Accumulare calore/freddo invece di energia elettrica

[janvaljan]

Di sistemi per accumulare energia elettrica ce ne sono e ce ne saranno di vari tipi, e come tutti prevedono le capacità aumenteranno esponenzialmente.
Sento però parlare poco o niente di sistemi per accumulo del calore, se non accoppiati alla generazione elettrica (solare termodinamico, CAES adiabatico).
Ma dato che più del 50% dei consumi elettrici sono per riscaldamento/raffreddamento ( https://www.eia.gov/energyexplained/...lectricity.php ) perchè non accumulare direttamente caldo/freddo? Ovviamente su base giornaliera, dato che le perdite nel tempo sono ben più alte rispetto ad altri sistemi di accumulo.
Faccio un esempio pratico: accumulo di calore con paraffina. Temperatura di fusione: 54°, Calore latente di fusione: 250 kJ/kg, ossia 0,08 kwh/kg. Il valore è confrontabile con la densità energetica di una batteria al litio (0,2 kwh/kg), con un materiale più economico e più facile da produrre!
Una casa, un condominio, o un edificio industriale del futuro potrebbe dotarsi di accumuli a cambiamento di fase per il caldo e il freddo accoppiati a pompe di calore, così da svincolarsi dalle effettive necessità momentanee e regolare la produzione in base all'energia autoprodotta e/o al prezzo istantaneo della corrente. Ne gioverebbe anche l'intero sistema elettrico che "vedrebbe" una grossa fetta del carico autoregolarsi appiattendo le curve di carico.
Che ne pensate?

 

[gigisolar]

il fatto è che in inverno, quando serve calore, se ne può generare poca di energia, a prescindere del sistema di accumulo.
Anche chi ha sistemi che sfruttano il solare termico per aiutare il riscaldamento in inverno, piuttosto che accumulare cercano di usare in tempo reale la "poca", ovvero insufficiente, energia prodotta, vedi l'impianto di @sergio&teresa.

 

[janvaljan]

il fatto è che in inverno, quando serve calore, se ne può generare poca di energia, a prescindere del sistema di accumulo.
Anche chi ha sistemi che sfruttano il solare termico per aiutare il riscaldamento in inverno, piuttosto che accumulare cercano di usare in tempo reale la "poca", ovvero insufficiente, energia prodotta, vedi l'impianto di @sergio&teresa.

Ok però in ottica di un futuro 100% rinnovabili (o anche solo 75%) avrò dei momenti in inverno in qui l'eolico potrbbe rappresentare gran parte della produzione e far calare i prezzi della corrente quasi a 0. In quel momento dovrò accumulare energia, e chi ha detto che questa debba per forza essere energia elettrica? Faccio andare tutte le pompe di calore a palla e mi accumulo calore sfruttando il cambiamento di fase, o anche semplicemente come accumulo di acqua calda. Ci sono alternative alle batterie in base a come si intende usare l'energia, bisogna cominciare seriamente a pensarci!

 

[Ospite]

Accumuli del genere hanno/avrebbero senso solo su base stagionale (accumulo d'estate quando c'è energia in eccesso per riutilizzare d'inverno), ma servono volumi (e costi) enormi. Quando sono entrato in questo forum molto tempo fa su ebay vendevano (o meglio qualcuno proponeva, chissà se ne hanno mai venduto uno) accumuli di paraffina con prezzi da 10-15 keuro....

 

[janvaljan]

Accumuli del genere hanno/avrebbero senso solo su base stagionale (accumulo d'estate quando c'è energia in eccesso per riutilizzare d'inverno), ma servono volumi (e costi) enormi. Quando sono entrato in questo forum molto tempo fa su ebay vendevano (o meglio qualcuno proponeva, chissà se ne hanno mai venduto uno) accumuli di paraffina con prezzi da 10-15 keuro....

Mah, di nuovo non mi sembra che quando si parli di batterie ci si riferisca ad accumuli stagionali. Ripeto il mio confronto è principalmente con le batterie, sia a livello residenziale che a livello di accumulo centralizzato di rete.
Se l'energia accumulata nelle batterie la si userà per il 30-40% per fare caldo/freddo, perchè non accumulare direttamente caldo/freddo?
2 esempi:
- sono d'estate in giornate molto afose, faccio andare il condizionatore anche di notte. Il mio pacco batterie Tesla lo devo dimensionare anche per questo caso (oltre che per ricaricare la macchina elettrica che di giorno uso). Potrei invece usare un accumulo a cambiamento di fase a 10-15° e "caricarlo" di giorno per poi usarlo di notte. Con qualche perdita termodinamica si potrebbe usare anche ghiaccio, con volumi molto più grossi semplice acqua
- sono d'inverno e le pompe di calore partono tutte insieme tra le 6 e le 8 di mattina a tre le 7 e le 9 la sera. Anche qui avrei bisogno di accumuli elettrici locali o centralizzati, quando invece potrei produrre il calore con calma (e volendo con impianti di minore potenza) in altri momenti della giornata seguendo la produzione delle rinnovabili e non sovraccaricando il sistema

 

[Lupino]

non mi sembra che quando si parli di batterie ci si riferisca ad accumuli stagionali.

Perché neppure loro lo sono.
Si preferiscono le batterie perché quella elettrica è la forma di energia più "nobile" in quanto è possibile trasformarla a piacimento... energia meccanica, termica etc. etc.
Un solare termico con accumulo a paraffina avrebbe si un rendimento "istantaneo" maggiore (il termico ha un rendimento di c.ca il 70% contro un 25% del FV) ma, di contro, avrebbe tutta una serie di lati negativi in più. In primis l'isolamento. Una batteria carica può restare tale per periodi ragionevolmente lunghi, un serbatoio di paraffina dopo 2/3 giorni è nuovamente allo stato solido (ovviamente si parla di accumuli casalinghi).
Ma non solo, se usata con PdC, l'energia elettrica ridistribuisce in calore in media almeno il 75% (COP 3) del rendimento andando quindi a superare il solare termico.
Un accumulo realmente funzionale, come dice S&T, dovrebbe essere stagionale. In tal senso si stanno facendo impianti pilota basati sul idrogeno.... viene immagazzinato in bombole elettrolizzando acqua in estate, ed utilizzato in inverno sia per il riscaldamento che, tramite celle a combustibile, per l'energia elettrica.

Potrei invece usare un accumulo a cambiamento di fase a 10-15° e "caricarlo" di giorno per poi usarlo di notte....

Mi sfugge quale sia il materiale con cambiamento di fase a 10-15° ma a parte quello, come lo useresti in accoppiata ad una PdC?

 

[Lupino]

Aggiungo una cosa notata solo ora...

... ossia 0,08 kwh/kg. Il valore è confrontabile con la densità energetica di una batteria al litio (0,2 kwh/kg)...

Mica tanto, stiamo parlando comunque di quasi 1/3 a parità di peso ma soprattutto, avendo la paraffina una densità di 0.9 g/cm3 (allo stato solido), si avrà una densità energetica per volume pari a 0.072 kWh/l contro i 0.25 - 0.63 kWh/l degli accumulatori al litio (fonte wiki) ovvero da circa 1/4 a circa 1/10 di spazio occupato a parità di energia elettrica .... senza ovviamente calcolare, per quanto riguarda la paraffina, il contenitore e l'isolamento dello stesso

 

[Ospite]

Aggiungo anche che se d'inverno accendi il riscaldamento solo 4 ore al giorno.... non ha senso spendere per nessun accumulo.....

 

[janvaljan]

Mi sfugge quale sia il materiale con cambiamento di fase a 10-15° ma a parte quello, come lo useresti in accoppiata ad una PdC?

Di PCM ce n'è una carrellata in parecchie ricerche, tipo qui, lo spettro va da 0 a 60°. Il mio esempio era per il condizionamento: si produrebbe freddo in condizioni favorevoli (quando si ha parecchio fotovoltaico/di notte quando la temperatura esterna scende/in generale seguendo il prezzo istantaneo della corrente) con un impianto potenzialmente di taglia minore e che lavora a carico fisso, l'accumulo gestirebbe i picchi.

Aggiungo una cosa notata solo ora...
... ossia 0,08 kwh/kg. Il valore è confrontabile con la densità energetica di una batteria al litio (0,2 kwh/kg)...
Mica tanto, stiamo parlando comunque di quasi 1/3 a parità di peso ma soprattutto, avendo la paraffina una densità di 0.9 g/cm3 (allo stato solido), si avrà una densità energetica per volume pari a 0.072 kWh/l contro i 0.25 - 0.63 kWh/l degli accumulatori al litio (fonte wiki) ovvero da circa 1/4 a circa 1/10 di spazio occupato a parità di energia elettrica .... senza ovviamente calcolare, per quanto riguarda la paraffina, il contenitore e l'isolamento dello stesso

e i costi? La paraffina a livello industriale sta sotto 1€ al chilo per cui al massimo 12 € al kwh. Le batterie stiamo sui 160 € al kwh! Direi che per il momento non c'è confronto, per non parlare dei discorsi produzione e smaltimento.
Ripeto, anche lasciando da parte il discorso residenziale, se si vogliono raggiungere numeri importanti per lo stoccaggio di energia le batterie probabilmente non basteranno e l'idrogeno è ancora in fase embrionale. Stoccaggi di calore/freddo con pdc che inseguono la produzione delle rinnovabili possono dare una grossa mano al sistema elettrico in modo relativamente semplice.

Segnalo a questo link un'interessane panoramica dei sistemi di accumulo termico

 

[Lupino]

Uhmmm... tralasciando le varie tipologie di materiale....

La paraffina a livello industriale sta sotto 1€ al chilo per cui al massimo 12 € al kwh. Le batterie stiamo sui 160 € al kwh! Direi che per il momento non c'è confronto...

Ma anche no, non stai considerando tutto il sistema di cui le batterie o la paraffina sono solo una parte. Non stai considerando che le batterie, collegate ad una PdC sono in grado di triplicare, quadruplicare o quintuplicare la loro capacità energetica in calorie (o frigorie).
Come dice più su S&T, impianti con accumulo a paraffina non sono una novità, hanno comunque costi importanti e, tutto sommato, possono comunque essere concorrenziali ma solo se confrontati con i classici ad acqua in quanto riducono anche del 50% lo spazio accumulato. Ma esattamente come questi ultimi non possono esser pensati per un accumulo "factotum" giornaliero, quanto come volano termico per sistemi di riscaldamento il cui controllo non è così puntuale (legno, pellet etc. etc.) o semplicemente per l'ACS
L'accumulo energetico per eccellenza è quello che mi permette di trasformare l'energia in esso contenuta nei modi che più mi confacciano. Meccanica se collego un motore, luminosa collegando lampadine, termica collegandovi una PdC.
Non sottovalutare inoltre che un accumulo ad energia elettrica con relativo sistema ad esso connesso è "pressoché indipendente" dalla tipologia di batterie collegate

 

[JO GREEN]

Aggiungo anche che se d'inverno accendi il riscaldamento solo 4 ore al giorno.... non ha senso spendere per nessun accumulo.....

Non ho le competenze tecniche per dare un contributo valido in questa discussione ma in 3 anni di riscaldamento con PDC mi sono resa conto che è la casa stessa a farti da “accumulo” termico.
Ho capito che impostando al 40% l’assorbimento massimo e acceso tutto il giorno (o per parecchie ore), è la casa stessa con mobili, pavimenti e mura ad accumulare calore.

Durante i giorni più freddi non posso ridurre la potenza ma parliamo di un mese scarso (in cui la potenza serve tutta). Diciamo da Natale fino al 20 gennaio circa.


Ho l’app che mi indica i consumi e all’inizio ho provato ad usarla come una caldaia (1 ora accesa al mattino) e mezz’ora prima di rientrare a casa fino a 1 ora prima di dormire.

Mi dava noia la sensazione di phon caldo in un ambiente freddo e consumavo di più che a tenerla accesa tutto il giorno.

 

[janvaljan]

Signori, qui siete tutti piú che esperti di risparmio energetico a livello domestico/residenziale, sicuramente molto piu´ di me, ma l´idea era portare la discussione a un livello piú alto, ossia a livello di sistema.

Per un futuro 100% rinnovabile servirebbero per l´Europa 16000 GWh di stoccaggi elettrici (secondo questo studio). Ovviamente saranno forniti da diverse tecnologie (idroelettrico, batterie, aria compressa? gravitazionale?) ma perché non includere in questo mix anche l'accumulo termico? Grosse utenze di uffici o industriali dotate di accumuli termici potrebbero fungere da equilibratori del sistema variando il carico per seguire la produzione rinnovabile, e limitando la necessità di batterie.

 

[Ospite]

Ma infatti ci starebbe, solo che dimensionato su base giornaliera ha poco senso, come già detto.

 

[Lupino]

Esatto, anche perché su base giornaliera, quando servirebbe, ovvero in inverno, l'energia sarebbe comunque poca .... come dice JO meglio usarla subito e lasciare che sia la casa (soprattutto se ben isolata o con una buona inerzia termica) a fungere da accumulo.
Su base stagionale invece i discorsi cambierebbero radicalmente, ma gli accumuli, oltre a dover essere in grado di servire le varie tipologie di prelievo, dovrebbero comunque essere il più possibile stabili nel tempo.
E' per quello che dico che un accumulo termico, sia esso a paraffina, ad acqua, ad olio, sali fusi (vedi termodinamico a concentrazione) o semplici pietre (eh si, anche queste sono un ottima forma di accumulo) ha comunque un senso solo se usato come volano termico per generatori di determinate tipologie (legno e derivati in primis) in cui cioè le basse temperature necessarie alle impiantistiche moderne non sarebbero così facilmente ottenibili o gestibili.

 

[janvaljan]

Ma infatti ci starebbe, solo che dimensionato su base giornaliera ha poco senso, come già detto.

Talmente poco senso che i danesi lo stanno facendo da anni per bilanciare la loro rete elettrica dove l'eolico è al 50% https://ens.dk/sites/ens.dk/files/Gl...wer_system.pdf

Heat production using electric boilers or heat pumps. This solution converts electrical power into heat thus enabling operators to tap into balancing markets and take advantage of the increased number of hours with low electricity prices while still meeting heat demand (Figure 18).
Additional water-based heat storage used to shift power production. Heat storage offers short term flexibility in a simple, relatively efficient and low-cost way.

 

[Ospite]

Vedo che hai ancora qualche sasso nella scarpa da dover riesumare una discussione di mesi fa.

La produzione di calore con pompe di calore o caldaie elettriche direi che nulla c'entra con l'accumulo termico.
Riguardo agli accumuli d'acqua come serbatoi, naturalmente fermi il copia-incolla alla frase di effetto. Peccato che quella dopo dica: "However, they cannot operate for longer durations as this would require larger investments making alternatives such as electric boilers a better solution."

Vedi che alla fine si ritorna ad una soluzione come la mia, che accumulo calore in giornata quando c'è per usarlo subito, se parliamo di acqua. Se parliamo invece di paraffina o altri materiali a cambio di fase, avrebbe senso un accumulo stagionale, ma a che prezzo?

 

[janvaljan]

Riesumo perchè ho trovato quel documento ora, stavo discutendo con mio fratello (nuclearista) di come si possa arrivare al 100% rinnovabili e la Danimarca è un ottimo esempio.

Io ho sempre parlato di accumulo in giornata, stagionale non lo vedrei in principio fattibile. Quello che voglio dire in questa discussione, e forse non si è capito, è che stiamo tutti inseguendo l'accumulo elettrico installandoci powerwall a casa, ma se poi la corrente la usi per fare caldo/freddo meglio accumulare quelli!

Ad esempio non mi pare di aver mai sentito di boiler di acqua fredda o accumuli ghiaccio per assicurare HVAC gratis dopo il tramonto, o meglio l'ho sentito già nel 2014 ma poi più nulla

 

[Ospite]

Con me sfondi una porta aperta se il tema è “non usare la corrente elettrica per fare l’acqua calda”. C’è il solare termico che ha un’efficienza ben più elevata di qualunque FV, ma la gente non lo capisce (e purtroppo anche il mercato propone prezzi troppo elevati).

Su accumuli di acqua fredda o ghiaccio non saprei. Da gestire l’aumento di volume.

Un’altra ipotesi che qualcuno aveva messo in pratica qui sul forum era il cosiddetto “accumulo canadese” (mi pare si chiamasse così), ovvero una serie di sonde geotermiche per estrarre calore dal terreno nella brutta stagione e ricaricarlo nella bella stagione tramite solare termico. Se non ricordo male l’utente Telamonio (che non scrive più da tempo) aveva fatto un impianto simile.

 

[janvaljan]

Visto l'iniziale scetticismo, vi consiglio un video molto interessante

Come vedete ci sono parecchie idee sull'accumulo di calore...non mi meraviglierei se questo settore avesse un boom anche maggiore di quello delle batterie

 

[Grazz]

Ciao, finalmente trovo un pazzo con la mia idea...

spiego meglio.
HPU Hybrida da 5Kw.
quest'anno gli ho montato il mio bel sanicube in scarico totale.
ACS ancora in istantaneo (non ho detto alla macchina del serbaoio - anche se la tre vie motorizzata è gia lì pronta per essere collegata alla macchina)
(ho messo anche il "gruppo solare", deviatrice + miscelatrice, in attesa di montare quando avrò tempo 3 bei V26 di cui uno da revisionare)

un bel tubo in corrugato Inox sparato verso il fondo e poi su a spirale per fare preriscaldo ACS.
ritorno dal riscaldamento sparato da metà serbatoio fino quasi al fondo in scarico totale.
quando le termostatiche in casa chiudono la valvola di Bypass devia verso una terza serpentina Alta e poi da questa ancora nel collettore dei ritorni e da qui giu ancora nella serpentina bassa
e poi finalmente torniano alla Hybrida.

climatica puntata con media delle 12 ore con programmazione oraria fatta in modo da avere le T di mandata + alte nella mattina (in caso di cielo sereno +basse le Temp esterne la notte + alte le Temp di mandata la mattina) quando il FV mi produce di piu.

effetto: con qualche smanacciamento sullo sfalsamento sono riuscito a usare il FV per portare la T del sanicube da 35 (punto + basso della curva climatica di mandata) fino anche a 55... poi quando il sole va dietro le piante brusco abbassamento della T e ritorno a 35...e pdc ferma per almeno 4 ore (azionamento a campione della pompa di circolazione) a scarico del serbatoio...

Arriviamo ai PCM... se nel sanicube metto dei PCM "macroincapsulati" con T di transizione di fase opportunamente scelta potrei limitare il salto termico, avere magari COP migliori e aumentare il calore accumulato senza aumentare le dimensioni del serbatoio.

"www.axiotherm.de" se qualcuno ci vuol dare un occhio...

arriva il difficile
1) penso che il costo dei PCM abbia tempo di ritorno dell'investimento Luuuunghissimo
2) la stessa scelta del PCM è importante volevo una T di transizione attorno ai 40° ma i materiali con maggiore calore latente sono a 36° o a 44° (magari un po dei primi + in basso e un po dei secondi + in alto)

l'obiettivo è accumulare quanta piu energia termica possibile e sfruttarla quando il sole cala...(si parla ovviamente di scarico carico giornaliero)

pareri?

Grazie