Sistemi di accumulo termico ad alta densità energetica per impianti di teleriscaldamento

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1 Sistemi di accumulo termico ad alta densità energetica per impianti di teleriscaldamento Vittorio Verda Dipartimento Energia- Politecnico di Torino 1

2 Introduzione L utilizzo di sistemi di accumulo termico in impianti energetici può avere molteplici finalità: 1) Aumentare la stabilità di funzionamento degli impianti sul breve periodo (es. modulazione di pompe di calore) 2) Ridurre l utilizzo di impianti di integrazione 3) Spostare la produzione in fasce più convenienti dal punto di vista economico (es. impianti di cogenerazione a ciclo combinato) 4) Aumentare lo sfruttamento di risorse primarie rinnovabili (es. teleriscaldamento alimentato con solare termico) Tutte queste hanno in comune il disaccoppiamento tra la generazione del vettore energetico e il suo utilizzo. 2

3 Introduzione L accumulo termico può essere classificato sulla base dei tempi di utilizzo in: - Accumulo inerziale (minuti) - Accumulo giornaliero - Accumulo stagionale Una seconda classificazione può essere operata sulla base della forma di energia di accumulo: - Calore sensibile - Calore latente - Energia di legame chimico 3

4 PCM vs. Accumulo con acqua L accumulo termico con materiali a cambiamento di fase rispetto all accumulo con acqua presenta un potenziale vantaggio in termini di energia immagazzinabile a parità di volume PCM 1 PCM 2 PCM 3 Acqua PCM 1 PCM 2 PCM 3 Acqua Energia accumulata (MJ(m3) Volume acqua/volume PCM T acqua ( C) T acqua ( C) 4

5 PCM vs. Accumulo con acqua Un sistema di accumulo termico in una rete di teleriscaldamento può essere installato: 1) Sul circuito primario (acqua); 2) Sul circuito secondario (acqua); 3) Tra il circuito primario e secondario (PCM). 5

6 Materiali PCM Temperatura di fusione Alcohol Sali eutettici Soluzioni organiche Sali idrati Sali fusi 6

7 Vantaggi e svantaggi di PCM - Elevata densità di energia rispetto all accumulo con acqua, soprattutto per basse differenze di temperatura - Serbatoio di accumulo non pressurizzato, anche nel caso di temperature di funzionamento superiori a 100 C - Elevata efficienza di accumulo (basse dispersioni termiche, assenza di de-stratificazione) - Possibili problematiche tecnico-economiche a seconda del materiale impiegato - Bassa conduttività termica 7

8 Strategie di aumento della conduttività Alettature Matrice metallica Incapsulamento Matrice di grafite 8

9 Attività di ricerca al DENERG - Analisi sperimentale del comportamento termofluidodinamico di materiali a cambiamento di fase - Sviluppo di modelli per la progettazione ottimale e il controllo di sistemi di accumulo - Sviluppo di sistemi per il potenziamento dello scambio termico (enhancement) 9

10 Attività di ricerca al DENERG 10

11 Attività di ricerca al DENERG 11

12 Attività di ricerca al DENERG 12

13 Attività di ricerca al DENERG 13

14 Analisi di strategie di incremento dello scambio termico tra acqua e PCM Liquid Fraction [ ] Re = 12088; φ = 0 Re = 6044; φ = 0 Re = 6044; φ = 15% Re = 12088; φ = 15% t [min] 14

15 Accumulo e L utilizzo di energia solare per l alimentazione di reti di teleriscaldamento richiede l installazione di sistemi di accumulo stagionale. 15

16 Prospettive L accumulo termochimico potrà consentire significative riduzioni di volume del sistema di accumulo. 16

17 Grazie per l attenzione. Ringraziamenti: -IREN Energia - Prof. Romano Borchiellini - ing. Francesco Colella, ing. Elisa Guelpa, ing. Adriano Sciacovelli - Felix Contin, Flavio Gagliardi 17