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Analisi e simulazione termodinamica di un impianto ORC solare a concentrazione (CSP): ottimizzazione del ciclo e confronto con un impianto ad acqua

Informazioni tesi

  Autore: Francesco Lombardi
  Tipo: Tesi di Laurea Magistrale
  Anno: 2011-12
  Università: Università degli Studi di Napoli - Federico II
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria Meccanica
  Relatore: Alfredo Gimelli
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 123

Il presente lavoro di tesi riguarda lo studio di un impianto solare termodinamico(CSP) cogenerativo di piccola taglia. Il sistema di produzione dell’energia è un impianto ORC dotato di scambiatore rigenerativo. Il fluido termovettore preso in esame è l’olio diatermico, mentre quello motore è l’acetone. Nel corso della simulazione si è cercato di massimizzare il rendimento globale dell’impianto CSP agendo sui diversi parametri che caratterizzano il ciclo termodinamico. E’ stato osservato, inoltre, come variano le dimensioni degli specchi e la superficie di scambio del generatore di vapore e del condensatore ad acqua.
Nella seconda parte è stato eseguito un confronto sull’impianto di generazione dell’energia elettrica tra lo stesso acetone e l’acqua. Il confronto è stato svolto a parità di potenza elettrica prodotta (20 kWel) e di proprietà del ciclo. Lo scopo è stato quello di mettere in luce quali sono i vantaggi e gli inconvenienti che si incontrano nel sostituire un fluido comune come l’acqua ad un altro più raro, oltre che tossico e infiammabile, ma che offre molti vantaggi nell’utilizzo in un impianto solare termodinamico. Il più importante di essi è la possibilità, con l’acetone e gli altri fluidi organici, di ottenere in uscita dalla turbina a vapore un titolo unitario a causa della forma della curva di evaporazione sul piano temperatura-entropia. Con l’acqua, invece, stante i parametri imposti sull’impianto, il titolo risulta essere troppo basso (circa 0,8) e ciò porta, nel lungo periodo, alla rottura della turbina stessa. Allo scopo di risolvere questo problema si è scelto di sostituire, come fluido termovettore, i sali fusi all’olio diatermico (per poter aumentare la temperatura massima del ciclo) e di eseguire il risurriscaldamento all’interno dell’impianto a vapore. Queste due soluzioni portano anche, e soprattutto, ad un aumento del rendimento globale dell’impianto.

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Introduzione 1 Introduzione Negli ultimi anni si sta assistendo ad una sempre maggiore espansione delle tecnologie per la produzione di energia alimentate da fonte rinnovabile. Questa spinta è data dalla definizione di un quadro normativo internazionale sull’ambiente che mira a ridurre le emissioni di anidride carbonica a livello mondiale. Esso è stato recepito anche sul piano nazionale grazie all’emanazione di una serie di sistemi incentivanti. Nel mondo, infatti, si è andata sviluppando una sempre maggiore consapevolezza della preoccupante situazione energetica ed ambientale in cui ci si è venuti a trovare. La produzione di energia, di fatto, è ancora legata alle fonti di energia tradizionali (carbone, petrolio, metano), per cui appare sempre più necessario un cambiamento urgente e radicale. In questo quadro internazionale favorevole trova posto il solare termodinamico, tecnologia che sfrutta la radiazione solare per l’ottenimento di energia elettrica. Ad avvalorare questa affermazione, si riporta un’intervista allo scienziato friulano Carlo Rubbia, premio Nobel per la fisica nel 1984 e noto sostenitore del solare termodinamico. Lo scienziato ha spiegato che: “Non solo il petrolio e gli altri combustibili fossili sono in via di esaurimento, ma anche l'uranio è destinato a scarseggiare entro 35-40 anni, come del resto anche l'oro, il platino o il rame. Non possiamo continuare, perciò, a elaborare piani energetici sulla base di previsioni sbagliate che rischiano di portarci fuori strada. Dobbiamo sviluppare la più importante fonte energetica che la natura mette da sempre a nostra disposizione, senza limiti, a costo zero: e cioè il Sole, che ogni giorno illumina e riscalda la terra”.

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Parole chiave

solare termodinamico
orc
csp
acetone
ciclo rankine
impianto orc

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