In questo scenario si è deciso di valutare l’inseguimento della domanda elettrica. In particolare, tramite il comando fminsearch si è calcolato per ogni giorno di funzionamento dell’impianto un F ottimale tale da portare a zero la potenza netta. In Figura 4.2 viene rappresentata la domanda elettrica da inseguire, la domanda termica e la domanda di biometano del parco macchine.
Il contributo maggiore della domanda elettrica è dato dalla potenza richiesta dagli ausiliari che è costante, quindi anche la domanda elettrica risulterà all'incirca costante. Il contributo maggiore per la domanda termica è dato dal riscaldamento dei fanghi, quindi questa sarà maggiore in inverno. Nei mesi più caldi diminuisce oltre alla potenza termica richiesta dal processo di DA anche il calore richiesto dal processo di upgrading vista la minore quantità di biogas inviata al reparto, poiché una maggiore quantità di biogas verrà inviata in turbina per soddisfare la richiesta elettrica.
Figura 4.2 - Domanda elettrica, termica e di biocarburante per inseguimento elettrico
Siccome in questo scenario si è richiesto di mandare in turbina una portata di biogas tale per cui venga soddisfatta la richiesta elettrica dell’impianto, la portata di biogas da inviare in turbina sarà circa costante. Questa portata avrà una piccola variazione solo nei mesi più caldi dell’anno in quanto l’efficienza elettrica della turbina diminuisce e quindi servirà più biogas da inviare alla mGT per eguagliare la richiesta
61 elettrica del sistema. Per il bilancio di massa anche la portata di biogas all’upgrading sarà all’incirca costante e di conseguenza anche il valore del parametro F.
In Figura 4.3 sono riportati gli andamenti delle varie portate dell’impianto.
Figura 4.3 - Andamento portate impianto per inseguimento elettrico
In Figura 4.4 sono riportate le componenti della potenza termica che contribuiscono al riscaldamento dei fanghi. Si nota che la turbina riesce da sola a soddisfare la richiesta termica per il processo di DA, senza che intervenga la caldaia a biogas. Questo anche grazie al calore recuperato dall’upgrading il quale è costante essendo questo proporzionale a F.
Figura 4.4 - Componenti potenza termica riscaldamento fanghi
0 50 100 150 200 250 300 1 15 29 43 57 71 85 99 113 127 141 155 169 183 197 211 225 239 253 267 281 295 309 323 337 351 365 Th erm al Po w er [kW ] Giorno
62 In Figura 4.5 è rappresentato il calore richiesto dal sistema di upgrading, il quale è praticamente costante ma ha una piccola variazione nei mesi centrali in quanto è presente una minore quantità di biogas da convertire poiché una quantità maggiore è inviata alla mGT per soddisfare il carico elettrico. Nei mesi invernali la domanda termica dell’upgrader diminuisce poiché mandando una parte della portata di biogas alla caldaia la portata disponibile all’impianto sarà in quantità minore.
Figura 4.5 - Potenza termica richiesta per l'upgrading
In Figura 4.6 è rappresentato la ripartizione della potenza termica richiesta dal sistema di upgrading.
Figura 4.6 - Componenti potenza termica per l'upgrading
63 64 65 66 67 68 69 70 1 15 29 43 57 71 85 99 113 127 141 155 169 183 197 211 225 239 253 267 281 295 309 323 337 351 365 Th erm al Po w er [kW ] Giorno
Calore richiesto dall'upgrader
0 10 20 30 40 50 60 70 80 1 15 29 43 57 71 85 99 113 127 141 155 169 183 197 211 225 239 253 267 281 295 309 323 337 351 365 Th erm al Po w er [kW ] Giorno
63 Nei mesi invernali la mGT non riesce a soddisfare questa domanda termica poiché il calore in uscita da HE4 è funzione della portata dei fumi e quindi della portata di biogas che si invia in turbina per portare a zero la potenza elettrica netta, perciò il contenuto energetico dei fumi riesce a soddisfare solo la richiesta termica dei fanghi. Allora interviene la caldaia che fornisce la parte di calore mancante per far avvenire il processo di upgrading.
Il motivo per cui si accende caldaia è perché la temperatura in uscita dallo scambiatore HE4 non è maggiore di 120°C.
Figura 4.7 - Grafico calore caldaia e temperatura acqua in uscita scambiatore HE4 Infatti, dalla Figura 4.7 si nota che quando questa temperatura scende al di sotto del vincolo imposto la caldaia si accende. Nei mesi più caldi dell’anno il calore scambiato dai fumi riesce a soddisfare questo vincolo in quanto diminuisce la richiesta termica per il riscaldamento dei fanghi. All’interno del circuito è presente un ricircolo di acqua che fa aumentare la temperatura in ingresso allo scambiatore HE4, la caldaia quindi resta spenta. In inverno invece siccome nel LOOP2 non c’è ricircolo di acqua ma tutto il contenuto energetico dei gas di scarico è inviato allo scambiatore HE3 per soddisfare la domanda termica dei fanghi, la temperatura in ingresso allo scambiatore HE4 è minore quindi il calore scambiato dai fumi non è in grado di soddisfare il vincolo imposto per la conversione del biogas.
64 Nella Figura 4.8 sono riassunti i flussi energetici annuali legati alla potenza termica scambiata tra i vari componenti per il presente scenario.
Figura 4.8 - Flussi energetici annuali legati alla potenza termica per inseguimento elettrico
In Figura 4.9 viene rappresentato l’andamento del parametro F, l’output elettrico che come richiesto è nullo, quello termico e la produzione di biometano dell’impianto.
Figura 4.9 – Output del sistema per inseguimento elettrico
Il calore in uscita dall’impianto aumenta in estate poiché diminuisce il calore richiesto per il riscaldamento dei fanghi, inoltre aumenta il calore in uscita dalla turbina in quanto la temperatura dei fumi aumenta con l’aumentare della temperatura ambiente.
65 Di conseguenza, tramite un sistema di split posto nel circuito dei fumi si devia la portata di questi affinché non venga superata la temperatura all’interno dei digestori. La produzione di biometano riesce sempre a soddisfare la domanda del parco macchine. Il resto verrà immesso in rete.
Figura 4.10 - Biometano immesso in rete per inseguimento elettrico
Infine, in Figura 4.11 vengono riassunti i flussi energetici annuali legati alla potenza elettrica. Si nota anche in questa figura come la potenza elettrica netta è nulla.
Figura 4.11 - Flussi energetici annuali legati alla potenza elettrica per inseguimento elettrico
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