Analisi tecnico-economica e ottimizzazione di un impianto CAES adiabatico

The recent strong development of renewable energy in Italy and worldwide generated a profound change of the entire electricity market, resulting in the need to be able to store energy in large quantities with the main purpose of effectively balance the time-varying loads and manage efficiently the entire electrical network. It is therefore necessary to expand the storage capacity, today almost totally characterized by hydro pumped power plants, by introducing into the market numerous production systems capable of storing energy in the most convenient time slots with the aim of being able to use it at a later time, for example during a peak energy demand. In this thesis, after analyzing the technology based on the accumulation of compressed air in a saline cave (CAES; Compressed Air Energy Storage), an adiabatic system has been implemented, it is able to take advantage of a thermal storage system that ensures operation without the use of fossil fuels. In particular the different plant components have been chosen and modeled, two algorithms have been developed respectively with the aim of correctly model the train of compressors and determine the hours in which it is convenient to start the system, defining at last through an economic analysis if the investment for such facility is advantageous.

Il recente forte sviluppo in Italia e nel mondo delle energie rinnovabili aleatorie ha generato un profondo cambiamento dell’intero mercato elettrico, determinando la necessità di poter accumulare energia in grandi quantità con lo scopo principale di bilanciare in modo efficace i carichi variabili nel tempo e gestire efficientemente l’intera rete elettrica. È necessario quindi ampliare la capacità di accumulo, oggi quasi totalmente caratterizzata dall’idroelettrico a pompaggio, introducendo nel mercato numerosi impianti di produzione in grado di immagazzinare energia nelle fasce orarie più convenienti con lo scopo di poterne usufruire in un secondo momento, ad esempio durante un picco di domanda energetica. In questo lavoro di tesi, dopo aver analizzato la tecnologia basata sull’accumulo di aria compressa in una caverna salina (CAES; Compressed Air Energy Storage), si è voluto implementare un impianto di configurazione adiabatica, ovvero in grado di usufruire di un sistema di accumulo termico che ne garantisce il funzionamento senza uso di combustibili fossili. In particolare sono stati scelti e modellizzati i diversi componenti d'impianto, sono stati sviluppati due algoritmi rispettivamente con lo scopo di modellizzare correttamente il treno dei compressori e determinare le ore in cui è conveniente l’accensione del sistema, determinando infine attraverso un’analisi economica se l'investimento per tale impianto sia vantaggioso.