Sistemi Energetici - SECogenerazione

Cogenerazione

Def: si definisce “cogenerativo” un sistema che produce simultaneamente potenza elettrica e termica entrambe intese come effetti utili e con un processo in cascata.

Osservazione 1: “Effetti utili”

Ci deve essere un utente disposto a pagare la fornitura della potenza termica; infatti anche le centrali elettriche convenzionali “generano” calore: quello di condensazione o le potenze termiche dei fumi che viene però disperso in ambiente senza essere utilizzato.

Osservazione 2: “In cascata”

I flussi termici del processo di conversione che contano e l’energia primaria in Pel e Qut devono essere in serie:

• Topping: la sorgente primaria alimenta prima il ciclo TDN
• Bottoming: la sorgente primaria alimenta prima l’utenza termica.

Cogenerazione

Def: si definisce “cogenerativo” un sistema che produce simultaneamente potenza elettrica e termica entrambi intesi come effetti utili e con un processo in cascata.

Osservazione 1: “Effetti utili”

Ci deve essere un utente disposto a pagare la fornitura della potenza termica; infatti anche le centrali elettriche convenzionali “generano” calore: quello di condensazione o le potenze termiche dei fumi che viene però dissipato in ambiente senza essere utilizzato.

Osservazione 2: “In cascata”

I flussi termici del processo di conversione che contano l’energia primaria in Pel e Qut devono essere in serie:

• Topping: la sorgente primaria alimenta prima il ciclo TDN
• Bottoming: la sorgente primaria alimenta prima l’utenza termica

Esempio sistema non cogenerativo

Esempio: Topping.

Ciclo vapore a contropressione

Il condensatore cede all’utenza e non all’ambiente

Ciclo gas cogenerativo

Uno scambiatore recupera calore e lo fornisce all’utenza

Esempio: Bottoming

Il forno immette di calore ad alta temperatura, i fumi residui a 1000 da sono inviati in un HT-HRSG

Convenienza termodinamica

La cogenerazione consente di sfruttare l’efficienza di utilizzo dell’energia primaria (sia essa calore o combustibile).

Appunti di potenza elettrica Pel e termica Qut prodotti, un sistema cogenerativo consuma meno potenza primaria di un sistema convenzionale di produzione separata.

Perché? Analisi II^o principio

Topping

Soup Princ TDN UT Tern

Il ciclo TDN integrato tra sorgente primaria e utenze termiche recupera parte dell’energia reversibile che andrebbe persa per irreversibilità.

Bottoming

Soup Princ UT Tern TDN Amb

Il ciclo TDN a valle dell’utenza termica recupera il calore di scarto non uscito dall’utenza che sarebbe finito in ambiente.

Indici di prestazione

Rendimento di I^o principio

η_I = ^{P_EL + Q_ut} / _FCC = ^P_EL / _FCC + ^Q_ut / _FCC = η^co_EL + η^co_TH

Svantaggio: attribuire lo stesso peso e valore alla potenza elettrica che a quella termica: una caldaia con N_th = 0,95*η_I sembra meno efficiente di un icos combinato con N_el = 0,60

Bisogna dare maggior peso alla potenza elettrica

N.B. Entrambi attribuiscono un valore non adeguato alla potenza termica; non rispettano il suo valore economico, l’effettiva efficienza di generazione della potenza termica.

Rendimento di II^o principio

η_G = ^{P_EL + Q_ut · η_NEV} / _FCC dove η_NEV = 1 - ^T_o / _TUT

T_UT = sorgente a temperatura costante

T_medio = ^{T_IN - T_OUT} / _{ln(^TINUT / TOUT^UT})

Q_ut η_NEV: è l’equivalente potenza meccanica che il calore dell’impianto potrebbe generare con un ciclo Rankine ideale

Svantaggio: attribuisce un peso troppo piccolo alla potenza termica rispetto al valore economico

se T_UT = 100°; η_NEV = 0,2€1MW_Qut = ¹ / ₅ €1MW_PEL

Indice di risparmio energetico

Come: a parità di potenza elettrica P_el