Hybrid electric energy storage with flexible multi-source charging system

This thesis aims to analyze an advanced energy system that combines a Thermal Energy Storage (TES) and an electrolyzer, both integrated in parallel. During the charging phase, the system is powered by electricity generated from renewable sources, with the TES storing energy as heat and the electrolyzer converting electrical energy into hydrogen through the water electrolysis process. During the discharge phase, the heat stored in the TES is transferred to a compressed air flow, which powers a gas turbine. At the same time, the hydrogen produced by the electrolyzer during the charging phase is used in the combustion chamber, following the heat exchanger, where the compressed air, preheated by the TES, is further heated before entering the turbine. This innovative system allows for the integration of renewable energy with efficient management of heat and hydrogen fuel, thus optimizing the overall process efficiency and reducing carbon emissions. The analysis includes thermodynamic and fluid dynamic simulations of the cycle, with particular focus on energy efficiency and the management of thermal and electrical flows within the system.

Il presente lavoro di tesi ha come obiettivo l'analisi di un sistema energetico avanzato che combina un Thermal Energy Storage (TES) e un elettrolizzatore, entrambi integrati in parallelo. Durante la fase di carica, il sistema viene alimentato da energia elettrica prodotta da fonti rinnovabili, con il TES che immagazzina energia sotto forma di calore e l'elettrolizzatore che converte l'energia elettrica in idrogeno attraverso il processo di elettrolisi dell'acqua. Nella fase di scarica, il calore accumulato nel TES viene trasferito a un flusso di aria compressa, destinata ad alimentare una turbina a gas. Contestualmente, l'idrogeno prodotto dall'elettrolizzatore nella fase di carica viene utilizzato nella camera di combustione in successione allo scambiatore di calore, dove l'aria compressa, preriscaldata dal TES, viene ulteriormente riscaldata prima di essere immessa nella turbina. Questo sistema innovativo permette di integrare l'energia rinnovabile con un'efficiente gestione del calore e del combustibile a idrogeno, ottimizzando così l'efficienza complessiva del processo e riducendo le emissioni di carbonio. L'analisi condotta include simulazioni termodinamiche e fluidodinamiche del ciclo, con particolare attenzione all'efficienza energetica e alla gestione dei flussi termici ed elettrici all'interno del sistema.