Reversible solid oxide cell (rSOC) for renewable energy storage : system analysis and operation coupled with a wind park

In this work, a plant employing a reversible solid oxide cell is studied for energy storage coming from variable renewable energy sources. The system implements a high-temperature heat storage and a Fresnel solar concentrator. The former is needed to fulfil the cell thermal requirements while the latter is necessary to evaporate water during electrolysis operations. The plant has been studied developing two alternative solutions: the exploitation of air or oxygen as oxidant and the choice of the nominal fuel cell power. It follows from the obtained operating maps that the best solution is a plant exploits oxygen-fed asymmetric cell. This solution has been simulated coupled with a wind park, understanding if it can respond to the wind park prediction errors. A dimensioning procedure has been proposed, starting from the availability and producibility curves and exploiting the MATLAB simulation code to find the sizes of the hydrogen and heat storage tanks. Taking into account the best compromise among all the simulated plants, the obtained round-trip efficiency reaches 56% and it is consistent with the other results in the literature. This plant covers 42% of the underestimated power of the wind park.

In questo lavoro viene studiato un impianto che utilizza una cella reversibile ad ossidi solidi per scopi di accumulo di energia elettrica da fonti rinnovabili. Il sistema implementa un accumulo termico ad alta temperatura e un concentratore solare Fresnel. Il primo è necessario per fornire calore alla cella mentre il secondo per evaporare l’acqua durante le operazioni di elettrolisi. L’impianto è stato studiato proponendo due soluzioni alternative: l’utilizzo di aria o di ossigeno come ossidante e la scelta della potenza nominale della cella a combustibile. Dalle mappe di funzionamento che sono state ottenute si evince che la soluzione migliore è quella con la cella asimmetrica e alimentata ad ossigeno. Questa è stata poi simulata accoppiandola ad un parco eolico, studiandone la risposta per ridurre gli errori di previsione. Una procedura per il dimensionamento dell’intero impianto è stata proposta, partendo dalla curva di disponibilità e di producibilità e utilizzando il codice di simulazione in MATLAB per scegliere la grandezza dei serbatoi di calore e di idrogeno. Considerando il miglior compromesso, un’efficienza di carica e scarica del 56% è stata ottenuta ed è in linea con la letteratura, coprendo il 42% delle sottostime del parco eolico considerato.