[kW] [-] [kW] [kW] [-] [-] MPV 28 2 83 333 0.18 -1.49 MT 28 1 71 118 0.51 0.12 S 28 1 100 143 0.42 -0.07 MCI 28 3 65 240 0.25 -0.79 ORC 28 1 94 125 0.48 0.07 Utenza I MPV 170 2 333 1333 0.20 -1.32 MT 170 1 282 471 0.57 0.18 S 170 1 400 571 0.47 0.01 MCI 170 4 346 1280 0.21 -1.22 ORC 170 1 375 500 0.54 0.13
Tabella 8.52. CCHP con chiller: utenze residenziale, industriale.
La Tabella 8.53 è analoga alla Tabella 8.52 con la differenza che una pompa di calore (avente EER = 3) è adoperata in luogo del chiller ad assorbimento per la fornitura di potenza frigorifera all’utenza (tale pompa di calore è attivata elettricamente dal suddetto motore primo):
– WE,PdC = potenza elettrica fornita dal motore primo alla PdC per la fornitura all’utenza della potenza frigorifera richiesta (quest’ultima pari a WC,U) [kW], in particolare WE,PdC = WC,U/EER;
– WT,O = potenza termica complessivamente prodotta da molteplici unità di motore primo (N) tra di loro in parallelo ed è pari a N*ηT*(WE,U+WE,PdC)/ηE (ove la grandezza (WE,U+WE,PdC)/ηE rappresenta la potenza termica ceduta dalla fonte energetica alla singola unità di motore primo per la fornitura all’utenza delle potenze richieste elettrica WE,U e frigorifera WC,U ed inoltre la grandezza ηT*(WE,U+WE,PdC)/ηE rappresenta la potenza termica prodotta dalla singola unità di motore primo). Tale potenza WT,O deve essere maggiore o uguale alla potenza termica richiesta dall’utenza ossia WT,O ≥ WT,U;
– WT,I = potenza termica ceduta dalla fonte energetica complessivamente alle molteplici unità di motore primo (N) tra di loro in parallelo ed è pari a N*(WE,U+WE,PdC)/ηE.
Dalla Tabella 8.53 si evince che per entrambe le utenze (residenziale, industriale) i valori di EUF, TPES sono maggiori nel caso in cui il motore primo è un motore a combustione interna. D’altra parte dal confronto tra i valori di EUF, TPES del sistema CCHP con motore a combustione interna e pompa di calore (EUFCCHP, TPESCCHP) e quelli dei cicli termodinamici in presenza di compressione bifase con metanolo oppure pentano (rispettivamente EUFMET, TPESMET, EUFPEN, TPESPEN in Tabella 8.50 e Tabella 8.51) si evince quanto di seguito:
– Utenza R: EUFMET > EUFCCHP, EUFPEN < EUFCCHP, TPESMET > TPESCCHP, TPESPEN < TPESCCHP; – Utenza I: EUFMET < EUFCCHP, EUFPEN < EUFCCHP, TPESMET < TPESCCHP, TPESPEN < TPESCCHP.
Utenza R
WE,PdC N WT,O WT,I EUF TPES
[kW] [-] [kW] [kW] [-] [-] MPV 5 1 52 208 0.29 -0.55 MT 5 1 88 147 0.41 -0.10 S 5 1 125 179 0.34 -0.33 MCI 5 1 27 100 0.60 0.25 ORC 5 1 117 156 0.38 -0.17 Utenza I MPV 30 1 229 917 0.29 -0.59 MT 30 1 388 647 0.42 -0.12 S 30 1 550 786 0.34 -0.37 MCI 30 1 119 440 0.61 0.24 ORC 30 1 516 688 0.39 -0.19
9. CONCLUSIONI, SVILUPPI FUTURI
Il presente studio concerne l’analisi delle prestazioni di cicli termodinamici di co-trigenerazione operanti con espansori e compressori a fluido bifase. In particolare le configurazioni dei suddetti cicli sono state concepite apportando modifiche a due cicli termodinamici di riferimento “Mokadam” e “Fabris” presenti nella letteratura brevettuale al fine di consentire con elevata flessibilità la fornitura all’utenza simultaneamente di potenza elettrica e/o potenza termica e/o potenza frigorifera tramite impiego della potenza termica ceduta da una medesima fonte energetica. Le modifiche suddette riguardano la sequenza delle trasformazioni in funzione sia della tipologia del fluido di lavoro sia dei valori dei parametri di processo e l’impiego del compressore bifase in luogo dei dispositivi di compressione adoperati nei cicli di riferimento in esame, in particolare il diffusore bifase adiabatico nel ciclo Mokadam ed il compressore monofase nel ciclo Fabris. La ricerca nella letteratura bibliografica ha evidenziato che gli espansori bifase ed i compressori bifase sono tecnologie certamente emergenti e poco convenzionali, in particolare gli espansori bifase sono ad oggi disponibili commercialmente ed invece i compressori bifase necessitano di ulteriori sviluppi al fine di consentire il loro impiego in applicazioni industriali.
Di seguito si descrivono le conclusioni derivanti dal presente studio, in particolare:
1) A seguito dell’analisi di sensitività sui parametri di processo sono state concepite molteplici configurazioni di cicli termodinamici di co-trigenerazione operanti con fluidi di lavoro di tipologia “wet” oppure “dry” in presenza di espansori a fluido bifase e compressori a fluido monofase oppure bifase.
Tali configurazioni dei cicli termodinamici sono differenti in relazione sia alla tipologia del fluido di lavoro sia ai valori dei parametri di processo.
In generale sia per fluidi “wet” sia per fluidi “dry” accade che gli indicatori delle prestazioni energetiche EUF, TPES assumono valori maggiori per i cicli termodinamici in presenza di compressione monofase piuttosto che bifase, invece in generale l’indicatore EE assume valori maggiori per i cicli termodinamici in presenza di compressione bifase piuttosto che monofase;
2) A seguito dell’analisi di sensitività sul rendimento isoentropico dei dispositivi (espansore, compressore) bifase, impiegati nelle configurazioni dei cicli termodinamici motori associate ai valori massimi degli indicatori delle prestazioni energetiche determinate nell’ambito dell’analisi di sensitività sui parametri di processo, si conclude che il rendimento isoentropico dell’espansore bifase ha maggiore influenza per i fluidi “wet” piuttosto che per i fluidi “dry” nei riguardi dei suddetti indicatori delle prestazioni;
3) A seguito dell’analisi dei casi studio associati alle configurazioni maggiormente significative dei cicli termodinamici (concepite nell’ambito dell’analisi di sensitività sui parametri di processo) si può concludere che nei riguardi del servizio alle utenze i cicli termodinamici in presenza di compressione bifase presentano maggiore flessibilità rispetto ai cicli in presenza di compressione monofase. Tale maggiore flessibilità si ottiene a seguito della regolazione di un maggiore numero di parametri di processo al fine di consentire la fornitura all’utenza dei valori richiesti delle potenze termica, elettrica e frigorifera. D’altra parte in corrispondenza di opportune condizioni di esercizio, i cicli termodinamici in presenza di compressione bifase hanno valori di EUF, TPES maggiori rispetto a quelli dei sistemi CCHP tradizionali. I principali sviluppi futuri sono di seguito riportati:
1) Anallisi e progettazione di espansori e compressori a fluido bifase aventi prestazioni idonee per l’impiego nei cicli termodinamici di co-trigenerazione precedentemente individuati;
2) Modifiche alle configurazioni dei cicli termodinamici di co-trigenerazione in presenza di compressione bifase precedentemente concepite (ad es.fluido di lavoro in uscita dal generatore di vapore in fase supercritica oppure vapore surriscaldato, fornitura all’utenza di potenza frigorifera simultaneamente in corrispondenza di molteplici differenti valori di temperatura);
3) Studio dello scambio termico tra il fluido di lavoro (nella fase di vapore saturo umido) ed il fluido termovettore associato all’utenza.