Scenario 1: Inseguimento domanda parco macchine con accumulo

Dal precedente scenario ci si aspetta una forte fluttuazione della produzione di biometano. Per eliminare l’alta frequenza di tale produzione si pensato di mettere un accumulo in grado di attenuare le oscillazioni derivanti dall’inseguimento della domanda di biocarburante. In questo caso il bioCH4 viene inviato all’accumulo e da

questo prelevato per essere inviato al parco macchine.

Primo passo è stato quello di dimensionare l’accumulo. Tramite software MATLAB®

si è calcolata la media mobile dei consumi del parco macchine su un periodo di 7 giorni. In questo modo la produzione da inseguire non è più fluttuante ma segue un andamento più liscio. Da qui si è costruita la cumulata della differenza tra richiesta del parco macchine e andamento della nuova produzione. Il volume dell’accumulo sarà uguale alla massima variazione tra il valore massimo e il valore minimo della cumulata. Ora sempre tramite il software MATLAB® si procede come nel caso precedente, implementando però il volume di accumulo nel codice. In particolare, si è minimizzata, mediante il comando fminsearch, la differenza tra la produzione di biometano inviata al serbatoio di accumulo e quella richiesta affinché l’andamento sia meno oscillante. Ovvero si è calcolato per ogni giorno del funzionamento dell’impianto un F ottimale, il quale avrà un andamento meno fluttuante, in grado di portare a zero questa differenza, il che equivale a produrre una quantità di biometano

83 esattamente pari alla nuova produzione di biometano. Qualora la richiesta del parco macchine fosse maggiore della produzione, l’accumulo fornirà la restante portata di biocarburante e quindi quest’ultimo si svuota. In caso contrario qualora la produzione fosse maggiore della richiesta giornaliera di biometano l’accumulo si riempie. Siccome si è dimensionato l’accumulo in modo tale da ricoprire la massima variazione nell’arco di un anno, questo né supererà la capacità massima del serbatoio né arriverà mai a svuotarsi del tutto. La pressione agente nel volume di accumulo è quella atmosferica, la temperatura è quella ambiente.

Come si nota dalla Figura 4.38 sia la domanda termica sia la domanda elettrica sono meno fluttuanti del caso senza accumulo in quanto all’upgrading è inviata una portata di biogas con meno oscillazioni del caso precedente. Per il bilancio di massa anche alla turbina verrà inviata una portata di biogas meno fluttuante con la conseguenza che sia la potenza prodotta della turbina sa quella richiesta dal sistema di upgrading abbiano meno oscillazioni del caso senza accumulo.

Figura 4.38 - Domanda elettrica, termica e di biocarburante per inseguimento domanda parco macchine con accumulo

84 Gli andamenti delle portate dell’impianto sono mostrati in Figura 4.39.

Figura 4.39 – Andamento portate impianto per inseguimento domanda biocarburante con accumulo

Anche in questo caso come in quello precedente vista comunque la grande quantità di biogas inviata alla turbina questa riesce a soddisfare l’intero carico termico dell’impianto e soddisfa il vincolo di temperatura per il processo di upgrading. La caldaia non interviene per nessuna parte dell’anno.

In Figura 4.40 sono rappresentate le componenti del calore richiesta per il riscaldamento dei fanghi.

Figura 4.40 - Componenti potenza termica riscaldamento fanghi

0 50 100 150 200 250 300 350 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

85 In Figura 4.41 è mostrato il calore richiesto dal sistema di upgrading, il quale, come precedentemente detto, viene interamente fornito dalla turbina.

Figura 4.41 - Potenza termica richiesta da upgrader e fornita da mGT

In Figura 4.42 sono mostrati gli output del sistema per inseguimento elettrico con accumulo.

Figura 4.42 - Output sistema per inseguimento domanda biocarburante La produzione di biometano è molto meno oscillante rispetto al caso senza accumulo. Tutta la fluttuazione viene assorbita dall’accumulo, come viene mostrato dalla Figura 4.43 dove è rappresentato l’andamento dell’accumulo durante l’anno. Il volume dell’accumulo per il caso in cui sono stati mediati i consumi del parco macchine su un periodo di una settimana per avere questa produzione di biometano è di 850 m3. Questo

0 20 40 60 1 _{30 59 88} 117 146 175 204 233 262 291 320 349 Th erm al Po w er [kW ] Giorno

Calore richiesto dall'upgrader

0 20 40 60 1 _{32 63 94} 125 156 187 218 249 280 311 342 Th erm al Po w er [kW ] Giorno Calore da mGT

86 accumulo è in grado di ricoprire la massima variazione del consumo totale rispetto all’ andamento di produzione di biometano. Questo accumulo è maggiorato del 5%.

Figura 4.43 – Andamento accumulo

In seguito, si sono fatte altre simulazioni per diminuire le fluttuazioni della produzione di biometano accettando un volume di accumulo maggiore. La produzione di biometano che si vuole ottenere in questo caso è stata calcolata con una media mobile su un numero di giorni maggiore dei consumi di biocarburante. Si è visto prima il comportamento del sistema con un volume di accumulo calcolato su una prima su media mobile con un periodo di 15 giorni e poi su un periodo di 30 giorni.

L’accumulo massimo per il primo caso è di circa 1000 m3 _{mentre nel secondo caso il}

87

Capitolo 5 ANALISI ECONOMICA

In questo Capitolo viene effettuata un’analisi economica dei vari scenari simulati nel Capitolo 4. Vengono confrontati soltanto gli scenari a parità di componenti. Nell’analisi non rientra quindi l’inseguimento termico con caldaia a biogas siccome si tratterebbe di un impianto diverso dagli altri. Per ciascuna configurazione dell’impianto viene valutato il capitale da investire, i costi operativi e i ricavi. Tramite il metodo del VAN vengono confrontati i vari scenari nel caso con e senza parco macchine alimentato a biometano.