1) Impianti a a ciclo Rankine e Hirn (vapore e ORC)
2) Impianti con turbina a gas
3) Impianti a ciclo combinato
4) Motori a combustione interna
5) La cogenerazione di energia elettrica e termica
6) Cenni di analisi energetica ed economica di impianti ad energie rinnovabili
7) Analisi exergetica e termoeconomica
Impianti conversione Energetica
S. Stecco Ed. Pitagora
Dispense disponibili su E-Learning del corso https://e-l.unifi.it/course/view.php?id=12029
Obiettivi Formativi
La conoscenza della termodinamica applicata agli impianti e ai sistemi energetici, dei sistemi per la conversione dell'energia, con cenni anche alle energie rinnovabili. La comprensione del ruolo svolto dalle diverse tecnologie energetiche al fine di garantire la sostenibilità ambientale ed economica della produzione. La comprensione dei pregi e dei limiti delle tecnologie energetiche anche in un contesto sociale complesso come quello attuale.
La capacità di affrontare, con i metodi appropriati di cui il presente corso rappresenta la base, l'analisi dei processi di conversione e gestione dell'energia per gli impianti di servizio e di produzione energetica. La capacità di formulare e risolvere problemi ingegneristici relativamente alla gestione e alla ottimizzazione delle prestazioni energetiche ed economiche dei sistemi di conversione dell'energia. La capacità di valutare, mediante l'approccio termoeconomico applicato ai sistemi di conversione energetica e ai relativi componenti, il costo unitario dei servizi energetici prodotti (elettricità, calore e freddo). La capacità di analizzare e confrontare differenti soluzioni impiantistiche energetiche, al fine di condurre una scelta (motivata da obiettivi economici ed energetici) della più appropriata tecnologia e configurazione e delle relative strategie di controllo.
Prerequisiti
Conoscenze: termodinamica e fluidodinamica di base, scambio termico, basi di psicrometria per l'analisi delle miscele umide, acquisite nel modulo di Fisica Tecnica. Basi di Fisica Generale, analisi dimensionale. Padronanza degli strumenti matematici principali (calcolo differenziale, integrali, derivate, studio di funzioni) acquisiti nei corsi di Analisi Matematica.
Metodi Didattici
Lezioni frontali, esercitazioni e progetto
Altre Informazioni
Materiale didattico, informazioni e comunicazioni su piattaforma e-learning:
https://e-l.unifi.it/course/view.php?id=22136
Modalità di verifica apprendimento
Due test scritti sulla prima (1° semestre) e seconda (2° semestre) parte del corso, eventuale integrazione orale in caso di insufficienza. Parte del progetto finale riguardante il modulo di Sistemi Energetici
Programma del corso
1) Impianti a ciclo Rankine e Hirn 10 h (7 lezione + 3 esercitazione)
• Circuito e ciclo termodinamico: cicli Rankine e Hirn, rappresentazione sui vari piani termodinamici
• Possibili fluidi di lavoro: acqua/vapore e fluidi organici (Organic Rankine Cycle, ORC). Differenze fisiche tra i fluidi e caratteristiche operative
• Impianti acqua/vapore: applicazioni
• Impianti ORC: applicazioni
• Espressioni del rendimento e Influenza dei parametri operativi sulle prestazioni: Pressione minima, Pressione massima, Temperatura massima
• Componenti principali degli Impianti a vapore: condensatore, degasatori, caldaia, Espansori
• Differenze tra componenti di impianti a ciclo Hirn acqua/vapore e a fluidi organici ORC
2) Impianti con turbina a gas 8 h (6 lezione + 2 esercitazione)
• Circuito e ciclo termodinamico base
• Ciclo termodinamico ideale e reale: bilanci e risoluzione
• Caratteristiche dei componenti principali: compressore, camera di combustione, turbina
• Parametri prestazionali: rendimento e potenza, curve caratteristiche
• Possibili modifiche del ciclo termodinamico base: rigenerazione, interrefrigerazione, iniezione d’acqua
• Le microturbine a gas
3) Impianti a ciclo combinato 4 h (3 lezione + 1 esercitazione)
• Concetti base: configurazione e cicli termodinamici
• Prestazioni e parametri fondamentali di cicli combinati: Rendimento e potenza. Dipendenza dai parametri dei due cicli.
• Il ruolo della caldaia a recupero: caratteristiche e rendimento, bilancio termico.
5) La cogenerazione di energia elettrica e termica 8 h (6 lezione + 2 esercitazione)
• Principio e vantaggi della cogenerazione
• Tipologie di impianti: soluzioni con impianti a vapore, turbine a gas e motori a combustione interna.
• Aspetti legislativi e valutazione delle prestazioni. Cenni alla regolazione dei carichi (analisi dinamica).
• Microcogenerazione: soluzioni per la produzione di energia elettrica e termica distribuita di piccola taglia (microturbine a gas, cicli ORC). Utilizzo di calore a bassa temperatura (cicli ORC).
• Analisi economica di impianti cogenerativi al servizio di attività industriali: aspetti relativi alla valutazione dei carichi e alla loro variazione oraria e stagionale
6) Analisi exergetica e termoeconomica 10 h (4 lezione + 4 esercitazione)
• Concetto di Exergia e bilanci exergetici
• Temperatura media entropica
• Equivalenza tra analisi exergetica ed analisi entropica
• Distruzioni e perdite di Exergia di sistemi e componenti, rendimento exergetico
• Esempi applicativi
• Introduzione all’analisi Termoeconomica
• Analisi Termoeconomica: Livello di Componente
• Livello di aggregazione dei componenti
• Casi applicativi di particolare interesse
• Il costo delle perdite e distruzioni di exergia
• Fattore exergoeconomico, cenni di ottimizzazione termoeconomica
Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
Questo insegnamento concorre alla realizzazione degli obiettivi ONU dell‘Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile