Modellazione termodinamica parametrica di una Carnot Battery a ciclo Brayton

Il presente elaborato propone un’analisi parametrica di una Carnot Battery a ciclo Brayton con CO2 supercritica, di tipo thermally integrated. Il sistema accumula energia elettrica da fonti rinnovabili, in eccesso rispetto alla domanda, sottoforma di energia termica nella fase di carica, valorizzando al contempo cascami termici, per erogare calore o energia elettrica, a seconda delle esigenze, in fase di scarica. Nella prima sezione del documento è proposta una panoramica della transizione energetica e delle tecnologie disponibili per fronteggiare il cambiamento, soffermandosi sui punti che hanno posto le basi per il lavoro svolto. La sezione centrale del documento è incentrata sulla modellazione del sistema. I layout di impianto considerati sono associati ad un ciclo Brayton semplice e ad uno recuperato. I sistemi sono stati esaminati variando pressioni minime e massime e le temperature di esercizio della sorgente termica superiore, al fine di individuare i campi di funzionamento ottimali. Nell’ultima parte dell’elaborato sono presentati i risultati, valutati tramite i parametri prestazionali tipici di pompe di calore e sistemi motore per le singole modalità di funzionamento del sistema. Infine, è stata valutata l’efficienza della Carnot Battery in termini di round-trip efficiency e cogenerative. Dalle analisi è emersa una marcata convenienza del sistema per la produzione di termico nella configurazione a ciclo Brayton semplice, con COP massimi di 3.5 e temperature che spaziano dai 90 ad oltre 200°C. L’efficienza di round-trip della Carnot Battery è modesta, non superando il 12%, a causa delle temperature non elevate. Il sistema recuperato esibisce prestazioni superiori erogando energia elettrica, con round-trip efficiency al massimo del 41%. I COP ottenibili non superano l’1.5, con temperature comprese tra i 300 e i 550°C.