Relazioni Termoflex

Relazioni di laboratorio

Francesco Orlandi 00001030647

Sistemi energetici avanzati e cogenerazione, Modulo 2

Esercitazione 1b: Realizzazione di un modello di TG a ciclo Brayton per componenti ed analisi parametrica

I Simulazione

L’obiettivo dell’esercizio è la realizzazione di uno schema di un TG semplice, con specifici dati di input assegnati e il suo dimensionamento.

Dati di input

Layout

Risultati: Ponendo la portata come da dati input pari a 1 Kg/s si ottiene una potenza generata di 382,1 kW di potenza netta dell’impianto e un rendimento elettrico del 38,75%.

II Simulazione

L’obiettivo è quello di definire la portata d’aria inviata al compressore in modo da ottenere una potenza elettrica Pel= 30MW

Dati di input

Layout

Risultati: Per ottenere una potenza elettrica netta dell’impianto pari a 30 MW si è trovato che la portata necessaria è di 78,52 Kg/s, avendo un rendimento sempre pari a 38,76%.

III Simulazione

Obiettivo: Mediante l’inserimento di un compressore per la linea Fuel e considerando la pressione di rete del GN pari a 3 bar, simulare l’andamento dell’impianto.

Dati di input

Layout

Risultati: Si verifica una diminuzione di potenza elettrica generata dall’impianto poiché viene spesa energia per la compressione del Fuel da parte del “fuel compressor” (componente 8), e una conseguente diminuzione del rendimento elettrico, sempre dovuto alla diminuzione di potenza elettrica. Abbiamo inoltre simulato una variazione del parametro β della turbina facendolo variare da 5-60 in intervalli di 5 in 12 casi, e graficando il rendimento in funzione della potenza si evidenziano due punti: a rendimento massimo e a potenza massima. I due punti di interesse si vede come non siano a pari.

35 rendimento 30 25 20 200 250 300 350 400 potenza specifica (kJ/kg)

Esercitazione 2: Realizzazione di un modello di sistema energetico cogenerativo CHP

Obiettivo: Generazione di calore con un sistema cogenerativo con una turbina di taglia Pel =32 MW valutando gli indici di prestazione dell’impianto in diverse condizioni di potenza termica partendo da una portata d’acqua pari a 10 Kg/s

Dati input

• P = 32 MWel
• Fluido termovettore: acqua
• T = 90°C H₂O OUT
• T = 20°C H₂O IN
• p = 2 bar, H₂O IN
• T = 100°C, fumi OUT max
• m = 10 kg/s (1° caso) H₂O

Le condizioni ISO a cui si trova l’aria in ingresso corrispondono a:

• T = 15°C
• p = 1,013 bar
• U.R. = 60%

Dati di input

Layout

Risultati: Con una portata iniziale di 10 Kg/s il diagramma di scambio termico all'interno dello scambiatore assume questa forma. Si vede come ci sia ancora molta potenza da poter recuperare. Abbiamo in seguito variato la portata d’acqua da 10 fino a 160 Kg/s. Si è poi valutato il punto di massima produzione termica considerando il limite della temperatura dei fumi al di sopra di 100 °C, tra 145 e 160 Kg/s di portata.

Con un portata pari a circa 150 Kg/s si vede come lo scambio termico sia al massimo dell’efficienza, cioè quando i fumi raggiungono il limite imposto di 100 °C.

Tabella dei valori al variare della portata da 10-160 Kg/s.

Rappresentazione delle rette a PES=0 e PES Max con punti di funzionamento del sistema al variare della portata

Rette di funzionamento

120 100 terimico 80 rendimento Retta a PES=0 60 Retta di funzionamento 40 Retta a PES max 20 0 20 40 60 80 rendimento elettrico

Esercitazione 3: Realizzazione di un modello di sistema energetico cogenerativo (CHP) con TG+MCI in parallelo

Obiettivo: Valutazione degli indici di prestazione dell’impianto cogenerativo TG+MCI con recupero termico solo sul raffreddamento MCI, o sui fumi, massimizzando la produzione termica del motore. Simulazione del MCI in assetto cogenerativo con diverse condizioni di carico elettrico (100%,75%,50%)

Dati input

Scelta del turbogas con una potenza elettrica lorda <5000kW, T_out>400°C, GN o Diesel