazionale

- Applicazioni su grande scala in impianti di generazione elettrica di media e grande potenza

- Idrico convenzionale, basato su serbatoi (o bacini, a seconda dell’autonomia) artificiali alimentati

da corsi d’acqua fluente naturali

- Idrico pompato, basato sulla alternanza del riempimento e dello svuotamento di due bacini situati a

quote diverse operato artificialmente dallo stesso macchinario (turbina/pompa-alternatore/motore)

- Maree, basato sulla possibilità di intercettare e fruttare idraulicamente la variazione del livello del

mare causata dall’attrazione gravitazionale della luna e del sole

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SISTEMI E TECNOLOGIE DI ACCUMULO DELL'ENERGIA MECCANICA

Energia potenziale elastica

- Applicazioni sia su grande scala in impianti di generazione elettrica di media e grande potenza, sia

su piccola scala in applicazioni diverse dalla generazione elettrica

- Aria compressa e immagazzinata ad alta pressione in serbatoi di grandi dimensioni, generalmente

naturali, per la generazione elettrica (impianti CAES diabatici, adiabatici e isotermi)

- Aria e altri gas compressi e immagazzinati ad altissima pressione per la propulsione (motori ad

aria compressa)

- Deformazione di elementi metallici elastici (molle, barre, altri elementi metallici)

- Molle a nano tubi di carbonio (CNT), basate sulle notevoli caratteristiche di elasticità, rigidezza e

resistenza dei CNT che possono consentire densità di accumulo energetico di diversi ordini di

grandezza maggiori rispetto agli acciai al carbonio, con processi di carica/scarica praticamente

reversibili e pressoché immuni dalla fatica

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SISTEMI E TECNOLOGIE DI ACCUMULO DELL'ENERGIA MECCANICA

Energia cinetica

- L’accumulo di energia cinetica interessa applicazioni su potenze medio-piccole e di particolare

interesse per brevi ma intense variazioni di potenza con tempi di risposta molto piccoli. L’accumulo

cinetico viene realizzato mediante gli accumulatori a volano; si distingue tra:

• Accumulatori a volano ad alta velocità (104-105 rpm). Sono basati su tecnologie innovative e

interessano in particolare i settori dei trasporti e dell’industria aerospaziale

• Accumulatori a volano a bassa velocità (<104 rpm). Sono basati su tecnologie convenzionali

e interessano in particolare il settore della generazione elettrica. Possono operare a potenze

molto maggiori (anche di due ordini di grandezza) rispetto ai volani ad alta velocità in virtù della

grande inerzia che li caratterizza

- La tecnologia dei volani, specie di quelli ad alta velocità, ha avuto in tempi recenti un rinnovato

interesse principalmente in ragione di tre fattori:

• Sviluppo di cuscinetti a levitazione magnetica

• Sviluppo di materiali composti ad alta resistenza

• Sviluppo dell’elettronica di potenza

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SISTEMI E TECNOLOGIE DI ACCUMULO DELL'ENERGIA ELETTRICA

Per quanto non ancora diffuse su larga scala in applicazioni di grande potenza, le tecnologie di

accumulo dell'energia elettrica ed elettromagnetica sono numerose; tra esse in particolare:

- Accumulatori di energia elettrostatica

• Supercondensatori

- Accumulatori di energia elettromagnetica

• Sistemi magnetici superconduttori (SMES)

- Accumulatori elettrochimici

• Batterie primarie

• Batterie secondarie (accumulatori di carica elettrica) per applicazioni ordinarie

• Batterie secondarie per applicazioni speciali

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SISTEMI E TECNOLOGIE DI ACCUMULO DELL'ENERGIA ELETTRICA

Batterie primarie

Si tratta delle classiche batterie per uso domestico a funzionamento irreversibile e quindi una volta

esaurite non sono più utilizzabili. Tra esse si citano in particolare:

- batterie alcaline

- batterie al litio

- batterie al mercurio (non più in produzione)

- batterie zinco-carbone (pila a secco Leclanché)

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SISTEMI E TECNOLOGIE DI ACCUMULO DELL'ENERGIA ELETTRICA

Batterie secondarie (accumulatori di carica elettrica) per applicazioni ordinarie

Si tratta di batterie a funzionamento reversibile e quindi una volta esaurite possono essere ricaricate e

riutilizzate più volte. Tra esse si citano in particolare:

- batterie agli ioni di litio (Li-ion).

- batterie agli ioni di litio-polimero

- batterie al nickel-cadmio (Ni-Cd) (di prevalente utilizzo in applicazioni domestiche sono state

praticamente rimpiazzate dalle batterie Ni-MH e Li-ion)

- batterie al nichel-cadmio idruro (Ni-MH)

- batterie piombo-acido (Pb), con principale utilizzo in campo automobilistico.

- batterie piombo-gel

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SISTEMI E TECNOLOGIE DI ACCUMULO DELL'ENERGIA ELETTRICA

Batterie secondarie per applicazioni speciali

Si tratta per lo più di batterie basate su tecnologie sperimentali per applicazioni orientate

prevalentemente allo stoccaggio stazionario e all'autotrazione. Si distingue tra:

- Batterie a stato solido

• batterie Sodio-Zolfo

• batterie ZEBRA

- Batterie a flusso

• batterie Vanadio Redox.

• batterie Zinco-Bromo (Zn-Br)

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SISTEMI E TECNOLOGIE DI ACCUMULO DELL'ENERGIA ELETTRICA

Batterie Sodio-Zolfo (Na-S)

- Sodio e zolfo, allo stato liquido (fuso) fungono rispettivamente da elettrodi negativo e positivo,

separati da un elettrolita solido di materiale ceramico (beta-alumina solid electrolyte, BASE) che ha

la caratteristica di essere un veloce conduttore di ioni

- Sono denominate “a stato solido” per la presenza dell’elettrolita solido BASE

- Sono classificate anche come batterie a sali fusi per la presenza di sodio e zolfo fusi

- Operano a temperature dell'ordine di 300 °C

- Interessano entrambi i settori dello stoccaggio e dell'autotrazione

- Questa tecnologia è stata dimostrata in oltre 190 siti in Giappone per una potenza complessiva di

270 MW erogabile in un periodo di 6 ore

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SISTEMI E TECNOLOGIE DI ACCUMULO DELL'ENERGIA ELETTRICA

Batterie ZEBRA (Zero Emission Battery Research Activity)

- Sono batterie al Nichel-Cloruro di sodio (precedentemente note con la denominazione tecnica Ni-

NaCl o Na-NiCl2, di recente ridenominate SoNick, Sodio-Nichel

- Alla temperatura operativa, di circa 245 °C, l’elettrodo negativo (sodio) e l’elettrolita (sodio

alluminoclodridrico, NaAlCl4) sono allo stato liquido e per tenerli separati si utilizza anche in questo

caso l’elettrolita solido BASE.

- Sono di interesse specifico per il settore dell’autotrazione e per il livellamento dei picchi di

domanda in sistemi stazionari.

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SISTEMI E TECNOLOGIE DI ACCUMULO DELL'ENERGIA ELETTRICA

Batterie Vanadio Redox (VRB)

- Sono batterie che realizzano in pratica il concetto di "Redox Flow Battery" (RFB) che rappresenta

una categoria di accumulatori elettrochimici in cui l'elettrolita liquido fluisce continuamente durante

le fasi di carica e scarica

- Le batterie RFB consentono una totale separazione della potenza e dell'energia e possono essere

dimensionate per l’immagazzinamento di energia su larga scala con potenze da qualche decina di

kW fino a qualche decina di MW ed energia da circa 500 kWh fino a qualche centinaio di MWh

- Le batterie VRB, in particolare, si prestano efficacemente per coprire il campo di potenze tra 100

kW e 10 MW con durate di 2-8 ore.

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SISTEMI E TECNOLOGIE DI ACCUMULO DELL'ENERGIA ELETTRICA

Batterie Zinco-Bromo

- Le batterie Zinco-Bromo sono essenzialmente costituite da due semi-celle in cui sono alloggiati gli

elettrodi negativo, di zinco, e positivo, di bromuro di zinco, separati da un setto microporoso

- L’elettrolita, una soluzione acquosa di zinco e bromuro di zinco, è contenuto in due serbatoi di

stoccaggio esterni e viene fatto circolare nelle celle di reazione con un sistema di pompe e valvole

- Si tratta di batterie a flusso molto promettenti essendo caratterizzate da un elevato potenziale

redox, da una elevata densità energetica e da un basso costo dei materiali elettrodici e reagenti

- Sono facilmente scalabili, semplicemente agendo sulla quantità di celle interconnesse, da potenze

di qualche kW fino a diverse decine di MW, con capacita operativa fino a 10 ore

- La quantità di energia accumulata aumenta semplicemente aumentando la quantità di elettrolita

contenuto nella cella

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Caratteristica energia-potenza di diverse tecnologie di

accumulo meccanico ed elettrico

Immagine

non

disponibile

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SISTEMI E TECNOLOGIE DI ACCUMULO DELL'ENERGIA TERMICA

I sistemi di accumulo termico coprono un’ampia gamma di temperature ed applicazioni, con

interessanti prospettive di sviluppo tecnologico e di mercato.

Si basano sul processi di variazione dell'energia interna del materiale in forma di:

- Calore sensibile

•

- Calore latente di transizione di fase

•

- Energia termochimica (rottura e ricomposizione di legami chimici)

•

- Processi combinati

𝐸𝑇𝐿 = 𝑚∆ℎ𝑡𝑓

𝐸𝑇𝐶 = 𝑚∆ℎ𝑟

𝐸𝑇𝑆 = 𝑚𝑐∆𝑇 = 𝑉𝜌𝑐∆𝑇

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CALORE SENSIBILE

L'accumulo dell'energia termica a calore sensibile può essere realizzato mediante:

- Mezzi liquidi (il riscaldamento dell'acqua contenuta in un serbatoio è il classico esempio di

accumulo termico a calore sensibile in fase liquida)

- Mezzi solidi con fluido termovettore liquido o gassoso

- Mezzi misti solido-liquidi

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CALORE SENSIBILE

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Impianto Andasol 1 (50 MW) in Andalucía, Spagna (2008)

Superficie del campo solare: 510.000 m2

Tipo di accumulo: diretto

Sistema di accumulo: doppio serbatoio

Mezzo di accumulo termico: sali fusi

Massa di sali fusi: 28.500 t

Temperatura minima: 260 °C

Temperatura massima: 400 °C

Autonomia a piena potenza: 7,5 ore

Immagine

non

disponibile

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Prototipo di TES a mezzo solido (cemento) e fluido termovettore liquido (olio diatermico)

Temperatura massima: 325 °CImmagine

non

disponibile

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Prototipo di TES a termoclino a mezzo solido, fluido

termovettore aria, per impianto CSP a torre da 80 MW

Volume del materiale di accumulo del prototipo: 25 m3

Altezza del prototipo: 4 m

Diametro massimo del prototipo: 4 m

Volume dell’accumulo del sistema in piena scala: 30.000 m3

N. accumulatori: 7

Altezza degli accumulatori in piena scala: 9,5 m

Diametro massimo degli accumulatori in piena scala: 27,7 m

Autonomia a piena potenza: 12 ore

Temperatura massima: 650 °C

Temperatura minima: 270 °C

Natura del materiale di accumulo: quarzite, calcare, sassi di fiume

Diametro medio del materiale solido: 3-4 cm

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CALORE LATENTE (di transizione di fase)

L'accumulo dell'energia termica a calore latente può essere realizzato con riferimento ai seguenti

processi di transizione:

- Solido-Liquido (fusione)

- Liquido-vapore (vaporizzazione)

- Solido-Solido (transizione tra due diverse fasi solide a diversa struttura cristallina)

I passaggi di stato di gran lunga più utilizzati sono quelli solido-liquido e solido-solido perché

durante la transizione di fase si hanno moderate variazioni di volume

Il passaggio di stato liquido-vapore è invece di rara applicazione per via delle rilevanti variazioni di

volume del mezzo di accumulo durante la transizione

I materiali utilizzati sono brevemente indicati con l’acronimo PCM (Phase Change Materials)

Possono coprire un vastissimo campo di temperature

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CALORE LATENTE

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ENERGIA TERMOCHIMICA (rottura e ricomposizione di legami chimici)

L'energia termica viene trasformata in energia potenziale chimica mediante reazioni endotermiche

reversibili. Tra le reazioni più studiate ai fini dello stoccaggio termochimico si hanno:

- Reazioni di idratazione

• CaO(s) + H2O(g) ↔ Ca(OH)2(s) + ∆h

• Mg(SO)4(s) + 7∙H2O(g) ↔ Mg(SO)4∙7H2O(s) + ∆h

- Reazioni di carbonatazione

• CaO(s) + (CO)2(g) ↔ Ca(CO)3(s) + ∆h

- Decomposizione dell’ammoniaca

• N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g) + ∆h

- Reforming del metano (metanolo, etanolo, DME, ecc.)

• CO(g) + 3H2 (g) ↔ CH4(g) + H2O(g) + ∆h

• 2CO(g) + 2H2(g) ↔ CH4(g) + CO2(g) + ∆h

- Ossidazione di metalli

- Cicli dello zolfo

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PROCESSI COMBINATI

- Sistemi misti calore latente/sensibile. Nei sistemi a calore latente le transizioni di fase possono

essere precedute e seguite da processi di preriscaldamento del mezzo fino al raggiungimento della

temperatura di transizione e di ulteriore riscaldamento a temperature più elevate dopo la

transizione, con la realizzazione di un processo combinato a calore latente e a calore sensibile

- Sistemi misti termochimico/calore sensibile. Nei sistemi di accumulo termochimico i reagenti

possono essere preriscaldati fino al raggiungimento delle temperature di reazione ottimali e i

prodotti possono essere ulteriormente riscaldati a temperature più elevate, con la realizzazione di

un processo combinato termochimico e a calore sensibile

- Sistemi misti termochimico/calore latente. Parimenti, nei sistemi di accumulo termochimico i

reagenti possono essere soggetti a cambiamenti di fase durante lo svolgimento delle reazioni, con

la realizzazione di un processo combinato termochimico e a calore latente

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STOCCAGGIO DELL’IDROGENO

Lo stoccaggio di idrogeno è una delle forme di accumulo dell’energia in forma chimica che si

contraddistingue per l’elevata densità di energia (riferita all’unità di massa) e l’ottima compatibilità con

le fonti energetiche rinnovabili, in particolare quelle fluttuanti.

L'idrogeno può essere immagazzinato mediante processi fisici sotto forma di:

- idrogeno compresso ad alta e altissima pressione (fino a 750 bar)

- idrogeno liquefatto a temperatura di circa -253 °C (temperatura di saturazione a pressione

ambiente) a pressioni di 1-5 bar

Oppure mediante processi chimici sotto forma di:

- idruri metallici

- combustibili sintetici derivati, quali ad esempio Metanolo, Etanolo, DME

- prodotti chimici quali in particolare l'Ammoniaca ma anche altre sostanze inorganiche e organiche

METODI DI STOCCAGGIO DELL’IDROGENO - Fase gassosa

in recipienti = bombole

gas compresso applicazioni stazionarie applicazioni portatili

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- metodo di stoccaggio più diffuso

- stoccaggio in recipienti (bombole) in acciaio o in materiale composito

- taglie e pressioni differenti (200 bar, 300 bar, 750 bar)

- tecnologia semplice

- applicazione principalmente stazionaria

- l’immagazzinamento criogenico richiede un volume di stoccaggio inferiore rispetto alla fase

gassosa; avviene al di sotto della temperatura di ebollizione, -253 °C (20 K), a pressione di 1-5 bar

- la liquefazione richiede una grossa spesa energetica per raffreddare l’idrogeno, c.a. 50.4 MJ/kg,

con un’efficienza di refrigerazione del 7.2% e una perdita complessiva del 30% dell’energia

stoccata come idrogeno liquido,

- i serbatoi devono possedere un ottimo isolamento termico (Dewar),

- i serbatoi non richiedono la stessa resistenza delle bombole per lo stoccaggio in fase gassosa ad

alta pressione

liquido criogenico

METODI DI STOCCAGGIO - Fase liquida

applicazioni stazionarie applicazioni portatili

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METODI DI STOCCAGGIO - Fase solida

L’idrogeno può essere stoccato sulla superficie dei

solidi (adsorption) o all’interno della struttura dei

solidi (absorption)

- Nell’absorption le molecole di H2 si dissociano in

atomi che successivamente vengono inglobati

nel reticolo cristallino

- Questo metodo permette di stoccare notevoli

quantità di idrogeno in volumi ridotti, basse

pressioni e temperature vicino a quelle ambiente

- Infine può legarsi ad altre molecole per formare

dei veri e propri composti chimici

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METODI DI STOCCAGGIO - Idruri metallici (Fase solida)

Più di 50 elementi della tavola periodica possono combinarsi con l’idrogeno per formare una

classe di composti chiamati idruri, ma solo alcuni di essi sono adeguati per lo stoccaggio di

idrogeno in condizioni di temperatura e pressione compatibili con le applicazioni richieste

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CONTENITORI PER LO STOCCAGGIO DI IDROGENO IN FASE IDRURICA

IN RACK COLLEGATI IN SERIE PER

APPLICAZIONI STAZIONARIE

MOLTO PICCOLI

CON SUPPORTO E ACCESSORI

PER APPLICAZIONI PORTATILI E

DI BASSA POTENZA

I materiali PCM possono essere

impiegati per la termoregolazione

delle bombole contenenti le polveri

di idruri metallici, in quanto in grado

di assorbire il calore rilasciato

durante il processo di carica e di

cederlo durante la fase di scarica.

IMPIEGO DEI MATERIALI PCM PER LA TERMOREGOLAZIONE DEI SISTEMI DI

STOCCAGGIO BASATI SULL’IDROGENO

La scelta del PCM più appropriato all’impiego nel campo dello stoccaggio di idrogeno in fase solida è

vincolata dalla pressione di carica e scarica degli idruri metallici

Durante la fase di carica, il valore della pressione di idrogeno impone il valore della temperatura di

carica. Tale temperatura deve essere superiore alla temperatura di fusione del materiale PCM per

consentire il flusso di calore dall’idruro al PCM

Al contrario, durante il desorbimento dell’idrogeno (scarica)

la temperatura dell’idruro metallico deve essere inferiore

alla temperatura di fusione del PCM

La temperatura di lavoro del PCM deve essere compresa tra

le temperature di absorbimento e di desorbimento dell’idrogeno

Tdes<Tm<Tabs

I PCM utilizzati nelle applicazioni industriali sono in genere

composizioni eutettiche di idrati, paraffine o sali che possiedono

elevate entalpie di fusione

Immagine

non

disponibile

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Presso il laboratorio “Tecnologie Solari a Concentrazione e

Idrogeno da FER” sono in corso studi e ricerche sul processo

di termoregolazione delle bombole di idruri.

Queste attività, svolte su alcune bombole a idruri metallici in

dotazione al Laboratorio, perseguono lo scopo di

implementare la cinetica dei processi di carica e scarica di

bombole ad idruri metallici e si basano su diverse tipologie di

sistemi di termostatazione:

- Bagno ad acqua

- Bagno ad acqua contenente PCM

- Miscele di PCM in polvere o pellet

- PCM depositati su strati differenti

Stazione di prova per la

caratterizzazione delle bombole

Esempi di PCM- Phase Change Material

(Rubitherm)

RICERCHE SULL'ACCUMULO DELL’IDROGENO PRESSO Sardegna Ricerche

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RICERCHE SULL'ACCUMULO ENERGETICO PRESSO IL DIMCM

Presso il DIMCM sono in corso alcuni progetti di ricerca sull’accumulo dell’energia termica e

meccanica. In particolare:

- Modellazione, controllo e sperimentazione di sistemi innovativi per l'accumulo di energia termica.

Coordinato dal DIMCM, in collaborazione con il DIEE, con la partecipazione di Sardegna Ricerche

- Attività di ricerca, sviluppo e dimostrazione di sistemi per l'accumulo di energia termica mediante

materiali in transizione di fase (PCM). Progetto svolto dal DIMCM

- Risparmio energetico e microgenerazione distribuita - Integration of hydrogen technologies in

microgrids powered by renewable power systems. In collaborazione con University of Aalborg -

Department of Energy Technologies, HYLAB Universitad de Sevilla, Sardegna Ricerche

- Sistemi di frenatura rigenerativa con accumulatori idro-pneumatici applicati a veicoli da trasporto

urbano. Progetto svolto in collaborazione con diverse università italiane

- Sviluppo e realizzazione di un volano elettromagnetico ad alta velocità per veicoli elettrici.

Progetto coordinato dal DIEE, svolto in collaborazione con il DIMCM

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Modellazione, controllo e sperimentazione di sistemi innovativi per l'accumulo di

energia termica

La sperimentazione sui prototipi è svolta presso i laboratori del DIMCM dove sono presenti due

impianti sperimentali:

- Un impianto a circuito aperto con capacità di accumulo di circa 72 kWh a 300 °C operante con aria

a pressione atmosferica

- Un impianto a circuito chiuso con capacità do accumulo di circa 5 kWh a 150 °C operante con CO2

in pressione (fino a 5 bar) in corso di ultimazione

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Attività di ricerca, sviluppo e dimostrazione di sistemi per l'accumulo di energia

termica mediante materiali in transizione di fase (PCM)

La ricerca riguarda lo studio di sistemi di accumulo indiretto di tipo

passivo mediante PCM e persegue i seguenti principali obiettivi:

- Valutazione sperimentale delle prestazioni di prototipi in funzione:

• della tipologia di PCM

• della configurazione della sezione di scambio termico

- Valutazione del decadimento delle prestazioni nel corso di

cicli ripetuti di carica/scarica

- Individuazione di criteri di regolazione e controllo ottimali in

funzione del tipo di impiego

La sperimentazione sui prototipi verrà svolta presso i laboratori del

DIMCM dove è in corso di realizzazione un impianto sperimentale

per la caratterizzazione di accumulatori termici a PCM con capacità

di accumulo fino a 300 kWh a temperatura massima di 350 °C

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GRAZIE PER L’ATTENZIONE