Regenerative solid oxide cells (RSOCs) for energy storage applications

This work is focused on a reversible Solid Oxide Cell to be coupled with a RES for electric energy storage. The modelling activities aim at obtaining the performances of the electrochemical device and BOP in different conditions, as well as the influence of a real application (e.g. coupling with wind or PV plants) on the final round-trip efficiency. With respect to more conventional rSOC system, this work considers the possibility of a direct integration of a high temperature heat storage with the stack, through isothermal heat pipes. This solution is interesting because it allows the heat recovery from SOFC to reduce electricity requirement in SOEC mode, but arises issues in the thermal management that are discussed here. The ideal case (without thermal losses from the storage) fixes a maximum efficiency level over 60% that allows this system to be competitive with other technologies. However thermal losses strongly affect this result, lowering it proportionally to their weight on the overall plant energy balance.

Il lavoro di tesi si concentra sullo studio di una cella reversibile ad ossidi solidi al fine di analizzarne l’accoppiamento con fonti rinnovabili per l’accumulo di energia elettrica. Il modello sviluppato mira a valutare le prestazioni del dispositivo elettro-chimico inserito nel relativo BOP in differenti condizioni di funzionamento e al tempo stesso a stabilire l’influenza dell’applicazione in casi reali, quali l’accoppiamento con parchi eolici o fotovoltaici, sull’efficienza di accumulo. A confronto con i sistemi rSOC più tradizionali, lo studio considera la possibilità di un’integrazione diretta di un accumulo termico con lo stack tramite l’utilizzo di heat pipes isoterme. La soluzione è interessante in quanto permette il recupero del calore prodotto dalla SOFC al fine di ridurre la richiesta elettrica della SOEC, con i conseguenti problemi nella gestione termica dell’intero impianto che verranno qui esposti. Il caso ideale, senza perdite termiche dall’accumulo, risulta essere competitivo rispetto alle altre tecnologie, presentando una massima efficienza sopra il 60%. Tuttavia una volta introdotte le perdite termiche influenzano fortemente questo risultato, facendolo allontanare dall’efficienza ideale proporzionalmente al loro peso sul bilancio energetico di impianto.