Literature review on stand-alone Liquid Air Energy Storage (LAES)

The concept of energy storage is becoming more and more attractive in the last years due to the rising penetration of renewable energy sources (RES) in the society. The intrinsic volatility of RES has exhibited the need to have storage technologies, among the different energy facilities, with the aim to store part of the excess energy produced by RES, releasing it during peak periods or when there are unfavourable conditions for the RES. In this context, many storage technologies have been already commercialized, such as battery, PHES, CAES, and others. A thermo-mechanical energy storage technology which will have the role to further increase the market share of storage systems is LAES: liquid air energy storage. This work has the target of producing a detailed and complete bibliographic research on this topic, in particular on stand-alone LAES configuration. The technology will be first contextualized in the energy sector, starting from its historical timeline up to a description of how it works. Then, the three different sub-processes involved in a LAES cycle (charge, storage, discharge) will be deeply analysed, from a thermodynamic point of view, to fully understand how to design and optimize each one in order to obtain the best trade-off between the main involved parameters. By analysing a huge number of studies conducted on this topic, at the end of the thesis it should be clear how the technology works, and which are the main performance criteria to realize the best possible stand-alone LAES system. The conclusions are reported through tables, organized as the LAES sub-processes, which describe the main parameters obtained for each study analysed to finally have a useful and synthetic overview of all the results provided by the different researchers involved on this promising energy storage technology.

Il concetto di accumulo di energia sta diventando sempre più interessante negli ultimi anni a causa della crescente penetrazione delle fonti di energia rinnovabili nella società. L'intrinseca volatilità delle fonti rinnovabili ha evidenziato la necessità di disporre di tecnologie di accumulo, tra le diverse soluzioni energetiche, con l'obiettivo di immagazzinare parte dell'energia in eccesso prodotta dalle fonti rinnovabili, rilasciandola durante i periodi di picco o quando ci sono condizioni sfavorevoli per le stesse. In questo contesto, sono già state commercializzate molte tecnologie di accumulo, come batterie, PHES, CAES e altre. Una tecnologia di accumulo di energia termomeccanica che avrà il ruolo di aumentare ulteriormente la quota di mercato dei sistemi di accumulo è il LAES: accumulo di energia ad aria liquida. Questo lavoro ha l'obiettivo di produrre una ricerca bibliografica dettagliata e completa su questo argomento, in particolare sulla configurazione LAES stand-alone. La tecnologia sarà innanzitutto contestualizzata nel settore energetico, a partire dalla sua cronologia storica fino alla descrizione del suo funzionamento. Successivamente, verranno analizzati a fondo i tre diversi sottoprocessi coinvolti in un ciclo LAES (carica, accumulo, scarica) da un punto di vista termodinamico, per comprendere appieno come progettare e ottimizzare ciascuno di essi al fine di ottenere il miglior compromesso tra i principali parametri coinvolti. Analizzando un gran numero di studi condotti su questo argomento, la tesi si propone di fornire un quadro chiaro del funzionamento della tecnologia e di quali siano i principali criteri di progettazione per realizzare il miglior sistema LAES stand-alone possibile. Le conclusioni sono riportate attraverso tabelle, strutturate come i tre sottoprocessi del ciclo LAES, che descrivono i principali parametri ottenuti per ogni studio analizzato, in modo da avere una panoramica utile e sintetica di tutti i risultati forniti dai diversi ricercatori coinvolti in questa promettente tecnologia di accumulo dell'energia.