Capitolo III - Configurazioni d’impianto
3.2 Configurazione con carico elettrico e generatore diesel
Nella seconda configurazione d’impianto analizzata si considera anche la presenza del carico elettrico e di un generatore diesel, in grado di soddisfare tale carico insieme agli impianti a fonte rinnovabile e alla batteria di accumulo. Il generatore diesel entra in funzione solamente per cedere potenza al carico elettrico, quando la potenza rinnovabile prodotta e l’energia accumulata nella batteria non sono in grado di soddisfare completamente tale carico.
L’impianto di desalinizzazione, invece, continua ad essere alimento dagli impianti a fonte rinnovabile e dalla batteria.
Figura 3.34. Andamento della curva di carico elettrico
3.2.1 Dimensionamento dei componenti d’impianto
Dato che aggiungendo il carico elettrico la richiesta di potenza aumenta in maniera rilevante, è stata aumentata la potenza installata degli impianti di produzione di energia. Nella tabella 3.8 vengono elencati i valori delle taglie dei vari componenti d’impianto, che sono state assunte per questa configurazione.
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Tabella 3.8. Taglie dei componenti d’impianto
Componente Taglia
Potenza installata fotovoltaico [kW] 2000
Potenza installata eolico [kW] 1600
Capacità nominale batteria [kWh] 8000 Potenza nominale dissalatore [kW] 630
Capacità serbatoio [m³] 12000
Potenza nominale generatore diesel [kW] 3175
Per ottenere la potenza installata dell’impianto fotovoltaico di 2000 kW sono stati considerati 6250 moduli con potenza nominale di 320 W; per l’impianto eolico sono state considerate due turbine eoliche da 800 kW; per l’impianto di desalinizzazione con potenza nominale di 630 kW sono stati considerati 57 recipienti in pressione, in modo da mantenere il consumo medio pari a 3 kWh/m³. La potenza nominale del generatore diesel è stata scelta pari al carico elettrico massimo, in modo tale che esso sia in grado di soddisfare completamente il carico anche in assenza degli impianti a fonte rinnovabile e della batteria.
Questi sono quindi i valori che sono stati cambiati, tutti gli altri parametri che caratterizzano i vari componenti, come ad esempio i rendimenti, la velocità di cut-in e di cut-out, rimangono invariati e pari a quelli assunti nella precedente analisi.
3.2.2 Risultati
I risultati della simulazione della seconda configurazione analizzata vengono riportati in tabella 3.9.
Si nota che inserendo il carico elettrico la potenza rigettata diminuisce notevolmente (del 48% rispetto all’ultimo caso studiato), perché la potenza prodotta viene per la maggior parte destinata al carico elettrico ed assorbita dall’impianto di desalinizzazione.
L’energia contenuta nella batteria viene prevalentemente utilizzata dal carico elettrico, il quale infatti presenta un fattore di contribuzione della batteria pari a 19.36%, mentre quello relativo all’impianto di desalinizzazione è solamente di 1.01%. Ciò è dovuto al fatto che il carico elettrico è assai più elevato della potenza nominale dell’impianto di desalinizzazione: il valore massimo del carico elettrico è pari a 3175 kW, mentre la potenza nominale dell’impianto di dissalazione è pari a 630 kW. Quando la potenza rinnovabile non è sufficiente a soddisfare tale carico, la batteria fornisce la potenza mancante. Questo porta la batteria a scaricarsi più frequentemente per soddisfare il carico elettrico rispetto a quanto essa si scaricava per l’impianto di desalinizzazione. È da tenere in considerazione anche il fatto che il carico elettrico deve essere soddisfatto
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89 istantaneamente, mentre quello legato all’impianto di dissalazione è differibile, perciò viene data priorità al carico elettrico.
Tabella 3.9. Risultati della configurazione con carico elettrico e generatore diesel operante a carico variabile
Parametro Simbolo Valore
Tasso di copertura della domanda d'acqua F_ds [%] 93.46
Frazione di energia rigettata F_rej [%] 28.08
Frazione di contribuzione della batteria alla
fornitura di energia del dissalatore F_batt [%] 1.01 Frazione di contribuzione della batteria alla
fornitura di energia del carico elettrico F_batt_el [%] 19.36 Frazione di contribuzione del gen diesel alla
fornitura di energia del carico elettrico F_diesel_el [%] 32.67 Fattore di capacità dell'impianto fotovoltaico CF_pv [%] 17.28 Fattore di capacità dell'impianto eolico CF_wt [%] 23.64 Fattore di capacità del gen diesel CF_diesel [%] 6.74 Numero di ore di funzionamento del gen diesel n_ore_funz 2532
Numero di accensioni del gen diesel n_acc 236
Quantità di acqua prodotta W_ap [m³/anno] 519973 Costo di produzione dell'acqua desalinizzata W_cost [€/m³] 1.62 Costo di produzione dell'energia elettrica E_cost [€/kWh] 0.78
Il fattore di capacità dell’impianto fotovoltaico è pari a 17.28% e quello dell’impianto eolico è pari a 23.64%: questi valori non sono molto elevati, ma per gli impianti a fonte rinnovabile ciò è dovuto alla aleatorietà delle fonti. Il fattore di capacità del generatore diesel è del 6.74%, infatti esso funziona per 2532 ore all’anno. Dal primo grafico di figura 3.8 si osserva che il generatore diesel funziona soprattutto in estate, quando l’aumento della popolazione dovuto al turismo determina un aumento sia del carico elettrico sia della richiesta di acqua. In tale periodo infatti l’energia contenuta nella batteria è al livello minimo, quindi entra in funzione il generatore diesel per fornire la potenza mancante, che non viene soddisfatta dalla potenza rinnovabile.
Il tasso di copertura della domanda di acqua desalinizzata è del 93.46%, valore migliore rispetto alla configurazione in cui viene fornita solamente acqua dissalata. Come si può vedere dal terzo grafico di figura 3.8, infatti, il serbatoio raggiunge il livello minimo in estate nel periodo tra 5000 h - 5800 h. Questo risultato è dovuto all’aumento della potenza installata degli impianti a fonti rinnovabile, della potenza nominale dell’impianto di dissalazione e del volume del serbatoio. La capacità di accumulo del sistema di batterie, invece, è stata scelta pari a 8000 kWh, in quanto un aumento ulteriore non determina benefici apprezzabili in termini di tasso di copertura del carico idrico.
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La frazione di energia rigettata è del 28.08%, valore più basso rispetto a quello della prima configurazione. Infatti l’aggiunta del carico elettrico permette di utilizzare una quantità maggiore di energia rinnovabile, che nella configurazione precedente non poteva essere accumulata nella batteria quando essa era completamente carica e perciò veniva rigettata. Infine il costo di produzione dell’acqua è di 1.62 €/m³, il quale è più basso del costo dell’acqua che viene importata nell’isola, che è di circa 5-8 €/m³. Il costo di produzione dell’energia è di 0.78 €/kWh.
I risultati che si ottengono con questa configurazione sono dunque migliori di quelli della configurazione base, in cui si fornisce solamente acqua dissalata, perciò grazie all’aggiunta del carico elettrico l’energia prodotta viene sfruttata in modo migliore.
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