Analisi termodinamica dell'integrazione di un elettrolizzatore ad alta temperatura con diversi sistemi per il recupero termico

Il presente lavoro di tesi analizza soluzioni per il recupero termico di una cella ad ossidi solidi reversibile in modalità elettrolizzatore (SOEC Solid Oxide Electrolyzer Cell), facente parte di un sistema Power-to-Gas-to-Power (P2G2P). L’obiettivo è soddisfare almeno parzialmente il fabbisogno termico ed elettrico dell’elettrolizzatore, tramite l’introduzione di due cicli Rankine organici, uno di tail end e uno intermedio, e successivamente di un sistema solare a concentrazione (CSP) con ciclo a CO2 supercritica. Nella prima parte dell’elaborato viene introdotto il concetto di P2G2P e descritto il sistema considerato. Viene inoltre modellato l’elettrolizzatore, con dati forniti dal costruttore SolydEra, sul software Aspen Plus. Nella seconda parte sono state esaminate le soluzioni per il recupero termico. Inizialmente è stato analizzato l’ORC di tail end prendendo in esame tre diversi fluidi, R134a, R1234yf e R152a, ed è stato modellato sul software Thermoflex per trovare le condizioni di ottimo che massimizzassero la potenza. Dopodichè, è stato ottimizzato, sempre con Thermoflex, l’ORC intermedio studiando il ciclo in configurazione semplice e in configurazione recuperata. In seguito, è stato integrato con il sistema elettrolizzatore un impianto CSP per soddisfare parte della richiesta termica, ed è stato accoppiato ad un ciclo a sCO2. Questo ciclo è stato anch’esso ottimizzato su Thermoflex sia in configurazione semplice che in configurazione recuperata. Infine, le tre soluzioni sono state integrate su Aspen Plus all’elettrolizzatore per studiarne le interazioni. In conclusione, i risultati ottenuti hanno mostrato spunti interessanti per lo sviluppo di soluzioni ad alta efficienza, sostenibili e adatte per gli obiettivi della transizione energetica.