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Simulation and analysis of a solar-assisted trigeneration system

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UNIVERSITY OF TRIESTE _________________________________________________________________________ Simone De Luca – Master thesis - 3 - Table of Contents Table of Contents ....................................................................................... 3 List of figures ............................................................................................ 7 List of tables ............................................................................................ 13 Thesis Nomenclature .................................................................................. 15 Abstract ................................................................................................. 19 Sommario ............................................................................................... 21 Acknowledgements ................................................................................... 23 1 Introduction ........................................................................................ 25 1.1 Aim of the project ............................................................................ 25 1.2 Methodology ................................................................................... 25 1.3 Trigeneration systems for small scale applications: an overview ...................... 26 1.4 Solar based ORC trigeneration systems: features and critical issues .................. 31 1.4.1 Parabolic through collectors ........................................................... 36 1.4.2 Organic Rankine Cycle .................................................................. 40 1.4.3 Adsorption Chiller ....................................................................... 43 1.5 Literature reference.......................................................................... 46 2 Case study description: BRICKER Turkish demonstrator ..................................... 49 2.1 Demo case site ................................................................................ 50 2.1.1 Weather analysis ........................................................................ 50 2.2 Existing energy system ....................................................................... 54 2.3 BRICKER trigeneration system .............................................................. 55 2.3.1 System layout ............................................................................ 56 2.3.2 Working schemes ........................................................................ 58 2.4 Literature Reference ......................................................................... 63 3 Development of system numerical model ...................................................... 65 3.1 Main system components .................................................................... 65 3.1.1 High temperature thermal oil ......................................................... 65 3.1.2 Parabolic trough collector ............................................................. 69 3.1.3 Gas Boiler ................................................................................. 76 3.1.4 Oil loop pump ............................................................................ 77 UNIVERSITY OF TRIESTE _________________________________________________________________________ Simone De Luca – Master thesis - 4 - 3.1.5 Expansion tank ........................................................................... 81 3.1.6 Piping ...................................................................................... 83 3.1.7 Diverter and mixing valves ............................................................. 88 3.1.8 Heat Exchangers ......................................................................... 90 3.1.9 Adsorption chiller ....................................................................... 94 3.1.10 Pumps ................................................................................... 99 3.1.11 Other components .................................................................. 102 3.2 Control strategy elaboration for the Oil loop ........................................... 104 3.2.1 Solar field control ..................................................................... 105 3.2.2 Loop pump control .................................................................... 106 3.2.3 Gas boiler control ..................................................................... 108 3.2.4 Diverters control ....................................................................... 109 3.3 Control strategy ............................................................................. 109 3.3.1 Sensors .................................................................................. 110 3.3.2 Control signals ......................................................................... 111 3.3.3 Schemes ................................................................................. 112 3.3.4 Component activation signals and pump modulations ........................... 113 3.4 Literature Reference ....................................................................... 114 4 Data analysis ..................................................................................... 117 4.1 Definition of performance figures ........................................................ 117 4.1.1 Solar field performance figures ..................................................... 119 4.1.2 Seasonal performance figures for the overall CCHP system ..................... 120 4.1.3 Energy Tariffs .......................................................................... 124 4.1.4 Technology costs ...................................................................... 124 4.2 Analysis of Results .......................................................................... 127 4.2.1 Oil loop behaviour during typical days of study ................................... 127 4.2.2 Overall performance of the system ................................................. 136 4.2.3 Economic Analysis ..................................................................... 142 4.3 Parametric Analysis ......................................................................... 145 4.3.1 Influence of solar field parameters ................................................. 146 4.3.2 Influence of gas boiler parameters ................................................. 155 4.3.3 Influence of ORC operation .......................................................... 163 4.3.4 Influence of building load temperatures ........................................... 165 4.3.5 Influence of DHW operation ......................................................... 169 4.3.6 Conclusions ............................................................................. 169 UNIVERSITY OF TRIESTE _________________________________________________________________________ Simone De Luca – Master thesis - 5 - 4.4 Literature Reference ....................................................................... 174 5 Conclusions ....................................................................................... 175
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Simulation and analysis of a solar-assisted trigeneration system

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Informazioni tesi

  Autore: Simone De Luca
  Tipo: Tesi di Laurea Magistrale
  Anno: 2015-16
  Università: Università degli Studi di Trieste
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria Meccanica
  Relatore: Marco Manzan
  Lingua: Inglese
  Num. pagine: 176

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