Technological requirements in latent heat thermal energy storage systems: Study of the partial load operating conditions and the dynamic melting enhancement technique

Abstract

Les tecnologies d'emmagatzematge d'energia tèrmica (EET) esdevenen cabdals per tal de superar els inconvenients de les energies renovables. Els sistemes basats en aquesta tecnologia han de complir diversos requisits per tal de ser competitius en tots els nivells. D’entre tots els requisits, la present tesi doctoral està emmarcada en l'estudi dels tecnològics, i més concretament, en dos àmbits d'investigació. Per una banda, se centra en l'estudi de les condicions d’operació a càrrega parcial d’un sistema d’EET per calor latent amb l’objectiu d’optimitzar la seva estratègia de funcionament en un rang de temperatura comprès entre els 100 ºC i els 150 ºC. D'altra banda, aquesta tesi doctoral també se centra en l'estudi del concepte de fusió dinàmica en un sistema d’EET per calor latent de baixa temperatura (-10<T<10ºC) amb l’objectiu de millorar la transferència de calor entre el fluid caloportador i el material d’emmagatzematge tèrmic.

Las tecnologías de almacenamiento de energía térmica (AET) se convierten en primordiales para superar los inconvenientes de las energías renovables. Los sistemas basados en esta tecnología deben cumplir varios requisitos para ser competitivos a todos los niveles. De entre todos los requisitos, la presente tesis doctoral está enmarcada en el estudio de los tecnológicos, y más concretamente, en dos ámbitos de investigación. Por un lado, se centra en el estudio de las condiciones de operación a carga parcial de un sistema de AET por calor latente con el objetivo de optimizar su estrategia de funcionamiento en un rango de temperatura comprendido entre los 100 ºC y los 150 ºC. Por otra parte, esta tesis doctoral también se centra en el estudio del concepto de fusión dinámica en un sistema de AET por calor latente de baja temperatura (-10 <T <10ºC) con el objetivo de mejorar la transferencia de calor entre el fluido caloportador y el material de almacenamiento térmico.

Thermal energy storage (TES) technologies become crucial in order to overcome the disadvantages of renewables. Systems based on this technology must meet various requirements in order to be competitive at all levels. Among the different requirements, this PhD thesis is framed in the study of the technological ones, and more specifically, in two areas of research within these requirements. On the one hand, it focuses on the study of the partial load operating conditions in a mid-temperature range latent heat TES system (100 ºC < T < 150 ºC) in order to optimize its operation strategy. On the other hand, this PhD thesis also centres its attention on the study of the dynamic melting concept in a low-temperature range latent heat TES system (-10 <T <10ºC) to enhance the heat transfer between the heat transfer fluid and the TES material.