Accumulo termico ad alta temperatura per impianti solari termodinamici

CASCETTA, MARIO;CAU, GIORGIO;PUDDU, PIERPAOLO

2010-01-01

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Abstract

si propone di analizzare il comportamento della sezione di accumulo termico di un impianto solare termodinamico che utilizza un gas (CO2) come fluido termovettore e di valutarne le prestazioni mediante un modello matematico semplificato. Il comportamento della sezione di accumulo termico viene analizzato, considerando lo scambio termico tra il fluido termovettore ad alta temperatura e il materiale solido ad alta capacità termica utilizzato per lo stoccaggio dell'energia durante i periodi di elevata radiazione solare. La fase di accumulo e quella successiva di restituzione dell’energia termica viene studiata mediante un modello matematico di tipo non stazionario a due fasi basato sul modello di Schumann applicato ad uno strato del serbatoio di spessore infinitesimo. Durante la fase di carica, all’interno del serbatoio si sviluppa un profilo di temperatura (termoclino) che unisce la parte superiore del serbatoio che si trova a temperatura più elevata con quella inferiore a temperatura più bassa. Dopo aver messo in evidenza l’influenza dei vari parametri geometrici sulle prestazioni del sistema di accumulo, lo studio si è concentrato sulla risoluzione di alcune criticità legate alla ripetizione ciclica delle fasi di carica e scarica dell'accumulatore che comporta la presenza di isteresi termica. Vengono pertanto proposte alcune soluzioni per rendere più efficiente la gestione dell’accumulatore e dell’utilizzazione dell’energia termica tramite la modifica dei vincoli sulla temperatura minima e massima del fluido in uscita dall’accumulatore durante le fasi di carica e scarica. I risultati mostrano un considerevole aumento delle capacità di accumulo e di efficienza del sistema e la possibilità di ridurre notevolmente gli effetti dell’isteresi termica durante il processo ciclico di carica e scarica del serbatoio al crescere della temperatura minima e al diminuire di quella massima. Viene inoltre simulato il comportamento del sistema di accumulo per una condizione tipica di funzionamento reale ovvero con l’intensità della radiazione solare variabile durante l’arco di una giornata tipicamente estiva.