Sistema di accumulo di aria liquida per edifici alimentato da energia fotovoltaica

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Un gruppo di ricerca guidato dalla Sichuan Normal University, in Cina, ha sviluppato un sistema LAES alimentato dal fotovoltaico per fornire energia, raffreddamento e riscaldamento negli edifici.

I sistemi LAES, progettati per applicazioni su larga scala, immagazzinano l’elettricità sotto forma di aria liquida o azoto a temperature criogeniche inferiori a -150 C. Si caricano utilizzando l’elettricità in eccesso per alimentare la compressione e la liquefazione dell’aria, immagazzinata come liquido a temperature prossime ai -196 C. Per scaricarsi, l’aria liquida si riscalda e diventa un gas pressurizzato che aziona una turbina per generare elettricità.

Secondo gli scienziati, il sistema sarebbe alimentato dall’elettricità fotovoltaica in eccesso e funzionerebbe in tre fasi: compressione, liquefazione ed espansione.

“L’energia fotovoltaica in eccesso viene inviata all’unità LAES per la compressione e la liquefazione dell’aria e l’energia elettrica viene convertita in energia dell’aria per l’immagazzinamento”, hanno spiegato, sottolineando che l’elettricità di rete potrebbe essere utilizzata anche per ricaricare il sistema quando l’energia fotovoltaica non è disponibile. “Quando l’energia in uscita dall’impianto fotovoltaico non è sufficiente a soddisfare la domanda di elettricità dell’edificio, l’unità LAES rilascia l’aria liquida immagazzinata nel processo di espansione per convertire l’energia dell’aria in energia elettrica”.

Il sistema si basa su un serbatoio di olio termico ad alta temperatura per immagazzinare il calore di compressione. Questo può essere utilizzato per generare energia fredda tramite un frigorifero ad assorbimento o per recuperare il calore che potrebbe essere utilizzato per una parte del fabbisogno di energia termica di un edificio.

“Infine, l’aria liquida viene ridotta a pressione atmosferica e a -194,26 C a bassa temperatura dopo essere passata attraverso la crio-turbina e immagazzinata in un serbatoio di aria liquida”, hanno dichiarato gli studiosi. “Tra questi, l’aria non liquefatta viene reimmessa nella cella frigorifera per rilasciare energia fredda e mescolarsi con una certa quantità di aria ambiente per il successivo ciclo di ricompressione nel compressore d’aria”.

Il gruppo di ricerca ha condotto una serie di simulazioni con il software HYSYS. Il sistema ipotizzato era un edificio dotato di un impianto fotovoltaico da 411 kW a Jinan, nella provincia di Shandong, in Cina.

I ricercatori hanno scoperto che il sistema PV-LAES poteva produrre annualmente 523,93 MWh di elettricità, 57,75 GJ di energia fredda e 119,24 GJ di energia termica. Il sistema ha anche mostrato un’efficienza di andata e ritorno del 67,05%. Inoltre, è risultato in grado di soddisfare l’89,72% della domanda di energia elettrica dell’edificio, il 51,96% della domanda di riscaldamento e l’11% della domanda di raffreddamento.

“La valutazione economica indica che il periodo di ammortamento statico (SPP) e quello dinamico (DPP) sono stabili rispettivamente a 5,37 anni e 6,45 anni, con un tasso di ritorno dell’investimento (IRR) del 17,94% e un ritorno dell’investimento (ROI) del 18,62%”, ha dichiarato il gruppo di ricerca. “Il PV-LAES può ridurre il consumo di energia della rete di 523,93 MWh all’anno, equivalente a una riduzione di 359,34 tonnellate di emissioni di CO2”.

Il sistema è stato presentato in “Photovoltaic-driven liquid air energy storage system for combined cooling, heating and power towards zero-energy buildings”, pubblicato di recente su Energy Conversion and Management.

A marzo, il gruppo di ricerca ha pubblicato uno studio che presenta un’analisi tecnico-economica del sistema proposto. Il periodo di ammortamento dell’investimento potrebbe essere di 10 anni e il profitto netto accumulato potrebbe raggiungere i 2,2 milioni di dollari.

“Lo schema PV-LAES proposto è economicamente fattibile dal punto di vista del ciclo di vita e può potenzialmente realizzare un’interazione energetica flessibile con le fonti rinnovabili locali per ottenere un sistema integrato di generazione e stoccaggio di energia a basse emissioni di carbonio”, hanno dichiarato i ricercatori all’epoca.

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