Riassunti di Impianti cogenerativi e risparmio energetico

Esame impianti cogenerativi e risparmio energetico

1) Cogenerazione con impianto STIG

Un ciclo STIG (Steam Injected Gas Turbine) è caratterizzato dal fatto che il vapore prodotto nella caldaia a recupero è iniettato nella camera di combustione della turbina a gas.

Nel ciclo STIG cogenerativo invece il vapore prodotto nella caldaia a recupero può essere mandato all’utenza termica o all’iniezione in camera di combustione a seconda di ciò si voglia potenziare la produzione termica o la produzione elettrica.

Schema d'impianto

• Produzione di energia elettrica
• Post combustore
• Valvola a tre vie
• Utenza termica
• Reintegro

Diagramma di regolazione

• MIN-DES: regolazione del turbogruppo a gas senza iniezione di vapore in camera di combustione.
• DES-MAX: turbogruppo a massima potenza con variazione del vapore estraente in funzione della variazione della potenza elettrica mantenendo la produzione termica costante a Q_th.
• MAX: punto in cui il turbogruppo è la massima potenza tutto il vapore prodotto nella caldaia a recupero è mandato in camera di combustione durante la produzione elettrica massima e produzione termica nulla Q_th=0.

Il criterio di scelta del punto di funzionamento dell’impianto è dovuto principalmente ad analisi economiche.

Esame impianti cogenerativi e risparmio energetico

Cogenerazione con impianto STIG

Un ciclo STIG (Steam Injected Gas Turbine) è caratterizzato dal fatto che il vapore prodotto nella caldaia a recupero è iniettato nella camera di combustione della turbina a gas.

Nel caso STIG cogenerativo invece il vapore prodotto nella caldaia a recupero può essere mandato all'utenza termica o all'iniezione in camera di combustione a seconda che si voglia privilegiare la produzione termica o la produzione elettrica.

Schema d'impianto

• Produzione di energia elettrica
• Post combustore
• Valvola a tre vie

Diagramma di regolazione

• MIN-DES → regolazione del turbogruppo a gas senza iniezione di vapore in camera di combustione;
• DES-MAX → turbogruppo a massima potenza con variazione del vapore entrante in camera di combustione;
• MAX → punto in cui il turbogruppo è alla massima potenza tutto il vapore prodotto nella caldaia a recupero è mandato in camera di combustione durante la produzione elettrica massima e produzione termica nulla (Q_ut = 0).

Il criterio di scelta del punto di funzionamento dell'impianto è dovuto principalmente ad analisi economiche.

2) Dimostrazione del rendimento del ciclo fired

I gas esausti dalle turbine a gas, presentano un elevato contenuto di ossigeno (O₂), possono subire un ulteriore processo di combustione mediante una serie di bruciatori posti prima della sezione di numero termico della caldaia di recupero, se combustione così effettuata viene chiamata post-combustione.

I cicli combinati con post combustione vengono denominati: fired

Schema d'impianto

Il post combustore è utilizzato per aumentare la quantità di vapore che evolverà nella turbina a vapore e quindi aumenta la potenza della turbina.

Rendimento di un ciclo combinato "fired":

n_cc,fired = (W_T + W_TV) / (Q_TTO + Q_pc) = (W_T + W_TV) / (Q_TTO - (1 + f_pc) Q_TV)

ricordando che n_T = W_T/Q_TTO, n_TV = W_TV/Q_TV

ma Q_TV = x • Q_AV poiché x = Q_in/Q_AV

Q_in = x • Q_AV = (x • (Q_TTO - W_T)) = Q_TTO - (1 - x) W_TV

Q_in/Q_TV = x (1 - q_TV - S • f_pc) ⇒ n_cc,fired = n_T • Q_TV + n_TV • (Q_AV) - x • Q_TV / (1 + f_pc)

• Se f_pc aumenta, diminuisce il rendimento del ciclo combinato fired.
• Il rendimento del ciclo combinato fired è minore di quello unfired.

In generale i cicli "fired" si utilizzano non per la sola produzione di energia elettrica ma per impianti rigenerativi: dunque va svoltolizzata la turbina termica da un’altra termica.

3) Cicli ibridi

Nei cicli ibridi si intende l'accoppiata fuel cell - turbina a gas, ovviamente non fuel cell ad alta temperatura HTFC (es. solid oxide e natural fuel)

Schema d'impianto

Funzionamento

1. L'aria dopo essere stata compressa dal compressore, passa nel rigeneratore dove viene riscaldata dai gas combusti della turbina a gas. Successivamente, è presente un combustore ausiliario necessario per innalzare la temperatura per la fase di arrivo della cella a combustibile ad ossidi solidi (SOFC). Nella SOFC deve essere verniciato prelievo ad aria riscaldata compressa; dunque anche il fuel deve essere compresso. La SOFC produce energia elettrica. Al