Scenario 0: Inseguimento domanda parco macchine senza accumulo

In questo scenario si è deciso di valutare il comportamento dell’impianto a seguito dell’inseguimento della domanda di biometano richiesta dal parco macchine senza considerare un accumulo. In questo caso nel codice MATLAB® si è minimizzata, tramite il comando fminsearch, la differenza tra la portata di biometano prodotta dal reparto di upgrading e la richiesta di biometano del parco macchine. In particolare, si è calcolato per ogni giorno del funzionamento del sistema un F ottimale in grado di portare a zero questa differenza, il che equivale a produrre una quantità di biometano esattamente pari al carico di biocarburante. Quindi il codice risponderà mandando all’upgrading una quantità di biogas tale da produrre quantità di biometano in grado di eguagliare la domanda del parco macchine, il resto della portata di biogas verrà mandato in turbina e si produrrà energia elettrica.

In Figura 4.30 viene rappresentata la domanda elettrica e termica richiesta dall’impianto per questo scenario e la domanda di biometano richiesta dal parco macchine.

Figura 4.30 - Domanda elettrica, termica e di biocarburante per inseguimento domanda parco macchine

78 La domanda elettrica segue l’andamento della richiesta di biometano del parco macchine. Infatti, aumentando la richiesta di biocarburante aumenta anche la potenza da fornire al sistema di upgrading.

La domanda termica ha il medesimo andamento degli altri scenari, differenziandosi però in modulo essendo in questo caso la potenza termica da fornire al sistema di upgrading minore rispetto agli altri scenari, poiché sarà minore la richiesta del sistema di upgrading. In generale la produzione di biogas è molto maggiore alla richiesta di biometano del parco macchine, quindi è necessario inviare una portata di biogas al sistema di upgrading con un F che varia da un minimo di 0,18 ad un massimo di 0,47. In conseguenza di ciò la restante portata di biogas viene inviata in turbina, la quale data la grande quantità disponibile riesce a soddisfare la domanda termica totale dell’impianto adempiendo anche al vincolo di temperatura presente nel LOOP2 il quale richiede una temperatura dell’acqua in uscita dallo scambiatore HE4 maggiore o uguale a 120°C. In conclusione, la caldaia a biogas non interviene per nessuna parte dell’anno, la portata di biogas inviatale sarà quindi nulla e tutto il biogas prodotto dai biodigestori verrà mandato interamente all’impianto come viene mostrato in Figura 4.31. In particolare, la caldaia rimane spenta in inverno poiché la domanda di bioCH4 che richiede il parco macchine in questi mesi è bassa e quindi la turbina a fronte della considerevole quantità di biogas inviatale riesce a soddisfare sia l’intero carico termico dell’impianto sia i vincoli di temperatura imposti. Nei mesi centrali aumenta la domanda del parco macchine ma diminuisce quella termica del riscaldamento dei fanghi, quindi anche in questo caso la turbina riesce a soddisfare la domanda termica totale dell’impianto.

79 Figura 4.31 – Andamento portate impianto per inseguimento domanda

biocarburante

In Figura 4.32 sono riportate le componenti della potenza termica che contribuiscono al riscaldamento dei fanghi per questo tipo di scenario.

Figura 4.32 - Componenti potenza termica riscaldamento fanghi

Rispetto agli altri casi il calore recuperato dal sistema di upgrading è minore poiché la richiesta di biocarburante del parco macchine è molto minore rispetto alla produzione di biogas dal processo di biodigestione.

In Figura 4.33 si evidenzia il fatto che data la grande disponibilità di biogas inviato in turbina la richiesta di calore per il processo di upgrading è completamente coperta dalla mGT.

Figura 4.33 - Potenza termica richiesta da upgrader e fornita da mGT

La mGT riesce a soddisfare sia la richiesta termica per il riscaldamento dei fanghi sia domanda termica necessaria al processo di upgrading.

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 ] Giorni

Calore dalla mGT Calore recuperato da upgrader

0 20 40 60 80 1 _{32 63 94} 125 156 187 218 249 280 311 342 Th erm al Po w er [kW ] Giorni Calore da mGT 0 20 40 60 80 1 _{35 69} 103 137 171 205 239 273 307 341 Th erm al Po w er [kW ] Giorni

80 In Figura 4.34 viene rappresentata la ripartizione della potenza termica della turbina tra riscaldamento dei fanghi e upgrading.

Figura 4.34 - Componenti potenza termica turbina

In Figura 4.35 vengono mostrati i flussi energetici annuali legati alla potenza termica per questo tipo di scenario.

Figura 4.35 - Flussi energetici annuali legati alla potenza termica per inseguimento domanda biocarburante

In Figura 4.36 è mostrato il rapporto tra biogas inviato all’upgrader e quello totale inviato all’impianto tale per cui venga soddisfatta la domanda di biometano richiesta dal parco macchine. Inoltre, sono rappresentati gli output del sistema per questa gestione energetica. 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

81 Figura 4.36 – Output sistema per inseguimento domanda biocarburante Come richiesto la produzione di biometano è identica alla richiesta del parco macchine. La produzione di potenza elettrica netta è maggiore di zero per tutto l’anno con dei picchi in inverno sia perché la domanda del parco macchine è minore e quindi è disponibile una maggiore quantità di biogas da inviare in turbina e sia perché l’efficienza della mGT è maggiore nei mesi più freddi.

Come i casi precedenti il calore in uscita dall’impianto aumenta in estate, in quanto la domanda termica per il riscaldamento dei fanghi e per la conversione del biogas in biometano è soddisfatta, la portata dei fumi viene deviata per non superare in vincolo che all’interno dei digestori deve essere presente una temperatura costante pari a 37°C. In questo scenario siccome la domanda termica totale dell’intero sistema è sempre soddisfatta, per tutta la durata dell’anno ci sarà sempre un ricircolo dei fumi.

Inoltre, il calore in uscita è maggiore in modulo rispetto ai casi precedenti. Questo perché è aumentata la portata dei fumi vista la notevole quantità di biogas inviata alla mGT ed è aumentata anche la loro temperatura in uscita dalla turbina rispetto agli altri casi. In particolare, la temperatura dei fumi aumenta in inverno rispetto ai casi precedenti perché questa aumenta con la potenza elettrica la quale è elevata nei mesi più freddi, nei mesi caldi, anche se diminuisce il carico elettrico, la temperatura dei gas esausti aumenta poiché l’andamento di questa cresce con la temperatura ambiente.

82 Infine, in Figura 4.37 sono riassunti i flussi energetici annuali legati alla potenza elettrica. In questo scenario la potenza elettrica prodotta è maggiore di quella richiesta dal sistema di upgrading e dagli ausiliari.

Figura 4.37 - Flussi energetici annuali legati alla potenza elettrica per inseguimento domanda biocarburante