Presentazione ibrida di aria compressa e energia termica nell'infrastruttura post-mining

Gli scienziati in Polonia hanno sviluppato la tecnologia di stoccaggio dell'energia aerea compressa utilizzando i sistemi di accumulo di energia termica (TES) incorporati in alberi di miniera abbandonati. Il sistema funziona senza una fonte di calore esterna e utilizza un compressore d'aria, un serbatoio di conservazione dell'aria compressa con un sistema di accumulo di energia termica integrata e un espansore dell'aria.

Un team di scienziati dell'Università della Tecnologia della Spesia in Polonia ha sviluppato la tecnologia di stoccaggio dell'energia aerea compressa (CAES), che utilizza sistemi di stoccaggio di energia termica (TES) integrati in miniere abbandonate per riutilizzare in modo efficiente i serbatoi di aria compressa. "Il nostro concetto di archiviazione mira a riutilizzare e proteggere l'infrastruttura sotterranea dopo l'estrazione, che è spesso irreparabilmente danneggiata dopo la chiusura delle mie", ha affermato Lukasz Bartela, corrispondente per la rivista fotovoltaica, autore dello studio.

Il gruppo ritiene che le aree minerarie abbiano il potenziale per fornire infrastrutture energetiche a basso costo. "Le miniere si trovano spesso vicino alle centrali elettriche e/o alle stazioni di distribuzione", hanno affermato i ricercatori. "Ciò consente di utilizzare l'infrastruttura di connessione a griglia esistente. Inoltre, la vicinanza alle aree industriali altamente sviluppate riduce le perdite di trasmissione di potenza. Non è necessario costruire serbatoi di stoccaggio fuori terra per centrali termiche, che salva lo spazio disponibile limitato."

Il sistema funziona senza l'uso di una fonte di calore esterna e utilizza un compressore d'aria, un serbatoio di accumulo di aria compressa con accumulo di energia termica integrata e un espansore dell'aria. Gli elementi di sistema possono essere singoli o due stadi.

Nella configurazione proposta del sistema, il serbatoio TPP è integrato e collegato al concentratore. Questo aiuta a ridurre la perdita di calore anche quando il calore lascia il materiale di conservazione e passa attraverso l'aria nel serbatoio dell'albero. Il sistema TPP si adatta alla geometria della miniera, riducendo il campo di trasferimento di calore, che ha un effetto positivo sull'efficienza energetica del processo di accumulo del calore.

"Il più grande vantaggio di posizionare il sistema TES nel volume di un serbatoio di pressione è la possibilità di utilizzare una struttura a guscio a parete sottile che ospita il materiale per conservare l'energia termica", ha spiegato Bartela. "Ciò può ridurre significativamente il costo del sistema CHP."

Per dividere il serbatoio in sezioni, vengono utilizzati cilindri in acciaio con un fondo perforato, il che rende facile da installare e ispezionare periodicamente lo strato di materiale che assorbente il calore. "La comunicazione tra le sezioni sarà possibile con l'aiuto delle scale, che fanno anche parte del sistema di posizionamento verticale TES", hanno osservato gli scienziati.

Durante la fase di ricarica, l'elettricità viene utilizzata per guidare il compressore. I sistemi sotterranei ibridi forniscono aria compressa a caldo al serbatoio attraverso una tubazione di ingresso con valvole di spegnimento integrate. L'aria passa quindi attraverso il sistema TES, riscaldando il materiale immagazzinato.

Durante la fase di scarico, l'aria passa attraverso il sistema TES, rimuovendo il calore dal materiale accumulato. L'aria calda entra quindi in un espansore, che spinge un generatore per generare elettricità. "È vantaggioso riempire il dispositivo TES con un volume sufficiente di materiale di accumulo termico adatto per assorbire il calore, che è importante per il raffreddamento elevato dell'aria immagazzinata", ha sottolineato il gruppo. "Limitando la temperatura dell'aria nello stoccaggio che è in contatto con il guscio del serbatoio sotterraneo, la perdita di calore sarà ridotta, il che aumenterà l'efficienza di accumulo di energia del sistema CAES."

Hanno calcolato una capacità di conservazione dell'aria compressa di 60.000 metri cubi e una pressione massima di 5 megapascals (MPA). Sulla base di ciò, hanno calcolato che la struttura avrebbe una capacità di accumulo di energia di 140 mWh con un'efficienza di andata e ritorno di circa il 70 percento e un serbatoio di stoccaggio con un'efficienza energetica del 95 percento.

Spiegano anche che in casi speciali, la pressione dell'aria può essere mantenuta a un livello fino a 8 MPa, a seconda delle caratteristiche specifiche della miniera. "In questo caso, la capacità energetica del sistema può superare i 200 mWh", sottolinea Bartela. "Da un punto di vista economico, sarebbe molto utile utilizzare rocce ordinarie nel sistema TES, come il granito o il basalto. Tuttavia, la ricerca su materiali sintetici alternativi è attualmente in corso presso l'Università della Tecnologia della Slesia."

Il gruppo ha presentato il concetto di accumulo di energia in uno studio recentemente pubblicato sul diario di accumulo di energia che valuta il potenziale energetico di un sistema di accumulo di energia aria compressa ad-raccolta adiabatica basato su un nuovo sistema di accumulo di energia termica. "Attualmente, stiamo solo lavorando per ottimizzare la progettazione del serbatoio di conservazione del calore, che può ridurre il costo dei moduli CHP", conclude Bartela.

Secondo il gruppo, la Polonia ha 139 miniere di carbone attive e 34 mine attive di rame e sale di roccia. Attualmente ci sono piani per la disattivazione di 39, circa la metà delle quali viene utilizzata per pompare l'acqua. La miniera più profonda ha una profondità di oltre 1300 metri.

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