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Archivio digitale delle tesi discusse presso l'Università di Pisa

Tesi etd-09162019-184631


Tipo di tesi
Tesi di laurea magistrale
Autore
TOSI, LORENZO
URN
etd-09162019-184631
Titolo
Analisi di fattibilità tecnica di un ciclo ORC in cascata ad un ciclo geotermico a vapore diretto
Dipartimento
INGEGNERIA DELL'ENERGIA, DEI SISTEMI, DEL TERRITORIO E DELLE COSTRUZIONI
Corso di studi
INGEGNERIA ENERGETICA
Relatori
relatore Prof. Antonelli, Marco
relatore Ing. Baccioli, Andrea
correlatore Ing. Sansone, Franco
correlatore Per. Ind. Rosati, Mauro
Parole chiave
  • condensa turbine geotermiche
  • geotermia
  • ciclo combinato
Data inizio appello
03/10/2019
Consultabilità
Completa
Riassunto
Il presente lavoro di tesi prende spunto dalle problematiche riscontrate negli impianti geotermici a condensazione durante l’espansione del vapore in turbina, che si manifestano soprattutto oltre il punto di dew-point. Tali problematiche sono attribuibili all’azione di agenti acidi, il principale responsabile è l’acido cloridrico, che si vengono a generare in presenza di fluido condensato e danno origine a fenomeni corrosivi molto invasivi sia sulle palettature che sulle parti statoriche delle turbine. Ciò implica una frequente sostituzione dei componenti impiantistici che porta inevitabilmente ad elevati costi manutentivi e perdite di produzione durante il periodo di fermo impianto. Inoltre, in siti dove il vapore presenta notevoli concentrazioni di cloruri, per poter limitare la formazione di acidi corrosivi, è necessario effettuare un lavaggio dello stesso con una soluzione di soda caustica a monte impianto per abbattere tali concentrazioni e ciò porta ad una perdita di entalpia specifica del fluido non più sfruttabile in turbina.
Per questo è stata ideata e studiata una possibile soluzione impiantistica a tali problematiche, che prevede un’espansione in turbina geotermica fino al punto di dew-point, evitando così la formazione di condensa e potendo così sfruttare l’eventuale grado di surriscaldamento presente. Successivamente il ciclo prosegue con un ciclo ORC posto in cascata completando così lo sfruttamento della risorsa geotermica, ed usufruendo al contempo dei benefici offerti da un ciclo binario, ovvero maggior portata alla reiniezione e un più efficiente trattamento degli inquinanti.
Il lavoro ha portato a valutare la fattibilità tecnica di tale configurazione impiantistica, che da qui in avanti indicheremo come “ciclo combinato”, su tre differenti siti geotermici (Larderello, Lago e Radicondoli) caratterizzati da vapore surriscaldato ma con proprietà fisico-chimiche differenti tra loro, oltre ad un confronto con gli impianti tradizionalmente utilizzati in Toscana, ed impianti puramente a ciclo binario. Successivamente è stata valutata l’eventuale adattabilità al ciclo in esame delle turbine geotermiche presenti.
A seguito di una prima analisi preliminare dei vari impianti attraverso un foglio di bilancio impostato su Excel, lo studio è stato affinato usufruendo del software Aspen Plus® il quale ha permesso una simulazione più precisa degli impianti tradizionali attualmente presenti, un’ottimizzazione dei parametri caratterizzanti il ciclo combinato in esame e un dimensionamento delle relative sezioni di scambio termico.
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