Techno-economic analysis of the performance of a HT-TES unit based on the rock-bed technology

Oggigiorno c'è una discrepanza tra l'elettricità prodotta e consumata, poiché questa non è possibile immagazzinarla. Una delle migliori soluzioni, fino ad ora, è un accumulo di energia che ha la possibilità di trattenere e di riutilizzare l'energia in un momento migliore. La presente tesi è un'analisi tecnico-economica delle prestazioni di un'unità HT-TES basata sulla tecnologia del letto di roccia. Questa analisi di fattibilità risulta molto interessante poiché il compromesso tra prestazioni e costo è molto alto. L'idea principale è di inserirla in tre tipi di impianti collegati in una rete elettrica e di teleriscaldamento danese con sede a Copenhagen. L'obiettivo è verificare, conoscendo i prezzi dell'elettricità e del teleriscaldamento di un intero anno, le prestazioni e la fattibilità dei tre diversi tipi di impianto in cui si inserisce un accumulo termico stagionale ad alta temperatura di calore sensibile, per capire se potrebbe essere vantaggioso inserire nel mercato un impianto con questa nuova tecnologia. Infine, viene fatta un’analisi parametrica sui parametri tecnici e termodinamici dei componenti dell’impianto. Lo scopo è capire quale sia, fra questi tre diverse tipologie di impianto, la taglia migliore di tutti i componenti da un punto di vista economico, considerando il tempo di ritorno. La struttura della tesi è suddivisa in cinque parti principali. La prima è un'analisi tecnico-economica. In questa sezione l'obiettivo è dimensionare tutti i componenti dell'impianto sapendo che l'impianto è suddiviso in tre parti fisiche principali, carica, accumulo e fase di scarico in cui per ogni parte di esso esiste un parametro termodinamico base. Grazie ad esso è possibile dimensionare l’intero impianto. Il secondo lavoro consiste nell'eseguire un'analisi energetica della centrale elettrica per conoscere tutti i flussi di energia quando l'impianto è acceso. Dopo ciò, è stata eseguita un'analisi dei costi di investimento, attraverso la metodologia NETL e considerando che l'impianto è stato costruito nell'anno 2014 a partire dai prezzi dei componenti per l'intero costo di investimento dell'intero impianto. È stato poi costruito un algoritmo per condurre un'analisi predittiva perfetta durante l'intero anno 2017 e l'intero anno 2035, scenario futuro considerando lo sviluppo del settore delle rinnovabili. L'algoritmo ha lo scopo di massimizzare il profitto annuale conoscendo le caratteristiche che coordinano gli impianti in questione. I principali risultati sono le seguenti: un impianto che ha la possibilità di produrre calore con teleriscaldamento ha un profitto maggiore, si evidenzia anche una maggiore attività delle varie componenti del sistema durante l’anno. Il risultato per questa analisi è che, considerando l'anno 2017, non ci sono impianti fattibili finora poiché il profiprofitto annuale è basso e il tempo di ritorno è molto alto. L'unica possibilità finora è di fare un repowering di un impianto convenzionale con questo tipo di HT-TES. Considerando invece uno scenario futuro in cui si prevede lo sviluppo delle rinnovabili nell’anno 2035, i risultati dell’analisi ci comunicano che questa tecnologia è molto promettente poiché poiché l'impianto è fattibile con un tempo di ammortamento molto basso e un profitto annuale elevato anche per il futuro, è il mercato del teleriscaldamento necessario è fondamentale per questo tipo di tecnologia.