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Tesi etd-03012013-160913


Tipo di tesi
Tesi di dottorato di ricerca
Autore
LUDOVICI, GIULIA
URN
etd-03012013-160913
Titolo
OTTIMIZZAZIONE TECNICO FUNZIONALE DI UN IMPIANTO DI MICRO-COGENERAZIONE EFMGT-ORC ALIMENTATO A BIOMASSA SOLIDA
Settore scientifico disciplinare
ING-IND/33
Corso di studi
INGEGNERIA
Commissione
tutor Romano Giglioli
tutor Stefano Barsali
Parole chiave
  • Modellazione della combustione e di sistema
  • Microturbina a gas (EFMGT)
  • Fattibilità economica
  • Energia rinnovabile
  • Cogenerazione
  • Ciclo Rankine organico (ORC)
  • Ciclo Combinato
  • Ciclo Brayton
  • Biomassa
  • Ottimizzazione layout impianto CHP
  • Simulazione e controllo di sistema
  • Termoelettrico
Data inizio appello
2013-04-09
Disponibilità
completa
Riassunto analitico
In questi ultimi anni vi è stato un crescente interesse verso la produzione di energia da fonte rinnovabile e, in questo ambito, anche l’impiego della biomassa, in particolare quella di scarto forestale, agricolo e di trasformazione alimentare, sta ricevendo particolare attenzione poiché, a differenza dell’energia eolica e solare, è accumulabile e permette il dispacciamento controllato dell’energia elettrica e/o calore prodotto. In special modo, per la biomassa solida si stanno affermando gli impianto di piccola taglia (100kWe – 1MWe) che consentono una logistica semplificata per l’approvvigionamento e il trattamento della materia prima.
La tecnologia EFMGT (Externally Fired Micro Gas Turbine), confrontata con altre soluzioni oggi disponibili, sembra essere molto promettente per taglie di 100kWe, consentendo di impiegare direttamente la biomassa solida senza particolari trattamenti. Gli studi condotti (attraverso l'attività di sperimentazione e simulazione) su un impianto sperimentale, progettato e costruito dall'Università di Pisa insieme ad alcune aziende locali, hanno dimostrato che è possibile realizzare impianti con elevate prestazioni energetiche mantenendo contenuti i costi di costruzione e di esercizio. In particolare, l'opportuna scelta dello schema d'impianto, l'introduzione di un ORC (Organic Rankine Cycle) per il recupero del calore di scarto e l’impiego di un sistema di controllo automatizzato del processo hanno dimostrato di essere interventi efficaci per ottenere rendimenti elevati del sistema, e garantire all'impianto prestazioni costanti, un contenuto numero di interventi per manutenzione e minori costi di O&M. Inoltre, è stato dimostrato che la tecnologia studiata assicura delle buone prestazioni anche su impianti di taglia superiore (500kWe). Infine, gli studi condotti hanno portato allo sviluppo di un opportuno simulatore, in grado di riprodurne il comportamento dinamico, fornendo una descrizione spaziale e temporale dei principali fenomeni di combustione, che ne influenzano le prestazioni.

In recent years power generation from renewable sources and biomass, especially in small scale plants (<1MWe) has raised a growing interest in the scientific and industrial community. The EFMGT (Externally Fired Micro Gas Turbine) seems to be a promising technology for sizes up to some hundred kW. Studies carried out (through experimental campaigns and simulation work) on a 100kWe pilot plant, designed and built by the University of Pisa jointly with some local manufacturers, have shown the possibility to achieve high performance plants with relatively low building and operating costs. In particular, the proper choice of the plant layout, the use of an ORC (Organic Rankine Cycle) to recover the energy of exhaust gas and the integration of an automated control system have proven to be effective actions to increase the energy efficiency of the system, as well as to ensure constant performances to the plant, a reduction of maintenance interventions and low O&M costs. Furthermore, good performances for EFMGT plants up to 500kWe have been demonstrated. Finally, a suitable system simulator was developed; it is able to reproduce the dynamic behaviour of the system for plants based on EFMGT technology, providing a space and time description of the main combustion phenomena, which affect their performances.
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