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 ricevere la fornitura della potenza tecnica.

Infatti anche le centrali elettriche convenzionali "generano" calore come quello di condensazione o la potenza tecnica dei fumi che viene però dissipata in ambienti senza essere utilizzata.

OSSERVAZIONE 2: "IN CASCATA"

I flussi termici del processo di conversione che contano l'energia primaria in P_EL e Q_UT devono essere in serie.

TOPPING: la sorgente alimenta prima il ciclo TDM

BOTTOMING: la sorgente alimenta prima l'utenza termica.

• SORG. PRIM F P_EL Q_UT Q_O UT.TER ANB
• SORG.PRIM F UT.TER F-Q_UT TDM Q_O, P_EL
• SORG.PRIM UTEN TDM P_EL ANB
• SORG.PRIM NON COGENER

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 remette di calore a alta temperatura

HRSG

I fumi residui a 1000 che sono usati in un HT-HRSG

OSSERVAZIONE

A. Fissati N_el,s e N_th,s,

se IRE > 0, allora il sistema cogenerativo è conveniente dal punto di vista energetico.

Problema: Come li definisco?

C'è una DIRETTIVA EUROPEA 2004/08/CE che stabilisce i valori in base al combustibile utilizzato e non alla taglia dell'impianto:

η_th = 90%

η_el = 0,44 = 0,55-0,60

GESTIONE CV e CONTROPRESSIONE

Alcuni tipi di regolazione risiedono (turbine passilizzate, caldaie sliding pressure, nelle valvole di laminazione) nei ciclo e contropressione

P_EL e Q_UT sono UNIVOCAMENTE LEGATI TRA LORO!

Il diagramma Q_UT- P_EL è una RETTA!

SISTEMA COGENERATIVO A 1 GDL:

Riducendo IVAP, sia Q_UT sia P_EL si riducono in modo circa proporzionale.

SVANTAGGIO:

Il gestore non ha libertà di variare P_EL per minimizzare il profitto perchè legato alla potenza termica.

"PIN" di solito ha problemi di:

• Funzionamento e stabilità della caldaia
• riser, steaming, combustion
• rendimenti dei componenti troppo bassi

chiusura valvola di laminazione chiusura parzializzazione della turbina sliding pressure caldaia

DIAGRAMMA ELETTRICITÁ CALORE

▶ Punto A: la valvola per l'utenza è chiusa e tutta la portata di vapore espande in turbina

Q_ut = 0 ṁ_sp = 0 P_el = P_el-max

AB: lasciando invariata la portata di vapore generato, si apre progressivamente la valvola di estrazione, quindi

ṁ_var = cost ; ṁ_sp ≠ 0 Q_ut ≠ 0 P_el cala

▶ Punto B: la valvola di estrazione è completamente aperta. Con la portata di condensazione alle minime per evitare l'effetto venturi si reinizia e la vapore a pressione della pala

ṁ_var = cost ṁ_ut = ṁ_max ṁ_sp = ṁ_min Q_ut = ṁ_max P_el < P_ot-EL-max

BC: diminuisce ṁ_vap, lasciando invariato ṁ_sp e cala ṁ_co

▶ Punto C: ṁ_vap < ṁ_var-max ṁ_co ṁ_sp = ṁ_min Q_ut = ṁ_maxP_el < P_ot-EL-max

CD: diminuisce ṁ_vap, diminuisce ṁ_ut,

▶ Punto D: ¿== 0 (or P_{on-EL min} ṁ_var = ṁ_sp = min.P_ot-el = P_ot-el

B. CC con CAMINO e POST-FIRING e CV a ESTRAZ e COND

Abbiamo un SISTEMA a 4 GDL di cui uno on/off

a. SERRANDA

può essere chiusa o aolventa (non c'e regolazione intermedia) funziona come ciclo gas semplice: viene avviata rapidamente ed entra in produzione.

Il ciclo a vapore ha maggiore inerzia e quindi richiede più tempo per entrare in funzione

b. REGOLAZIONE DEL CARICO DEL TGAS: m_c

c. REGOLAZIONE POST-FIRING: m_pc

d. PORTATA SPILLATA PER L'UTENZA: m_UT m_sp

VALORI TIPICI

1*: CICLO VAPORE e C.PRES

η_EL = 0,1 ÷ 0,20

η_TH = 0,6 ÷ 0,7

η_I = 0,9

2*: CICLO VAPORE ESTR.CON.D

η_EL = 0,25 ÷ 0,35

η_TH = 0,40 ÷ 0,60

η_I = 0,60 ÷ 0,75

3: TURBINA A GAS

η_EL = 0,3 ÷ 0,4

η_TH = 0,5 ÷ 0,6

η_I = 0,9

4: PCI - LT

η_EL = 0,35 ÷ 0,35

η_TH = 0,5 ÷ 0,6

η_I = 0,9

5: PCI - HT

η_EL = 0,35 ÷ 0,40

η_TH = 0,1 ÷ 0,2

η_EL = 0,4 ÷ 0,5

6: C.C

η_EL = 0,45 ÷ 0,55

η_TH = 0,2 ÷ 0,4

η_EL = 0,6 ÷ 0,1