Pumped thermal energy storage based on organic rankine cycles

Increasing demand for sustainable and renewable energy sources it leads to great challenges because of high fluctuating power transmission which creates a significant unbalance between supply and demand. Energy storage is the key factor for the feasibility of clean and sustainable energy by increasing the share of renewable power production. Pumped thermal energy storage (PTES) is an alternate and relatively new technology for storing electrical energy. In this thesis paper, a comprehensive review of PTES technology and PTES system based Organic Rankine Cycles (ORC) is studied in detail. PTES use waste heat sources as additional thermal energy at a high temperature then the heat sink is generally referred to as thermally integrated pumped thermal energy storage (TI-PTES) to improve the roundtrip efficiency. In ORC based PTES, the systems comprise of a Vapor compression heat pump (VCHP) and Organic rankine cycle (ORC) as the charging and discharging cycles. This system can be integrated with different thermal energy storage configurations. The storage system includes Sensible thermal energy storage (STES), Latent thermal energy storage (LTES) and Thermochemical energy storage (TCES). In this study review of different types of working fluid and turbomachinery for PTES were addressed as it is essential to improve the performance of the system. The choice of operating conditions depends on the system configuration, working fluid and turbomachinery. This study aims to provide insights about selection of suitable fluids and components enhancing the overall performance and roundtrip efficiency. A sensitivity analysis based on Carnot efficiencies is conducted to evaluate the impact of the operating temperature ranges on the performance and efficiency of the PTES system. The aim of this analysis is to address the relationship between the operating temperature limits and efficiency of the system which can be beneficial for designing and optimizing the PTES systems for various applications.

La crescente domanda di fonti energetiche sostenibili e rinnovabili porta a grandi sfide a causa dell'elevata fluttuazione della trasmissione di potenza che crea un significativo squilibrio tra domanda e offerta. Lo stoccaggio di energia è il fattore chiave per la fattibilità di energia pulita e sostenibile aumentando la quota di produzione di energia rinnovabile. L'accumulo di energia termica pompata (PTES) è una tecnologia alternativa e relativamente nuova per lo stoccaggio di energia elettrica. In questo documento di tesi, viene studiata in dettaglio una revisione completa della tecnologia PTES e dei cicli organici Rankine (ORC) basati sul sistema PTES. PTES utilizza fonti di calore di scarto come energia termica aggiuntiva ad alta temperatura, quindi il dissipatore di calore è generalmente indicato come accumulo di energia termica pompata termicamente integrato (TI-PTES) per migliorare l'efficienza di andata e ritorno. Nel PTES basato su ORC, i sistemi comprendono una pompa di calore a compressione di vapore (VCHP) e un ciclo rankine organico (ORC) come cicli di carica e scarica. Questo sistema può essere integrato con diverse configurazioni di accumulo di energia termica. Il sistema di accumulo comprende l'accumulo di energia termica sensibile (STES), l'accumulo di energia termica latente (LTES) e l'accumulo di energia termochimica (TCES). In questo studio è stata affrontata la revisione di diversi tipi di fluido di lavoro e turbomacchine per PTES poiché è essenziale per migliorare le prestazioni del sistema. La scelta delle condizioni operative dipende dalla configurazione del sistema, dal fluido di lavoro e dalla turbomacchina. Questo studio mira a fornire approfondimenti sulla selezione di fluidi e componenti adatti che migliorano le prestazioni complessive e l'efficienza di andata e ritorno. Viene condotta un'analisi di sensibilità basata sulle efficienze di Carnot per valutare l'impatto della temperatura operativa sulle prestazioni e sull'efficienza del sistema PTES. Lo scopo di questo analisi è quello di affrontare la relazione tra l'intervallo di temperatura operativa e l'efficienza del sistema che può essere vantaggiosa per la progettazione e l'ottimizzazione dei sistemi PTES per varie applicazioni.