Difesa pubblica della tesi di dottorato dell'ETSi

 

Data: venerdì 7 luglio 2023.

Orario: 10:00

Luogo: Sala del Professor Juan Larrañeta, Scuola Tecnica Superiore di Ingegneria dell'Università di Siviglia.

Il dottorando Andrés Carro Paulete difenderà pubblicamente la sua tesi di dottorato dal titolo "Meccanismi di danneggiamento e cedimento per fatica nei compositi a fibra lunga con strati ultrasottili", diretta dai professori Ricardo Chacartegui Ramírez  del Dipartimento di Ingegneria Energetica dell'Istituto Tecnico Superiore Facoltà di Ingegneria dell'Università di Siviglia e Carlos Ortiz Domínguez , del Dipartimento di Ingegneria dell'Università di Loyola

Attualmente ci troviamo in una fase di transizione del sistema energetico globale, che cerca di sostituire le fonti di produzione convenzionali (gas, petrolio, carbone) con una generazione rinnovabile al 100%. Supportato dalla riduzione delle emissioni di gas serra con l’obiettivo di mitigare gli effetti del cambiamento climatico, l’utilizzo predominante delle fonti rinnovabili si sta affermando come un fattore chiave in termini di sviluppo del mercato, indipendenza energetica e sostenibilità. La risorsa rinnovabile ha una natura stocastica e intermittente, che può influenzare negativamente la qualità dell'energia e la stabilità della rete elettrica. Lo stoccaggio dell’energia, che consente di superare il divario giornaliero e stagionale che esiste tra la disponibilità della risorsa rinnovabile e la domanda di energia, è la componente necessaria per migliorare la flessibilità del sistema energetico basato sulla generazione al 100% rinnovabile. Per sfruttare le risorse rinnovabili è necessario lo sviluppo di nuovi sistemi di stoccaggio energetico su larga scala, ad alta efficienza e a basso costo che utilizzino materiali economici e a basso impatto ambientale.

Questa tesi affronta lo studio di diverse tecnologie di accumulo di energia termica su larga scala, con capacità di impatto, a diversi livelli di temperatura e sviluppo; con l’obiettivo di contribuire al grado di avanzamento di nuove soluzioni di stoccaggio energetico ad alta efficienza e basso impatto ambientale, che possano essere integrate in grandi centrali elettriche, facilitando l’integrazione delle fonti rinnovabili; dalla fase di proposta dell'idea preliminare, allo sviluppo del concept a livello di modelli, e con supporto sperimentale. Lo studio si concentra su tre promettenti tecnologie di stoccaggio dell’energia termica basate sul livello di temperatura. Il contributo della ricerca è suddiviso in tre capitoli, ciascuno dedicato a ciascun livello di temperatura.

Il sistema di accumulo di energia elettrotermica che utilizza cicli transcritici di anidride carbonica (CO2) come tecnologia di accumulo di energia termica a bassa temperatura, nell'ambito dei sistemi di energia termica, è in una fase iniziale nei livelli di sviluppo tecnologico. Viene sviluppata la validazione tecnico-economica del sistema di stoccaggio dell'energia a bassa temperatura e, come novità, è incorporato uno studio sull'innovativa integrazione con lo stoccaggio geologico della CO2. La CO2 catturata in una centrale elettrica o in un impianto industriale viene utilizzata come fluido di lavoro nel ciclo termodinamico proposto per immagazzinare energia elettrica da fonti rinnovabili sotto forma di energia termica e CO2 in formazioni sotterranee, sfruttando le alte pressioni utilizzate nell'ambiente transcritico ciclo di CO2, con un'efficienza di andata e ritorno compresa tra il 40 e il 50%, a seconda delle condizioni operative.

Il sistema di accumulo di energia termochimica basato sull'idrossido di calcio come tecnologia di accumulo di energia termica a media temperatura è in fase di laboratorio a livelli di sviluppo tecnologico. È un sistema di accumulo di energia termochimica basato sulla reazione reversibile di disidratazione/idratazione dell'idrossido di calcio. Viene sviluppata in dettaglio una validazione tecnico-economica del sistema di accumulo dell'energia a media temperatura. Come novità, vengono discusse le sfide tecnologiche del sistema, evidenziando l'importanza di recuperare il calore latente di condensazione del vapore generato nella reazione di disidratazione, che rappresenta il 38% dell'energia termica solare che raggiunge il reattore. Vengono analizzati casi estremi in cui tutto il calore latente viene recuperato e in cui questo calore viene rilasciato all'ambiente, e vengono proposti diversi meccanismi di recupero, come il ciclo Rankine dell'ammoniaca o lo stoccaggio del vapore pressurizzato, pur mantenendo la natura indipendente del calore latente. fasi di carico e scarico.

Il sistema di accumulo di energia termochimica basato sul looping del calcio come tecnologia di accumulo di energia termica ad alta temperatura corrisponde al sistema più sviluppato tra i termochimici a livello di preparazione tecnologica. L’analisi tecnico-economica effettuata colloca la tecnologia in una posizione molto competitiva rispetto ad altri sistemi di accumulo termico, con un’efficienza di conversione termico-elettrica che può raggiungere il 48% e un costo dell’elettricità livellato intorno ai 100 MWhe. Come novità, viene presentata la progettazione, sviluppo e testing della campagna sperimentale di un impianto pilota su scala kW, il primo di questo livello per la tecnologia Calcium-Looping, in cui l'autore è stato l'attore principale. La campagna sperimentale colloca la tecnologia nella fase di sviluppo tecnologico dimostrativo in un ambiente rilevante, sviluppando le reazioni di calcinazione e carbonatazione in pochi secondi in un reattore a flusso trascinato, alle condizioni di temperatura e pressione del sistema di accumulo basato su Calcium-Looping, che consentirebbe l’integrazione del sistema di accumulo nelle grandi centrali termoelettriche.

La struttura della tesi è la seguente. Nel primo capitolo, dedicato all'introduzione, vengono presentati il ​​background e le opportunità di ricerca rilevate, vengono delimitati gli obiettivi stabiliti nella tesi in base alle opportunità e l'ambito di studio, viene analizzato lo stato dell'arte e la metodologia e vengono mostrati il ​​piano di ricerca in base agli obiettivi prefissati, i risultati derivati ​​dalla tesi e la struttura che segue il documento. Dopo l'introduzione, vengono presentati i contributi alla ricerca, attraverso l'analisi delle tecnologie di accumulo dell'energia su larga scala, per alte, medie e basse temperature. Copre i capitoli 2 (stoccaggio a bassa temperatura basato su cicli transcritici di CO2), 3 (stoccaggio a media temperatura utilizzando la tecnologia dell'idrossido di calcio) e 4 (stoccaggio ad alta temperatura utilizzando la tecnologia del ciclo del calcio). Infine, un capitolo è dedicato alla discussione dei risultati, del lavoro futuro e delle conclusioni della ricerca. Infine, negli allegati sono riportate le pubblicazioni effettuate dall'autore nel corso dello sviluppo della presente tesi di dottorato.