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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 - 29 - Some of these technologies are commercially mature with wide availability in the market (combustion engines and turbines), while others are still in a development stage including Stirling-based units, organic Rankine cycle (ORC) based-systems and fuel cell-driven units. Concerning all the prime mover technologies listed above, the exploited energy source could be both renewable and non-renewable, which some advantages in the first case. In many applications indeed, cogeneration and Renewable Energy Sources (RES) complement each other, in the sense that several renewable technologies can be operated in cogeneration mode; some examples are biomass, geothermal and Concentrating Solar Power (CSP). Since both cogeneration and renewables as stand-alone technologies offer proven low-carbon benefits, they can perform a double reduction in CO2 emissions if taken together [1.8]. Another aspect that goes in favour of RES is that low energy conversion efficiency does not necessary imply high costs since the energy source is costless. A brief description of the most diffused PM for trigeneration systems will be provided within this section, in order to understand why it is interesting to couple an ORC with a solar energy source for small-scale trigeneration systems. The comparison is made between combustion engine, gas turbine and ORC technology. Due to their constant efficiency above 30%, a relatively high electrical power output and a limited initial investment cost, internal combustion engines represent the most used prime mover for CHP and CCHP applications in the range of 100-5000 kW. Combustion engines can be fuelled by diesel oil, natural gas or gasoline, as well as the product of gasification processes (syngas) or biogas. They are a scalable technology that comes from automotive and naval transport applications, that has been adapted to energy generation purposes. Waste heat from the engine can be recovered at different levels and a different temperature ranges: from exhaust gases at 200–400 °C, from jacket water cooling and oil cooling systems at 90–125 °C. These multiple and different heat sources increase the complexity of the required heat recovering system. Generally, these micro-CHP systems have an overall efficiency up to 80%. However, these systems are very noisy and need frequent maintenance due to their large number of moving parts; in addition to this, the high level of NOx emissions within the exhaust make them unattractive for small residential applications. Gas turbine systems are compact units composed of a combustion chamber, a compressor, a turbine and an electrical generator, all rotating on the same shaft. In CHP applications an additional heat recovery system is used to recover heat from the high temperature exhaust gas. They can be fed with the same wide range of fuels described for internal combustion engine-based CHP applications, but with slightly lower polluting emissions. Large size gas turbine systems (from hundreds kW to hundreds MW) are very common, producing heat and electricity for several commercial and industrial applications, whereas micro-turbines (30-400 kW) have recently become a widespread technology also to serve small-scale applications, such as distributed energy systems. Some advantages of micro-turbine technology are compactness and little required maintenance. Moreover, since hot gases are released at temperature of about 250 °C, they could be easily exploited for thermally activated cooling technologies, such as sorption chillers. Nevertheless, micro-turbine applications for building-size systems are still very limited due to their relatively low electrical efficiency and sensitivity of efficiency to changes in ambient conditions.
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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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