Power to gas to power conversion systems with thermal energy storage. Possible applications for reversible solid oxide cells

This work studied the feasibility of using reversible solid oxide cells coupled with an high temperature heat storage as an high efficiency electricity storage. The purpose is to analyze if such a technology could benefit the diffusion of renewable energy. Four cases of different size have been studied, all of them coupled with a renewable energy source. The software Aspen Plus has been chosen to build a thermodynamic zero-dimensional model of the plants. The model coupled with different production-consumption profiles have been used to evaluate the round trip efficiency of the systems. The main result is that, not considering any kind of heat losses, a round trip efficiency up to 80% and over can be reached. An economic analysis has also been considered but, since only the basics of the plants are known, it has an uncertainty of at least 30%. Anyway it has been enough to establish that: the use of air instead of pure oxygen in the cells improves the profitability entailing a small reduction of the round trip efficiency, and a bigger plant should be considered.

Mediante un modello termodinamico zero dimensionale, costruito in Aspen Plus, è stato possibile andare a simulare il comportamento di un impianto, realizzato con lo scopo di accumulare energia elettrica, operante con celle ad ossidi solidi reversibili accoppiate ad un accumulo termico ad alta temperatura (800 °C). Lo scopo del progetto era quello di determinare l'efficienza globale di conversione da elettricità ad idrogeno ancora ad elettricità, valutando così se potesse essere d'aiuto per una penetrazione maggiore delle fonti rinnovabili. Per valutare questo parametro si è contestualizzato l'impianto in quattro differenti realtà operative diverse per grandezza e fonte di energia impiegata. Tre casi impiegano energia elettrica proveniente da pannelli fotovoltaici e uno adopera l'elettricità prodotta da turbine eoliche. In tutti e quattro i casi l'impianto è asservito ad una utenza di tipo prevalentemente domestico. I valori di efficienza così determinati sono dell'80% escludendo le perdite termiche del sistema. E' stata anche effettuata un'analisi economica semplificata dei quattro casi che ha portato alla conclusione che, per essere economicamente sostenibile, l'impianto deve essere più grande ed operare con aria come fonte di ossigeno per le celle.