Appunti di Sistemi energetici avanzati

Riassunto di Sistemi Energetici Avanzati e Cogenerazione per l'esame del professor Bianchi che prevede lo studio delle varianti al ciclo semplice Brayton delle Turbine a Gas con un approfondimenti sulle turbine a gas. Metodi di Raffreddamento Turbine a Gas : aspetti termodinamici dell'espansione raffreddata, i materiali delle turbine a gas, tecniche di raffreddamento delle pale di una turbina a gas (convezione, film, impingement e traspirazione), definizione di COT, TIT e TITiso, calcolo della portata di aria per il raffreddamento di una schiera statorica e rotorica. Il raffreddamento a circuito chiuso. Funzionamento in condizioni di Off design:prestazioni compressore, cenni pompaggio compressore, prestazioni turbina, mappe caratteristiche, portata e velocità ridotta. Accoppiamento compressore/turbina con regolazione potenza TG caso monoalbero e pluri-albero a geometria fissa e variabile (VNGV e VIGV). TG a ciclo complesso:con REC di calore (diagramma TS, schema, considerazioni termodinamiche e aspetti pratici, il caso delle micro turbine a gas). Turbogas con INTERCOOLER (Schema, lavoro e rendimento ciclo ideale in confronto con Brayton, lavoro e rendimento ciclo reale rispetto al Brayton, esempi realizzativi. Turbogas con REHEAT (schema, lavoro e rendimento del ciclo ideale in confronto con Brayton, lavoro e rendimento del ciclo realie rispetto al Brayton, esempi realizzativi). Altri cicli complessi : il ciclo turbogas IC-R, IC-R-RH, Ericson. I cicli turbogas misti: il ciclo turbogas con iniezione di vapore (STIG), il ciclo a recupero con iniezione di acqua (RWI), il ciclo con compressione inter-refrigerata ad umido (Wet Inter Cooling). Impiego aeronautico del turbogas : potenza fornita al fluido, potenza e rendimento propulsivo, la spinta, la condizione di massima potenza, la potenza propulsiva espressa per un turbofan, il grado di fan, la scelta del motore in funzione della velocità del velivolo. Interventi su una turbina a gas aeronautica per l'impiego industriale. Repowering (ripotenzialmento) gruppi a vapore GV, schemi e considerazioni sul Feed Water Repowering, il Middle Pressure Repowering, l'Hot WindBox e la trasformazione in ciclo combinato. La circolazione naturale dell'acqua in una caldaia: limiti al titolo di vapore nei tubi vaporizzatori, calcolo della portata di circolazione, espressione analitica della differenza di pressione motrice e delle perdite di pressione per attrito ed accelerazione della vena. La circolazione forzata: confronto con la circolazione naturale e principali problematiche. L'evaporazione a bolle, a tappi, a film e a nebbia, le caldaie senza corpo cilindrico ad attraversamento forzato. Il degassamento: disposizione del degassatore in una caldaia a recupero. Cogenerazione: considerazioni generali e normativa con tipologia "topping" e "bottoming", il rendimento elettrico, il rendimento termico, il coefficiente di utilizzo del combustibile, l'indice elettrico, l'IRE, il PES ed il Limite Termico. Prestazioni di un sistema cogenerativo: il piano rendimento termico vs. rendimento elettrico, l'evoluzione e gli aspetti della normativa: dal CIP6/92 alla delibera 42/02. I rendimenti di riferimento della produzione elettrica e termica separata. Le novità della direttiva europea 2004/8/CE, il concetto di elettricità da cogenerazione, i rendimenti di riferimento della decisione 2007/74/CE, il coefficiente “p” e il fattore “C”. I benefici previsti dalla legge per la cogenerazione ad alto rendimento. Il rendimento di secondo principio, l'equivalente elettrico e meccanico del calore sia nel caso ideale che reale; confronto con l'IRE. I sistemi cogenerativi. La cogenerazione con turbine a gas: la caldaia a recupero, il camino di by-pass, la post-combustione, considerazioni sulla valutazione dell'IRE energetico in funzione delle condizioni di esercizio del sistema cogenerativo. Schema di un sistema cogenerativo con turbina a vapore in contropressione: considerazioni sulle prestazioni energetiche, sulla gestione termo-economica e sui valori di IRE e LT. Schema di un sistema cogenerativo con turbina a vapore in derivazione: considerazioni sulle prestazioni energetiche, sulla gestione termo-economica e sui valori di IRE e LT. Cogenerazione con cicli combinati: considerazioni sulle prestazioni energetiche, sulla gestione termo-economica e sui valori di IRE e LT. Cogenerazione con motori endotermici alternativi: schema del recupero termico, aspetti di massima della progettazione dei motori industriali. Tecnologie per la generazione distribuita: I motori a ciclo Stirling con considerazioni termodinamiche sul ciclo e confronto con Carnot, le diverse configurazioni architettoniche ("a guida cinematica" e "free-piston"), principali problematiche. I cicli Rankine a fluido organico e a vapor d'acqua: considerazioni di carattere generale e esempi applicativi. I sistemi termofotovolataici (TPV): principali problemi fisici alla base della realizzazione di generatori termo-fotovoltaici, risultati più significativi della letteratura recente sullo sviluppo di questo sistema di generazione dell'energia.

Appunti di Sistemi energetici avanzati per l'esame del professor Mario Amelio sui seguenti argomenti: nell'intento di aumentare il rendimento energetico delle centrali termoelettriche si sta diffondendo negli ultimi anni l'uso dei cicli combinati gas-vapore. L’adozione di tali cicli prevede l’utilizzo di un turbogas, composto da un compressore, calettato ad una turbina e ad un alternatore, che prevede l’immissione di aria comburente prelevata dall’atmosfera nella camera di combustione.