Appunti di Sistemi energetici

SISTEMI ENERGETICI

PAOLO FARAGALLA

SISTEMI ENERGETICI

CAMBIAMENTO CLIMATICO

MITIGATION

• ridurre CO₂
• rinnovabili
• ridurre l'utilizzo di combustibili fossili
• biomasse
• eolico
• ottimizzare sistemi energetici e residuali

ADAPTATION

• Generazione con distribuzione distribuita
• Alimentazione (diminuzione bisogni)
• Difendere le produzioni di energia
• Allarmi per catastrofi naturali

RISORSE ENERGETICHE ➔ EFFETTO UTILE

...è ottenuto attraverso un FLUSSO di energia, che può essere di tipo meccanico, luminoso, termico, elettrico.

SDG ➔ (vedere cosa è)

SUSTAINABLE DEVELOPMENT GOALS

Obiettivi di sviluppo sostenibile

L'acqua nelle condotte forzate deve essere più lenta possibile

OPEX

quanto bisogna spendere per anno per l'impianto

CAPEX

quanto bisogna spendere per fare l'impianto

MINI GRID

LCOE

costo livellato dell'energia

IMPORTANTE

• 1KW di fotovoltaico occupa 10 m² e produce 4 KWh in un giorno
• 1KW di idroelettrico occupa pochissimo e produce 24 KWh in un giorno (MEGLIO)

Esercizio: DISEGNARE LA CURVA DI CARICO DELLA PROPRIA CASA

TEOREMA DI BETZ

(IMPORTANTE)

Dunque voglio calcolare la MASSIMA POTENZA ESTRAIBILE:

Introduco il fattore di induzione assiale: a = (v₁ - v₂)/v₁

P = F v_d = 2 ρ A₁ v₁³ a (1-a)² = potenza estratta

C_p = Potenza/Potenztotale =

facciamo la derivata per trovare massimi e minimi

Nella realtà considerando rendimenti al massimo 50%

P_utt = C_p . P_disponibile = C_p = 2/4 P A v₁³

RISORSA EOLICA

RISORSA EFFETTIVA 0,59 ➔ risorsa disponibile η ➔ risorsa accessibile

DIMENSIONAMENTO DELLA POTENZA IN FUNZIONE DEI FABBISOGNI DELL’UTENZA

E' UNO DEI LAVORI DELL'INGEGNERE ENERGETICO

Fare un impianto solare termico ➔ Domanda che il prof fa all’esame

PROCESSO:

- Nella parte bassa ingresso aria brucia il char residuale → calore e gas (CO, CO₂, N₂, H₂O)

- Nella parte intermedia avviene la gassificazione del char

- Il gas entra nella zona di seccaizzazione e pirolitica la biomassa

- L'incarnimento viene facilitato col pass del gas uscente che si raffredda

- GASSIFICATORE LETTO FISSO DOWN-DRAFT

Reattore più usato

UP-FE IN EQUICORRENTE

- Biomassa inonama dell albs

- L'enderlin (ARIA) interima a moto

- Il synagas ence dal cons un la

la combustione viene fatta entrare tra le falure

e le gasificazione in moto

emanimo colore e calore

pirolis e la gasificazione

la casta snondara unne nelle zone di

esiminoto pridiru combusta esplosizione

Limons

- GASSIFICATORE LETTO FLUIDIZZATO

Riluidizzazione idrgasione due stumenti di soprando le particelle di

un fluidido in montro un moto è un poso il relativo olorino com

dlinetto proventa pretovitta esimildetta

complle simeteche dei fluoti

Esercio (ESAME)→IMPORTANTE

RISORSA 1000W/m²

1KW/m² numero di ore equitoriali al giorno

es.) 4KWh/m²

vela metodo annua efficiente

del solare-termico

^γ=0.5

4,0.5=2KWh/m²

2KWh/m²

Adesso solbito si

smitu quadrota di

pannell solari da

sebis bisogno

S=41KWh

2KWh/m²

UTENZA impie 300 litri di acqua a 50°C

300 litri di acqua

a (50°C - ???)

temperatura dell'mi QUTURA acqua nelle ripese acqua

Q=300kg∙1Kcal/KgC∙ΔT

Q=12000kcal → traduzione in Kcal in KWh

1Kcal=4,186KJ=4,186KW∙S

4,186KW/s∙h

3600S

1Kcal/860W=

860KWh

12000kcal=1395=41.5KWh

S=41KWh

2KWh/m²

7m²

smitu quadrata di

Dilyli topni Peni

idiolepinatolizzazione e standard

EQAUZIONE DI BLISS

Q_u = F_R[(τα)I - U_c(T_i - T_a)]

fattore:

perdite termiche:

F_R =

(τα)I - U_c(T_f - T_a) :

(τα)I - U_c(T_i - T_a)

ENERGIA UTILE EFFETTIVA

Q_u = ṁ c_P(T_u - T_i)

PORTATA:

la mass:

ΔT tra

di ingresso:

RENDIMENTO

η = Q_u/I

η (sceqomento)

η = F_R (τα)I - F_R U_c (T_i - T_a) / I

η = F_R (τα) - U_c (T_i - T_a) / I

η = F_R (τα) I - F_R U_c (T_i - T_a) / I

η

η = F_R (τα) - F_R U_c (T_i - T_a) / I

AUMENTA:

↑ F_R

↑ τα

↑ I

DIMINUISCE η se:

↑ U_c

(T_i a pari di T_a)

IMPORTANTE

a - b. (T_i - T_a) / I

η

a = 0.56:

con b = 7.2:

EFFICIENZA DEL PANNELLO SOLARE TERMICO

η

VALORE OTTIMO

+ (0.28):

(W/m²K)

rappresenta la

massima:

come:

dreyende dalle

opposta

efficienza:

pendenza della retta

condizioni

del:

variabilità

ricmgneqt:

esterne

attraverso una retta

rappresenta la pendenza:

valore dela retta

(N_e):

Q

pu

a = energia utile su tutta

b = k_m:

ΔT:

calcolato da:

il fluido nel pannello e

η = y =

calcolato:

y = (X

il fisa dela la riduzione:

del sekqomb

dei punto

δ max =:

P: della retta

equazione di 0 line

di max:

0.03

01

T_i - T_a

x ΔT x .:

I

con i due punti

I

1000:

CRITERI DI DIMENSIONAMENTO

• In estate: bassi fabbisogni e alta radiazione solare
• Dunque l'impianto risulta sovradimensionato
• Generalmente si dimensiona in modo da coprire una parte fabbisogni (fattore di copertura solare) con l'energia solare
• Per la restante parte si prevedono sistemi di integrazione: caldaia

STORAGE (ACCUMULO ENERGETICO)

• MECCANICO
  • Potenziale
    • Idroelettrico di pompaggio
    • CAES non adiabatica
    • CAES adiabatica
  • Cinetico
    • Volano ad alta energia
• CHIMICO
  • Elettrochimica statica (batterie)
  • Elettrochimica a flusso (batterie a flusso)
  • Power to fuel
    • Idrogeno in reattori
    • Fuel to power
• ELETTRICO
  • Elettrostatica
    • Super condensatori
  • Magnetico
    • Superconduttori Magnet. Energy Storage
• TERMICO
  • Basse temperature

Esercizio (eolico)

DATI: Rᵢ = 3 m

Vᵢ = 7 m/s

BETZ > 0,593 > Cₚ = 0,593

SVOLGIMENTO

A₁ = π R₁² = 28,27 m²

α = 1/3 → Vₒ = V₁ (1 - α) = ⅔ V₁ → Vₒ = ⅔ * 7 = 4.6 m/s

Pᵢ = ½ A₁ V₁³ = ½ * 28,27 * 7³ = 58 kW

Cₚ = 0,593 * 58 = 3,5 kW

A₂ = 55,54