RICERCA ITALIANA     

CRITERI E METODI PER L’OTTIMIZZAZIONE DI SISTEMI DI POLIGENERAZIONE DI PICCOLA E MEDIA TAGLIA

Università degli Studi di Palermo

Abstract

L’Unione Europea ha individuato nella produzione combinata di energia elettrica e calore una delle tecnologie ad alta efficienza di maggior interesse, fissando per il 2010 il target del 18% della produzione elettrica totale dell’Unione da sistemi cogenerativi (COM/97/0514). Dati recenti rivelano la non attualità di tale target (al 2005 si è raggiunto il 12% di penetrazione); rimane tuttavia evidente la volontà, esistente sia a livello comunitario che in molti Stati Membri, di perseguire la via della promozione della poligenerazione. Le ragioni di questo interesse sono evidenti: l’elevata efficienza di conversione garantita dal recupero dei cascami termici di un ciclo diretto consente, a parità di vettori energetici prodotti, una significativa riduzione dei consumi energetici rispetto alla produzione separata di energia elettrica e calore e, conseguentemente, un abbattimento delle emissioni inquinanti. A questi benefici se ne affiancano degli ulteriori, connessi al principio di generazione distribuita e rappresentati dalla riduzione delle perdite di trasmissione e dall’accresciuta affidabilità nell’alimentazione delle utenze elettriche. Una buona frazione dell’odierno mercato cogenerativo è rappresentata dai sistemi di media/grossa potenza integrati con attività industriali, a causa della regolarità dei profili di carico elettrico e termico di tali utenze che favorisce un elevato sfruttamento annuo dell’impianto CHP e, pertanto, contribuisce al rapido ammortamento del suo >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Ennio Cardona Università degli Studi di PALERMO

Obiettivo del Programma di Ricerca

I sistemi CHP di piccola potenza basati sulle tecnologie più affermate (microturbine a gas e motori endotermici alimentati a gas naturale o a gasolio) hanno osservato un graduale incremento dell’efficienza e, grazie anche alla possibilità di produzione delle macchine in larga serie, una riduzione dei costi. Ciò di cui oggi il mercato della micro/small-scale CHP più necessita è la diffusione di un solido know-how di base sulle opportunità di profitto conseguibili tramite il ricorso alla poligenerazione distribuita; accade infatti frequentemente di osservare che, a causa di un dimensionamento poco appropriato o una gestione non ottimale dell’impianto, le prestazioni in esercizio risultino molto peggiori rispetto a quelle attese, anche quando si utilizzino tecnologie molto efficienti. E’ necessario far sì che, dall’odierna concezione dei sistemi CHP/CHCP come “soluzioni tecnologiche ad alta efficienza e complessità e ad elevato rischio”, si passi a concepire tali impianti come “affidabili e convenienti”; per far ciò occorre evidentemente:
– Inquadrare in maniera chiara le dinamiche della normativa in materia di cogenerazione distribuita a piccola scala; pur nella variabilità dell’assetto legislativo, infatti, è possibile osservare la coerenza di alcuni intendimenti di fondo come l’assegnazione di priorità di dispacciamento all’energia prodotta tramite sistemi poligenerativi efficienti nel mercato elettrico libero, l’uso di resoconti di esercizio e non di efficienze >>>

Risultati parziali attesi

I risultati attesi della ricerca, ossia i prodotti finali chiaramente identificabili derivanti dalle attività previste, sono molteplici.
Per quanto concerne la modellizzazione dei componenti CHCP, essa è essenzialmente volta alla codificazione di algoritmi di ottimizzazione e, sebbene non preveda, almeno limitatamente ai componenti basati su tecnologie già affermate, un reale avanzamento della conoscenza rispetto allo stato dell’arte, rappresenta uno strumento preliminare indispensabile per qualsivoglia approccio modellistico alla progettazione di sistemi CHCP.
Del tutto diverso è il discorso per quanto concerne le tecnologie per le quali si condurranno intense attività sperimentali. Partendo dall’analisi dei sistemi SOFC ed MCFC, dalla ricerca svolta emergerà un quadro dettagliato per quanto concerne le possibili modalità di recupero termico, gli effetti dell’integrazione con altri componenti (come i frigoriferi ad assorbimento ed alcuni sistemi ausiliari di produzione del calore quali i collettori solari ad alta temperatura e le caldaie a metano) all’interno di impianti poligenerativi e gli effetti sulle performance connessi all’alimentazione tramite combustibili diversi (o anche, nel caso di alimentazione a metano, tramite reforming interno di tipo diretto, DIR, o indiretto, IIR). Tale quadro rappresenta certamente un passo avanti nello stato dell’arte per quanto concerne le possibilità di utilizzo di sistemi FC all’interno di lay-out CHP; occorre infatti >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Esiste una letteratura scientifica piuttosto ricca per quanto concerne l’analisi, su base termodinamica o economica, di sistemi poligenerativi di piccola e media scala. Numerosi studi, condotti per casi studio nel settore ospedaliero, alberghiero o in utenze affini dal punto di vista dei carichi energetici, sono stati volti alla determinazione di indicatori energetici ed economici di merito delle installazioni CHCP, per lo più al fine di validare la scelta già effettuata di una certa soluzione impiantistica o per offrire indicazioni pratiche per un efficace dimensionamento [1-3]. Alcune ricerche sono state altresì rivolte all’analisi sperimentale delle prestazioni di sistemi cogenerativi di media [4] e piccola [5-6] taglia. Con riferimento allo stato dell’arte per quanto concerne la sperimentazione on-site di sistemi di piccola potenza (sino a 10-15 kWe), nella presente ricerca si propongono alcune innovazioni metodologiche, che consistono sia nella simulazione di diverse condizioni operative off-design (tipiche di diverse aree geografiche e tipologie di utenze), sia nell’accoppiamento con pompe di calore elettriche (EHP) e con sistemi innovativi di condizionamento come un impianto di climatizzazione ad aria ibrido dotato di ruota essicante. Ci si propone inoltre di effettuare valutazioni comparative tra le prestazioni delle due suddette configurazioni integrate. Passando poi all’analisi delle possibili tecnologie CHP per le applicazioni di piccola e media potenza, appaiono >>>