Prestazioni energetico-ambientali di sistemi cogenerativi avanzati e analisi di casi applicativi

• Main Author: Valentini, Elisa <1981>
• Other Authors: Bianchi, Michele
• Format: Doctoral Thesis
• Language: it
• Published: Alma Mater Studiorum - Università di Bologna 2014
• Subjects: ING-IND/09 Sistemi per l'energia e l'ambiente
• Online Access: http://amsdottorato.unibo.it/6534/

Lo scopo di questa tesi è quello di analizzare dapprima l’impatto ambientale di tali impianti e poi analizzare il contributo effettivo che oggi la tecnologia innovativa dei cicli Rankine organici può dare nella valorizzazione elettrica del calore di scarto di processi industriali, focalizzando l’obiettivo principalmente sulle turbine a gas ed eseguendo un caso di studio in un settore ancora poco esplorato da questa tecnologia, quello Oil&Gas. Dopo aver effettuato il censimento degli impianti a fonti fossili e rinnovabili, cogenerativi e non, presenti in Emilia-Romagna, è stato sviluppato un software chiamato MiniBref che permette di simulare il funzionamento di una qualsiasi centrale termoelettrica grazie alla possibilità di combinare la tecnologia dell’impianto con il tipo di combustibile consentendo la valutazione delle emissioni inquinanti ed i potenziali di inquinamento. Successivamente verranno illustrati gli ORC, partendo dalle caratteristiche impiantistiche e termodinamiche fino ad arrivare alla scelta del fluido organico, fondamentale per le performance del ciclo. Dopo aver effettuato una ricognizione dello stato dell’arte delle applicazioni industriali degli ORC nel recupero termico, verranno eseguite simulazioni numeriche per ricostruire gli ORC ed avere una panoramica il più completa ed attendibile delle prestazioni effettive di questi sistemi. In ultimo verranno illustrati i risultati di un caso di studio che vede l’adozione di recupero mediante ciclo organico in un’installazione esistente del settore Oil&Gas. Si effettuerà uno studio delle prestazione dell’impianto al variare delle pressioni massime e minime del ciclo ed al variare del fluido impiegato al fine di mostrare come questi parametri influenzino non solo le performance ma anche le caratteristiche impiantistiche da adottare. A conclusione del lavoro si riporteranno i risultati relativi all’analisi condotte considerando l’impianto ai carichi parziali ed in assetto cogenerativo. === This work presents a study related with off-shore oil & gas production and processing facilities, where required energy, for electric power, mechanical power and process heat, is mostly produced using gas turbines, as the fuel source (natural gas) is available onsite. Since size and weight of all equipment on an offshore facility are critical, it becomes necessary for the facility engineering team to ensure that all equipment are sized and selected appropriately to obtain better return on the investment. Therefore, any approach which could help in utilizing energy resources effectively will influence the bottom-line of the project, namely reduced capital cost and/or increased return on investment. In this work, one such approach of recovering power and thermal energy through the use of Organic Rankine Cycle system is discussed. A detailed thermo-economic analysis, conducted considering a system with four gas turbines operating, shows that power recovery equivalent to one topping gas turbine is achievable with a suitable working fluid. The analysis presented clearly shows that use of the Organic Rankine Cycle system for waste heat recovery is a technically viable and economically attractive solution for the offshore applications.