Isaac Dynamics: Simulatore Impianto CSP

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1 Isaac Dynamics: Simulatore Impianto CSP

2 SOMMARIO IMPIANTO SOLARE A CONCENTRAZIONE : DESCRIZIONE CICLO PRODUZIONE SOLARE CICLO PRODUZIONE ELETTRICA MODELLO IMPIANTO CSP : CAMPO SOLARE ED ACCUMULO TERMICO MODELLO IMPIANTO CSP : SISTEMA ACQUA VAPORE STATI OPERATIVI DELL IMPIANTO SIMULAZIONE PASSAGGIO DA SN A CN CAMPO SOLARE SIMULAZIONE PASSAGGIO DA CN A SR CAMPO SOLARE SIMULAZIONE PASSAGGIO DA CN A SN CAMPO SOLARE FLOW SHEET IMPIANTO

3 IMPIANTO SOLARE A CONCENTRAZIONE: DESCRIZIONE Impianto solare basato sulla tecnologia a concentrazione per la produzione di vapore da inviare a un gruppo di generazione elettrica a vapore. L energia solare è captata mediante dei collettori parabolici lineari costituiti da un riflettore di forma parabolica (specchio) che concentra continuamente, tramite opportuno sistema di controllo, la radiazione diretta del sole su un tubo ricevitore disposto sul fuoco della parabola. All interno del tubo circola il fluido che assorbe l energia solare. In questo caso si tratta di una miscela di sali fusi NaNO 3 /KNO 3

4 IMPIANTO SOLARE A CONCENTRAZIONE: DESCRIZIONE In presenza di DNI, i sali sono inviati dal serbatoio freddo (290 C) attraverso la rete di collettori solari dove raggiungono T= 550 C e ritornano al serbatoio caldo dove si realizza l accumulo di energia. Quando è richiesta la produzione di energia elettrica, i sali fusi del serbatoio caldo sono inviati al GV per la produzione di vapore ad alta pressione (100 Bar, 535 C) per poi rientrare al serbatoio freddo. Il vapore prodotto è inviato poi ad una turbina a vapore.

5 CICLO PRODUZIONE SOLARE Campo solare : 10 stringhe in parallelo ognuna composta da 8 collettori parabolici lineari. Sistema di accumulo : serbatoio CALDO operante a Tnom = 550 C e serbatoio FREDDO operante a Tnom = 290 C Entrambi sono dotati di sistema di riscaldamento ausiliario. I sali in uscita dal campo solare sono normalmente inviati al serbatoio caldo. Una linea di bypass consente di ricircolare i sali dal campo solare al serbatoio freddo quando la temperatura di uscita è insufficiente, ad esempio durante la circolazione notturna.

6 CICLO PRODUZIONE ELETTRICA Quando è richiesta la produzione di elettricità i sali dal serbatoio caldo vengono pompati al generatore di vapore solare (GVS) costituito da : Economizzatore Evaporatore Surriscaldatore A Sali fusi I sali in uscita sono inviati al serbatoio freddo.

7 CICLO PRODUZIONE ELETTRICA L acqua alimento, preriscaldata, passa attraverso l Economizzatore ed entra nel corpo cilindrico ad alta pressione (100 bar). Il vapore generato viene inviato dal Corpo Cilindrico ad un SuperHeater, che porta la sua temperatura da 312 C a 535 C. Il vapore surriscaldato prosegue poi verso la turbina.

8 MODELLO IMPIANTO CSP : CAMPO SOLARE ED ACCUMULO TERMICO

9 MODELLO IMPIANTO CSP : CAMPO SOLARE ED ACCUMULO TERMICO

10 MODELLO IMPIANTO CSP : SISTEMA ACQUA VAPORE

11 STATI OPERATIVI DELL IMPIANTO Sezione Modalità operativa Codice Campo Solare Circuito GV Produzione Normale Ricircolo Circolazione Notturna Produzione Vapore normale Produzione Vapore normale e reintegro calore al serbatoio freddo GV in stand-by GV in stand-by e reintegro calore al serbatoio freddo SN SR CN PN PR SB GR

12 STATI OPERATIVI DELL IMPIANTO Campo Solare : Stato di Produzione Normale (SN) Il sale viene pompato dal serbatoio freddo al serbatoio caldo attraverso il campo solare. Il fluido proveniente dal campo solare è inviato al serbatoio caldo per creare l accumulo di energia ad alta temperatura del sistema. L attivazione dello stato SN si ha al superamento, all uscita dal campo solare, di una temperatura sufficiente (tipicamente 520 C). La portata dei sali è regolata in funzione dell intensità della radiazione solare, in modo da mantenere costante la temperatura media di uscita dal campo solare al valore tipico di 550 C. La regolazione viene effettuata agendo sulla velocità della pompa. La portata dei sali nelle varie stringhe sarà bilanciata agendo sulle valvole di regolazione in ingresso.

13 STATI OPERATIVI DELL IMPIANTO Campo Solare: Stato in Ricircolo (SR) Si attua in presenza di basso irraggiamento e comunque quando la temperatura in uscita dal campo solare è insufficiente. Il sale viene pompato dal serbatoio freddo e vi ritorna attraverso il campo solare. L attivazione dello stato SR si può avere ad esempio all alba, quando l irraggiamento supera una certa soglia, tipicamente 100 W/m2 e permane fin quando la temperatura di uscita dal campo solare non è sufficiente alla transizione allo stato SN.

14 STATI OPERATIVI DELL IMPIANTO Campo Solare: Stato in Circolazione Notturna (CN) Il circuito corrisponde a quello dello stato SR i collettori sono però posti nella condizione di riposo (90 o 120 ), sono quindi inattivi. La portata dei sali è mantenuta costante (50% di quella nominale). Lo stato CN viene attivato al tramonto e perdura fino all alba successiva quando viene superata la soglia di irraggiamento di 100 W/m 2 oppure nel caso in cui il serbatoio freddo si trova ad una temperatura troppo elevata, se lo stato operativo è SR.

15 STATI OPERATIVI DELL IMPIANTO Generatore di vapore : Stato in Produzione Normale (PN) Questo stato viene attivato quando il livello del serbatoio caldo è sufficiente per mantenere una produzione di vapore per un tempo significativo. Il sale dal serbatoio caldo viene inviato, attraverso la pompa, al GV per poi rientrare nel serbatoio freddo. La portata di sale è definita in base al carico (portata di vapore) richiesto.

16 STATI OPERATIVI DELL IMPIANTO Generatore di vapore : Stato in Produzione Normale e Reintegro (PR) Questo stato viene attivato quando il livello del serbatoio caldo è sufficiente per mantenere una produzione di vapore per un tempo significativo ma la temperatura del serbatoio freddo è inferiore ad un certo valore. Il sale viene inviato dal serbatoio caldo a quello freddo attraverso il GVS, contestualmente viene effettuato un miscelamento tra la portata di sale che ritorna al serbatoio freddo e una frazione di portata proveniente dal serbatoio caldo per controllare la temperatura di reintegro del sale inviato al serbatoio freddo.

17 STATI OPERATIVI DELL IMPIANTO Generatore di vapore : Stato in Stand-by (SB) Questo stato è attivato quando il livello del serbatoio caldo è al di sotto di un certo valore ( tip. di notte) o quando occorre arrestare la produzione di vapore. Una parte del sale che è inviato dal serbatoio freddo al campo solare viene derivato mediante una linea di by-pass e viene inviato al GV per mantenerlo in temperatura (al di sopra della T di congelamento dei sali). Il vapore e l acqua presenti nel GV rimangono imbottigliati. Il sale rientra poi al serbatoio freddo.

18 STATI OPERATIVI DELL IMPIANTO Generatore di vapore : Stato in Stand-by e Reintegro serbatoio freddo (GR) Questo stato viene attivato quando il livello del serbatoio caldo è al di sotto di un certo limite (tip. di notte) oppure se occorre arrestare la produzione di vapore e allo stesso tempo la temperatura del serbatoio freddo è al di sotto di un certo valore. E uno stato transitorio che si interrompe quando il livello del serbatoio caldo raggiunge il valore limite inferiore operativo o la temperatura del serbatoio freddo è rientrata nei limiti previsti. Una parte del sale che è inviato dal serbatoio freddo al campo solare viene inviato al GV per mantenerlo in temperatura (tramite linea bypass). Il vapore e l acqua presenti nel GV rimangono imbottigliati. Il sale rientra poi al serbatoio freddo. Contemporaneamente una certa portata di sale viene inviata dal serbatoio caldo a quello freddo per controllarne la temperatura.

19 STATI OPERATIVI DELL IMPIANTO

20 STATI OPERATIVI DELL IMPIANTO

21 SIMULAZIONE PASSAGGIO DA SN A CN CAMPO SOLARE SN Variazione orario modulo SUN Simulazione fino a Tout=520 C Defocalizzazione Specchi Riduzione numero giri pompa, chiusura V7, apertura V6 Serbatoio Freddo Serbatoio Caldo Riduzione portata Sali al 50% del nominale Attivazione Stato CN

22 SIMULAZIONE PASSAGGIO DA SN A CN CAMPO SOLARE Mantenendo il sistema in queste condizioni, la simulazione è stata condotta per 12 ore. Dopo questo intervallo di tempo la temperatura dei sali in uscita dal campo solare si stabilizza sui 280 C e quella del Cold Tank sui 288 C.

23 SIMULAZIONE PASSAGGIO DA CN A SR CAMPO SOLARE CN Variazione orario modulo SUN (ore 19 del 21/6 ore 5,18 del 22/6) DNI = 100 W/m2 Attivazione Stato SR Focalizzazione Specchi T out = 520 C (Ore 8,10) Attivazione Stato SN Apertura V7, chiusura V6

24 SIMULAZIONE PASSAGGIO DA CN A SN CAMPO SOLARE La sovratemperatura dei sali in uscita dal campo solare che si nota nel grafico delle temperature IN- OUT dal campo tra le ore 12,30 e 13,30 circa è dovuta alla manovra effettuata sulla pompa PC1A per portarla nelle condizioni nominali previste (la sua velocità è stata ridotta da 153 rad/s a 111rad/s).

25 FLOW SHEET IMPIANTO

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