Ottimizzazione di impianti CHCP per edifici singoli o gruppi di edifici interconnessi.

Progetto: Research project

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L’Unione Europea ha individuato nella produzione combinata di energia elettrica e calore una delle tecnologie ad alta efficienza di maggior interesse, fissando per il 2010 il target del 18% della produzione elettrica totale dell’Unione da sistemi cogenerativi (COM/97/0514). Dati recenti rivelano la non attualità di tale target (al 2005 si è raggiunto il 12% di penetrazione); rimane tuttavia evidente la volontà, esistente sia a livello comunitario che in molti Stati Membri, di perseguire la via della promozione della poligenerazione. Le ragioni di questo interesse sono evidenti: l’elevata efficienza di conversione garantita dal recupero dei cascami termici di un ciclo diretto consente, a parità di vettori energetici prodotti, una significativa riduzione dei consumi energetici rispetto alla produzione separata di energia elettrica e calore e, conseguentemente, un abbattimento delle emissioni inquinanti. A questi benefici se ne affiancano degli ulteriori, connessi al principio di generazione distribuita e rappresentati dalla riduzione delle perdite di trasmissione e dall’accresciuta affidabilità nell’alimentazione delle utenze elettriche. Una buona frazione dell’odierno mercato cogenerativo è rappresentata dai sistemi di media/grossa potenza integrati con attività industriali, a causa della regolarità dei profili di carico elettrico e termico di tali utenze che favorisce un elevato sfruttamento annuo dell’impianto CHP e, pertanto, contribuisce al rapido ammortamento del suo costo; la taglia media dei sistemi installati oggi in Italia si assesta intorno ai 10 MWel, comprendendo impianti turbogas e cicli a vapore in contropressione nonché sistemi di taglia ancora superiore a ciclo combinato.Nell’individuare scenari di elevata diffusione della generazione distribuita la letteratura scientifica ha evidenziato il significativo potenziale della cogenerazione e della trigenerazione di piccola e media taglia per utenze del settore civile; tale attenzione è ancora testimoniata dallo specifico riferimento che la Direttiva quadro in materia di riconoscimento dei sistemi CHP ad alta efficienza (Dir. 2004/8/EC) fa alla “micro-cogenerazione” ed alla “cogenerazione di piccola taglia”, definite rispettivamente con riferimento alle soglie di potenza installata di 50 kWe ed 1 MWe. Il D. Lgs. 8 febbraio 2007 n. 20, attuativo della suddetta Direttiva, intende “accrescere l'efficienza energetica e migliorare la sicurezza dell'approvvigionamento”, definendo misure atte a promuovere e sviluppare la cogenerazione ad alto rendimento di calore ed energia, basata sulla domanda di calore utile e sul risparmio di energia primaria, con particolare riferimento alle condizioni climatiche nazionali. Tra le tecnologie relative alla micro-cogenerazione ed alla cogenerazione di piccola taglia, il Decreto fa riferimento a:– Motori a combustione interna;– Microturbine a gas;– Motori Stirling;– Pile a combustibile.A fronte dell’elevato potenziale unanimemente riconosciuto, la capacità small/micro-scale CHP installata risulta ancora limitata, a causa di numerosi fattori; tra questi, si possono considerare preminenti la presenza di un quadro legislativo non stabile e l’assenza di competenze specifiche, a livello di piccoli/medi operatori di mercato, dei criteri di scelta e gestione di piccoli sistemi poligenerativi e delle opportunità offerte dalle odierne tecnologie CHP. Il presente progetto di ricerca è volto a fornire un quadro conoscitivo dettagliato e ad elaborare metodi per l’ottimizzazione di sistemi poligenerativi per applicazioni di piccola e media scala nel settore ci

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I sistemi CHP di piccola potenza basati sulle tecnologie più affermate (microturbine a gas e motori endotermici alimentati a gas naturale o a gasolio) hanno osservato un graduale incremento dell’efficienza e, grazie anche alla possibilità di produzione delle macchine in larga serie, una riduzione dei costi. Ciò di cui oggi il mercato della micro/small-scale CHP più necessita è la diffusione di un solido know-how di base sulle opportunità di profitto conseguibili tramite il ricorso alla poligenerazione distribuita; accade infatti frequentemente di osservare che, a causa di un dimensionamento poco appropriato o una gestione non ottimale dell’impianto, le prestazioni in esercizio risultino molto peggiori rispetto a quelle attese, anche quando si utilizzino tecnologie molto efficienti. E’ necessario far sì che, dall’odierna concezione dei sistemi CHP/CHCP come “soluzioni tecnologiche ad alta efficienza e complessità e ad elevato rischio”, si passi a concepire tali impianti come “affidabili e convenienti”; per far ciò occorre evidentemente:– Inquadrare in maniera chiara le dinamiche della normativa in materia di cogenerazione distribuita a piccola scala; pur nella variabilità dell’assetto legislativo, infatti, è possibile osservare la coerenza di alcuni intendimenti di fondo come l’assegnazione di priorità di dispacciamento all’energia prodotta tramite sistemi poligenerativi efficienti nel mercato elettrico libero, l’uso di resoconti di esercizio e non di efficienze nominali per l’attribuzione del labeling di “cogenerazione efficiente”, la graduale apertura a meccanismi di net-metering per potenze scambiate sul posto via via crescenti (vd. Legge Finanziaria 2007, che include la cogenerazione per potenze sino ai 200 kWe nel novero degli impianti aventi accesso a tale meccanismo), ecc.;– Disporre di dati affidabili circa le prestazioni on-site dei componenti, non solo considerati come isolati bensì tenendo conto degli effetti della loro integrazione. Alla necessità di predisporre curve-figures affidabili per le efficienze ed i costi delle macchine da usare in fase di studio di pre-fattibilità, si affianca quella di saper stimare i tempi tipici di fuori servizio nel caso di funzionamento continuo o ad elevata intermittenza, nonché le riduzioni di efficienza connesse alle interazioni tra i componenti (si pensi ad es. alla dipendenza del COP di un frigorifero ad assorbimento H2O-Br dalla temperatura di surriscaldamento dell’acqua di recupero);– Formulare criteri di dimensionamento o predisporre algoritmi di ottimizzazione che consentano di pervenire, per ogni specifica utenza caratterizzata da un particolare profilo di carico, alla soluzione progettuale più conveniente e ad un’ipotesi di gestione ottimale.La presente ricerca è volta proprio a creare tali fondamenti conoscitivi; la sua articolazione prevede alcuni specifici ambiti d’intervento ed analisi, in particolare per quanto concerne:a. La definizione del comportamento dei principali componenti di sistemi CHCP, sia tramite l’estrapolazione di curve figures per le prestazioni ed i costi, a partire da ampi database di prodotti di potenza sino a 2-3 MWe, sia tramite la rilevazione delle prestazioni on-site di alcune unità cogenerative tramite opportune campagne di monitoraggio. In particolare, ci si attende di verificare le prestazioni sul campo di:– Sistemi dedicati ad utenze di piccolissima taglia, il cui target di utilizzo è rappresentato da piccole utenze domestiche (potenze sino a 10-12 kWe); si proporranno inoltre alcune analisi innovative, relative sia alla simulazione di diverse condi

Key findings

Energia
StatoAttivo
Data di inizio/fine effettiva1/1/07 → …