Analisi termodinamica e ottimizzazione di impianti di microturbina a gas a combustione esterna di biomasse

In questa tesi si affronta lo studio e l’analisi energetica di un impianto di turbina a gas a combustione esterna (EFGT), alimentato con biomasse. La filosofia di impiego di questo impianto si basa sulla decentralizzazione della produzione energetica, scelta quest’ultima dettata dalla bassa densità del combustibile sul territorio nazionale e dalla sua elevata dispersione territoriale. Il punto di partenza è rappresentato dalla descrizione dell’impianto EFGT e del suo funzionamento. Vengono prese in considerazione due differenti configurazioni impiantistiche basate sulla presenza o meno di un post-combustore a monte della turbina. Vista l’ampia molteplicità di combustibili che rientrano nella categoria delle biomasse, viene proposta quindi una panoramica generale relativa a questo combustibile. Nei riguardi dell’impianto EFGT si affronta anzitutto un’analisi di base volta allo studio dei parametri operativi di maggiore interesse. Per la valutazione di questi parametri vengono effettuate delle simulazioni per mezzo del software GateCycle. Si affrontano quindi tre analisi di sensibilità, volte ad evidenziare rispettivamente l’influenza delle perdite di carico sulle prestazioni nei due casi in cui sia fissata la tecnologia del combustore a biomasse o quella della turbina, e l’influenza del rapporto di by-pass valutato a valle di questa. Particolare interesse è rivolto a questo punto ai due componenti di più difficile progettazione e gestione: il combustore alimentato con biomasse e lo scambiatore primario ad alta temperatura. Per quanto riguarda la prima unità viene proposta una sua modellizzazione più accurata basata sull’uso di un generatore di vapore opportunamente adattato. Alla luce delle scelte operate, si approfondisce l’influenza del rapporto di by-pass sulle prestazioni dell’impianto. Si passa successivamente alla determinazione delle caratteristiche dello scambiatore primario e alla scelta dei materiali impiegati per la sua realizzazione. Si completa l’analisi con una valutazione economica di massima dello scambiatore, nella quale si mettono in evidenza i costi di realizzazione dell’unità. La trattazione si conclude con una analisi economica dell’impianto EFGT relativa ai costi di realizzazione e di gestione del sistema, nell’arco di una sua ipotetica vita utile.