Analisi energetica ed economica di un sistema PTES basato su ciclo Rankine

Questo elaborato analizza i Pumped Thermal Energy Storage (PTES) basati su ciclo Rankine e, in particolare, la loro configurazione termicamente integrata (TI-PTES) con diverse sorgenti di calore rinnovabili e di scarto. L’obiettivo è presentare l’attuale stato dell’arte e valutare in modo comparativo le prestazioni termodinamiche ed economiche di tali sistemi con quelle di tecnologie di accumulo più affermate. È stata condotta un’analisi della letteratura scientifica, identificando i parametri che influenzano l’efficienza complessiva (ηrt), il costo livellato di accumulo (LCOS) e la densità energetica (ESD). I risultati mostrano che, in condizioni ottimizzate, i TI-PTES possono raggiungere comprese tra 70 e 78 %, con valori teorici superiori al 100 % (il calore integrato non è incluso nel bilancio energetico di carica). Dal punto di vista economico, l’LCOS varia tra 0,17 e 0,44 $/kWh a seconda della fonte di calore integrata: i valori più competitivi si ottengono per calore di scarto industriale (0,23 $/kWh) e geotermico (0,17 $/kWh), mentre l’impiego di calore solare o da rete di teleriscaldamento risulta più costoso. Le prestazioni aumentano con la temperatura di evaporazione della pompa di calore (da 30 °C a 70 °C, con incremento di da 30 % a circa 80 %) e con portate termiche elevate (≥100 kg/s), che rendono i sistemi più adatti a taglie medio-grandi. L’accumulo sensibile, pur essendo affidabile ed economico, mostra densità energetiche limitate a 1–4 kWh/m³, mentre l’impiego di PCM può aumentarla fino a 15–30 kWh/m³. La scelta dei fluidi di lavoro è cruciale: le miscele zeotropiche migliorano l’accoppiamento termico a basse temperature, ma la loro applicazione è ancora limitata da scarsa maturità sperimentale e stabilità compositiva. In letteratura sperimentale, i prototipi di laboratorio mostrano efficienze round-trip inferiori (≈18–47 %) ed efficienze energetiche complessive () pari a 12,5–19,9 %, evidenziando un significativo divario tra prestazioni teoriche e applicazioni reali.