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Poligenerazione con Microcogeneratore

Informazioni tesi

  Autore: Giovanni Angrisani
  Tipo: Laurea liv.I
  Anno: 2004-05
  Università: Università degli Studi del Sannio
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria industriale
  Relatore: Maurizio Sasso
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 176

Il panorama energetico mondiale è profondamente mutato in questi ultimi anni e l'attenzione si è spostata sugli effetti ambientali del ciclo dell'energia ed in particolare sugli effetti climatici delle attività umane correlate all’uso ed alla trasformazione dei vettori energetici.
Cresce l'influenza delle decisioni internazionali ed aumenta l'importanza delle direttive sulla liberalizzazione dei mercati dell'energia in seno all'Unione Europea.
Tali direttive stanno trasformando radicalmente le strutture ed i criteri di gestione del settore energetico, così come le tecniche di pianificazione razionale dell'uso dell'energia. Oggi è sempre più importante assicurare l'efficienza nell'utilizzo finale dell'energia, questo significa che ogni entità che utilizza energia, dall'industria al privato, diventa un attore importante del ciclo energetico.
Tutti i paesi più avanzati condividono gli indirizzi tecnologici sui quali sarà costruito il nuovo panorama energetico:
• aumento dell'efficienza in tutti gli usi finali dell'energia;
• introduzione e diffusione delle fonti energetiche rinnovabili;
• utilizzo della cogenerazione e del gas naturale.
In quest’ottica, è opportuno prendere in considerazione i sistemi di cogenerazione e microcogenerazione (taglia inferiore a 15 kWel), fondati sull’utilizzo del gas come fonte di potenza primaria, per la produzione combinata ”on-site” di potenza elettrica e termica. Essi possono fornire un significativo contributo all’attuazione dei programmi di risparmio energetico e di salvaguardia ambientale.
Ma c’è un secondo aspetto da prendere in considerazione.
Il mercato del condizionamento ambientale, rivolto a utenze di tipo residenziale e del piccolo terziario è, tradizionalmente, quasi del tutto monopolizzato da impianti ad azionamento elettrico. Il miglioramento della qualità della vita, le nuove condizioni di benessere, nonché l’aumento delle temperature medie nei mesi estivi, hanno fatto si che l’utilizzo di condizionatori e apparecchiature refrigeranti sia da considerarsi, oramai, una diffusa consuetudine, anche a livello residenziale. Tale situazione sta determinando un notevole incremento dei consumi estivi di energia elettrica, che hanno superato, agli inizi del nuovo millennio e per la prima volta, i consumi estivi, con picchi di richiesta che raggiungono valori elevatissimi e di difficile soddisfazione.
Una maggiore diffusione dei sistemi di condizionamento a gas, ovvero della cosiddetta “Gas-Cooling-Technology” (GCT), potrebbe risolvere, in parte, i suddetti problemi di gestione dei fabbisogni, garantendo un uso più razionale dell’energia. Il termine “gas-cooling” è adoperato per indicare tutti quei sistemi che utilizzano combustibili gassosi per ottenere il riscaldamento/raffrescamento degli ambienti che si vogliono condizionare.
Le apparecchiature che consentono di ottemperare a questo compito sono molteplici e vanno dalle pompe di calore agli assorbitori, fino ai deumidificatori. In un orizzonte più ampio, si possono considerare rientranti nella Gas-Cooling-Technology tutti quei dispositivi utilizzati per il condizionamento ambientale non azionati elettricamente.
Queste apparecchiature hanno tutte un fattore in comune: la presenza di un componente che necessita di energia termica per funzionare. L’alimentazione di questo componente può avvenire bruciando gas naturale o, come precedentemente accennato, mediante cascami termici e fonti energetiche alternative.
Si pone dunque l’accento sulla possibilità di realizzare, a partire da sistemi di microcogenerazione, dei sistemi, detti di microtrigenerazione, in grado di produrre energia termica, elettrica/meccanica e frigorifera a partire da un’unica fonte di energia primaria.
Infatti in questo lavoro sono state esaminate, mediante simulazione, le caratteristiche e le prestazioni energetiche, economiche e d’impatto ambientale di un sistema costituito da un cogeneratore di piccola taglia (MCHP: Micro Combined Heat and Power), dotato di motore alternativo a combustione interna alimentato a gas naturale, accoppiato ad un sistema di deumidificazione basato su ruota deumidificatrice. Questa macchina, introdotta in un sistema di condizionamento, permette di soddisfare il carico latente dell’ambiente condizionato. L’aria deumidificata, che abbandona il sistema di deumidificazione ad una temperatura tipicamente compresa tra i 45 e i 60°C viene successivamente raffreddata e condotta ad una temperatura consona al benessere termoigrometrico degli occupanti l’ambiente dal chiller elettrico, al quale è demandato dunque il soddisfacimento del solo carico sensibile dell’edificio.
Un tale sistema viene confrontato, da un punto di vista energetico, economico e d’impatto ambientale, con un impianto di condizionamento classico, che deumidifica l’aria da immettere nei locali raffreddandola al di sotto della temperatura di rugiada, in modo tale da provocare la condensazione di parte del vapore in essa contenuto.

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7 CAPITOLO 1 Cogenerazione e microcogenerazione 1.1 Definizione, limiti e vantaggi Si definisce sistema di cogenerazione un sistema che consente, a partire da un’unica fonte di energia primaria, la conversione di quest’ultima in due forme di energia utilizzabili: energia elettrica e/o meccanica ed energia termica. E’ noto dal secondo principio della termodinamica che non è possibile convertire integralmente in energia elettrica e/o meccanica l’energia termica disponibile da una sorgente a temperatura elevata: l’aliquota non convertita deve essere necessariamente ceduta ad una sorgente a temperatura inferiore. Attraverso la cogenerazione si cerca di utilizzare quest’aliquota di energia termica che andrebbe altrimenti ceduta all’ambiente esterno e quindi irrimediabilmente persa. Un impianto convenzionale di produzione di energia elettrica ha un’efficienza di circa il 39%, mentre il restante 61% viene disperso sotto forma di calore che, normalmente, non viene utilizzato. Con un sistema cogenerativo il calore prodotto dalla combustione non viene disperso, ma recuperato per altri usi (fig. 1.1), permettendo di raggiungere efficienze globali molto elevate ed un notevole risparmio di energia primaria. La fig. 1.1 evidenzia visivamente i vantaggi che derivano dall’utilizzo di un sistema di produzione combinata rispetto ad un sistema “tradizionale”, in cui le energie, elettrica e termica, sono rese all’utenza separatamente. I benefici conseguibili utilizzando sistemi cogenerativi sono rilevanti non solo dal punto di vista energetico, ma anche dal punto di vista dell’impatto ambientale. La cogenerazione rappresenta, infatti, una delle più significative misure da poter attuare al fine di ottenere una tangibile riduzione delle emissioni di gas nocivi ed inquinanti (nell’attesa che nasca l’”era dell’idrogeno”, e in mancanza di un largo utilizzo delle fonti rinnovabili); infatti, come appare in fig. 1.2, se si effettua un confronto tra le diverse tecnologie disponibili nel settore energetico, la produzione combinata è capace di garantire livelli emissivi di CO 2 molto più contenuti.

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Parole chiave

analisi delle 3-e
cogenerazione
deumidificazione
gas cooling
microcogenerazione
motore a combustione interna
poligenerazione
pompa di calore ad adsorbimento
pompa di calore ad assorbimento
pompa di calore elettrica
ruota deumidificatrice
unità di trattamento aria

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