Dimensionamento e valutazione delle prestazioni di un TES per applicazioni ad alta temperatura (&gt;1’000ºC)
Creators: name: Ghisleri, Marco
Publisher: name: Scuola Universitaria della Svizzera Italiana (SUPSI)
Year: 2024
Subjects: Energy
storage system
synthetic fuels
solar plant

description: Questa tesi si propone di analizzare il dimensionamento e le prestazioni di un sistema di accumulo termico per applicazioni ad alta temperatura, specificamente superiore a 1.000 °C, destinato all'integrazione in impianti solari per la produzione di combustibili sintetici. Il sistema studiato è configurato come un serbatoio singolo a termoclino, che utilizza rocce basaltiche come mezzo di accumulo per sfruttare l'energia termica sensibile. La scelta delle rocce basaltiche è stata guidata dalle loro eccellenti proprietà termiche e meccaniche, tra cui un'elevata capacità termica e una notevole resistenza alla corrosione, che le rendono particolarmente adatte per condizioni operative estreme. L'approccio metodologico adottato include simulazioni avanzate di fluidodinamica computazionale, che hanno permesso di ottimizzare la geometria del sistema e di valutare le sue prestazioni durante cicli di carica e scarica termica. Le simulazioni CFD hanno consentito di analizzare in dettaglio l'efficienza del trasferimento di calore, la stabilità del termoclino e la distribuzione delle temperature all'interno del serbatoio durante le varie fasi operative. I risultati hanno dimostrato che il sistema è in grado di mantenere un'elevata efficienza energetica, con una gestione ottimale del flusso termico, riducendo al minimo le perdite di calore e garantendo una lunga durata operativa. Inoltre, l'analisi ha evidenziato l'importanza di un accurato dimensionamento del sistema per garantire che esso possa operare efficacemente nelle condizioni estreme previste. Questo studio rappresenta un contributo significativo alla progettazione di TES ad alta temperatura, essenziali per migliorare l'efficienza e la sostenibilità delle centrali solari a concentrazione. ____ This thesis aims to analyse the sizing and performance of a thermal energy storage system for hightemperature applications, specifically above 1,000°C, intended for integration into solar plants for the production of synthetic fuels. The system under study is configured as a single-tank thermocline, which utilises basalt rocks as the storage medium to harness sensible heat energy. The choice of basalt rocks was driven by their excellent thermal and mechanical properties, including high thermal capacity and significant corrosion resistance, making them particularly suitable for extreme operating conditions. The methodological approach adopted includes advanced computational fluid dynamics simulations, which allowed the optimisation of the system's geometry and the evaluation of its performance during repeated thermal charge and discharge cycles. The CFD simulations enabled a detailed analysis of heat transfer efficiency, thermocline stability, and temperature distribution within the tank during various operational phases. The results demonstrated that the system can maintain high energy efficiency, with optimal thermal flow management, minimising heat losses, and ensuring long operational life. Furthermore, the analysis highlighted the importance of accurate system sizing to ensure effective operation under the anticipated extreme conditions. This study represents a significant contribution to the design of high-temperature TES systems, which are essential for improving the efficiency and sustainability of concentrated solar power plants.