LEZIONE 7 REV2 DEL 17/01/2008. FONTI DI ENERGIA ED IMPIANTI: la cogenerazione. Mantova, 2007/12/14

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1 LEZIONE 7 REV2 DEL 17/01/2008 FONTI DI ENERGIA ED IMPIANTI: la cogenerazione Mantova, 2007/12/14

2 INDICE 2/19 LEZIONE N. 7: FONTI DI ENERGIA ED IMPIANTI TIPOLOGIE DI IMPIANTO LE FONTI FOSSILI: IL LORO RUOLO LE FONTI RINNOVABILI: IL LORO RUOLO

3 TIPOLOGIE DI IMPIANTO 3/19 TIPOLOGIE CONVENZIONALI: TERMOELETTRICA TRADIZIONALE IMPIANTI TURBOGAS O IMPIANTI CON TV OLIO COMBUSTIBILE CARBONE GAS NATURALE GASOLIO CICLI COMBINATI GAS NATURALE /TRIGENERAZIONE A COMBUSTIBILI FOSSILI A COMBUSTIBILI RINNOVABILI

4 PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA 4/19 NEGLI IMPIANTI DI GENERAZIONE ELETTRICA (TERMOELETTRICHE, CICLI COMBINATI) AVVIENE LA CONVERSIONE DELL ENERGIA CONTENUTA NEI COMBUSTIBILI IN ENERGIA ELETTRICA. ELETTRICITÀ FORMA DI ENERGIA PREGIATA, NON IMMAGAZZINABILE MA ISTANTANEAMENTE DISPONIBILE, TRASPORTABILE, UTILIZZABILE VALGONO LE SEGUENTI DEFINIZIONI : POTENZA NOMINALE (kw O kva) >> MASSIMA POTENZA FORNITA IN REGIME CONTINUO, IN DETERMINATE CONDIZIONI DI FUNZIONAMENTO, DA UNA MACCHINA POTENZA NOMINALE DI UNA CENTRALE >> Σ DELLE POTENZE NOMINALI DELLE MACCHINE DELLO STESSO TIPO INSTALLATE IN CENTRALE (TURBINE kw; GENERATORI kva)

5 PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA 5/19 POTENZA EFFICIENTE DI UNA CENTRALE (kw) è LA MASSIMA POTENZA EROGABILE IN FUNZIONAMENTO CONTINUO (> 15 ORE), PER LA PRODUZIONE ESCLUSIVA DI POTENZA ATTIVA. SI PARLA DI LORDO O NETTO A SECONDA CHE VENGA ESCLUSA O INCLUSA NEL CONTEGGIO L ALIMENTAZIONE DEI SERVIZI AUSILIARI FATTORE DI UTILIZZAZIONE DELLA MASSIMA POTENZA ELETTRICA : RAPPORTO TRA L ENERGIA PRODOTTA IN UN DATO INTERVALLO DI TEMPO E L ENERGIA PRODUCIBILE ALLA MASSIMA POTENZA NELLO STESSO INTERVALLO

6 6/19 I SISTEMI DI, OSSIA PRODUZIONE COMBINATA DI ENERGIA MECCANICA E TERMICA, A SECONDA DELL IMPIEGO POSSONO ESSERE FORMATI DA UNITÀ SINGOLE O MODULARI QUALI: MOTORI ALTERNATIVI, TURBINE A GAS, TURBINE A VAPORE IN CONTROPRESSIONE (+ORC). QUESTI SISTEMI SONO CARATTERIZZATI DALL'AVERE IN INGRESSO ENERGIA TERMICA SOTTO FORMA DI COMBUSTIBILE O VAPORE E IN USCITA, A SECONDA DEI RENDIMENTI E DELLE CONDIZIONI OPERATIVE, ENERGIA TERMICA SOTTO FORMA DI SCARICHI ED ENERGIA MECCANICA, CONVERTIBILE IN ELETTRICA TRAMITE GENERATORI. PER SELEZIONARE PROPRIAMENTE LE DIMENSIONI E LE MODALITÀ OPERATIVE DEL MOTORE, SI DEVONO VALUTARE I CARICHI ELETTRICI TERMICI ED EVENTUALMENTE FRIGORIFERI DEL SISTEMA (ORARI, GIORNALIERI, MENSILI, ANNUALI), A SECONDA DEL TIPO DI ANALISI CHE SI INTENDE CONDURRE.

7 7/19 PRODUZIONE COMBINATA DI ENERGIA ELETTRICA E TERMICA. NORMALMENTE L ENERGIA ELETTRICA VIENE PRODOTTA CON UN RENDIMENTO DEL 35-40%, DOVE IL RENDIMENTO È DATO DAL RAPPORTO TRA ENERGIA ELETTRICA PRODOTTA ED ENERGIA IN INGRESSO SOTTO FORMA DI COMBUSTIBILE. LA MAGGIOR PARTE DELLE PERDITE È DOVUTA ALLA GRANDE QUANTITÀ DI CALORE CONTENUTA NEI FUMI O NELL ACQUA DI RAFFREDDAMENTO CHE NON VIENE RECUPERATA. COME POSSO RECUPERARE QUESTO CALORE? UTILIZZO IL CALORE PER SODDISFARE LE RICHIESTE DI ENERGIA TERMICA (RISCALDAMENTO AMBIENTI, USI DI PROCESSO) CHE DOVREBBERO ESSERE SODDISFATTE ALTRIMENTI ATTRAVERSO LA PRODUZIONE DI CALORE CON CENTRALI TERMICHE TRADIZIONALI

8 PRODUZIONE TERMOELETTRICA 8/19

9 : TIPLOGIE DI SOLUZIONI IMPIANTISTICHE 9/19 Ingresso acqua dall utenza Acqua all utenza Acqua raffr. motore Olio lubrif. motore Gas di scarico MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA lato produzione elettrica

10 10/19

11 11/19 IN FIGURA È STATO RIPORTATO UN CARICO ORARIO DI UN IPOTETICA UTENZA IN UN TIPICO GIORNO INVERNALE. SI POSSONO NOTARE LE CARATTERISTICHE SALIENTI DI UNA SIMILE CURVA DI RICHIESTA ENERGETICA, IN CUI LA DOMANDA ELETTRICA COMINCIA A SALIRE VERSO LE 6 DI MATTINA, ALL INIZIO DELLE ATTIVITÀ RIMANENDO PRESSOCHÉ COSTANTE SU TUTTA LA GIORNATA, MENTRE IL CARICO TERMICO MAGGIORE (PREVALENTEMENTE RISCALDAMENTO) SI PRESENTA VERSO LE 8 E TENDE A DIMINUIRE RIMANENDO ABBASTANZA COSTANTE SULLA GIORNATA, UNA VOLTA CHE SI È PROVVEDUTO A PORTARE GLI AMBIENTI ALLA TEMPERATURA DI COMFORT.

12 12/19 IN FIG. A DX SI È RIPORTATA INVECE LA CURVA ANNUALE DEI CARICHI MEDI PER LA STESSA IPOTETICA UTENZA. SI PUÒ NOTARE COME AD UNA DIMINUZIONE GENERALE DEI CARICHI CORRISPONDA ANCHE UN CARICO BASE (SEGNALATO DALLE LINEE TRATTEGGIATE). QUESTO CARICO BASE È UN ELEMENTO IMPORTANTE IN QUANTO SPESSO I SISTEMI DI SONO DIMENSIONATI IN MODO DA SODDISFARE SOLO QUESTO TIPO DI CARICO. IN QUESTO CASO, ESISTE UN SISTEMA PARALLELO DI CENTRALE TERMICA IN GRADO DI FORNIRE IL CALORE ADDIZIONALE CHE SI RENDESSE NECESSARIO, QUANDO IL RISCALDAMENTO DURANTE IL GIORNO ECCEDE LA QUANTITÀ DI BASE FORNITA DAL GRUPPO DI. ALLO STESSO MODO PER L ENERGIA E POTENZA ELETTRICA, CHE POSSONO ESSERE PRELEVATE DALLA RETE LOCALE A SECONDA DI QUANTO CI SI DISCOSTA DAL CARICO DI BASE AUTOPRODOTTO.

13 13/19 UN ANALISI A PRIORI DEL GRUPPO SU CUI FARE LE VALUTAZIONI RISULTA INDISPENSABILE. ESISTONO PARECCHIE OPZIONI CHE PERMETTONO A PRIORI DI CONDURRE UNA VALUTAZIONE SUI DATI CARATTERISTICI DEL MOTORE PRIMO. PER ILLUSTRARE QUESTA PROCEDURA SI CONSIDERI LA FIGURA RIPORTATA QUI SOTTO CHE MOSTRA LA POTENZA ELETTRICA IN FUNZIONE DI QUELLA TERMICA.

14 14/19 SI POSSONO IDENTIFICARE 5 PUNTI FONDAMENTALI: PUNTO 1: RAPPRESENTA UN ESATTA UGUAGLIANZA TRA LE RICHIESTE ELETTRICHE E TERMICHE DELL UTENZA E IL CORRISPETTIVO ELETTRICO E TERMICO FORNITO DAL MOTORE PRIMO CON UN VALORE CARATTERISTICO T/E UGUALE A B. PUNTO 2 SI SELEZIONA UN MOTORE PRIMO CON UN RAPPORTO CARATTERISTICO PARI A C, IN CUI LE RICHIESTE TERMICHE SONO PERFETTAMENTE SODDISFATTE, MA LA FORNITURA ELETTRICA NON È SUFFICIENTE A SODDISFARE LE RICHIESTE DELL UTENZA. IN QUESTO CASO L UTENZA DEVE ORGANIZZARSI PER POTER ACQUISTARE DALLA RETE LOCALE L ENERGIA SUPPLEMENTARE. SPESSO QUESTA SI RIVELA LA MIGLIORE SOLUZIONE ECONOMICO- OPERATIVA DA CUI PARTIRE PER VALUTAZIONI SUCCESSIVE.

15 15/19 PUNTO 3 SI SELEZIONA UN MOTORE PRIMO CON UNA CARATTERISTICA TIPO LA C, TALE CHE SIANO SODDISFATTE LE RICHIESTE ELETTRICHE, MA SI ABBIA UN ECCESSO NELLA PRODUZIONE DI ENERGIA TERMICA. GENERALMENTE QUESTA NON È QUASI MAI UNA SCELTA CONVENIENTE PERCHÉ IL RENDIMENTO GENERALE È BASSO. TUTTAVIA PUÒ RISULTARE LO STESSO UNA SOLUZIONE INTERESSANTE SE CI SI ASPETTA UN AUMENTO NEI FUTURI CONSUMI TERMICI E LA PRESENTE RISULTA SOLO UNA SOLUZIONE TEMPORANEA OPPURE SE SI RIESCE A VENDERE L ENERGIA TERMICA IN ECCESSO AD UN QUALCHE UTENTE INTERESSATO ALL ACQUISTO.

16 16/19 PUNTO 4 RAPPRESENTA IL CASO IN CUI IL MOTORE SELEZIONATO HA UNA CARATTERISTICA TIPO A, IN CUI LA RICHIESTA ELETTRICA È SODDISFATTA MENTRE LA TERMICA NECESSITA DI UN INTEGRAZIONE IN QUANTO IL GRUPPO NON È IN GRADO DI EROGARLA. IN QUESTO CASO VENGONO ABITUALMENTE IMPIEGATE CALDAIE AUSILIARIE. QUESTA SI RIVELA SPESSO LA SCELTA ECONOMICA MIGLIORE, SOPRATTUTTO SE SI HANNO DELLE CALDAIE A DISPOSIZIONE E SE SI INTENDE DIMENSIONARE IL GRUPPO IN MODO DA UTILIZZARE TUTTA L ENERGIA TERMICA CHE ESSO PUÒ FORNIRE. PUNTO 5 RAPPRESENTA IL CASO DI UN MOTORE PRIMO CON CARATTERISTICA TIPO A IN CUI LA RICHIESTA TERMICA VIENE PERFETTAMENTE SODDISFATTA MENTRE LA CAPACITÀ ELETTRICA DEL GRUPPO È ECCESSIVA PER L UTENTE CHE DEVE PENSARE DUNQUE AD UNA CESSIONE DELL ENERGIA IN ESUBERO. IN QUESTO CASO LA VALUTAZIONE SI FA PIÙ COMPLESSA IN QUANTO LA STIMA ECONOMICA DIPENDE DA MOLTI FATTORI.

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