Prof. Pier Ruggero Spina

Dipartimento di Ingegneria

Dispensa del corso di

“SISTEMI ENERGETICI”

Argomento: Sistemi Energetici (parte 3.3)

2

La trigenerazione: motivazioni e tecnologie

Potenza termica richiesta

Picchi di richiesta giornalieri

Coge

ne

rato

re

Cald

aia

Produzione acqua calda sanitaria

Riscaldamento

Pt [kW]

Pot. m

edia

Pot. m

ax ista

nta

nea

30 kW

150

kW

Gennaio Dicembre

Pot. m

in.

Il fabbisogno termico

Coge

ne

rato

re

Cald

aia

30 kW

150

kW

0 8760

Pt,media [kW]

h/anno 8200 h/anno

4500 h/anno

2 x micro-cogeneratori da 15 kW termici

Funzionamento medio: 6350 h/anno

Copertura fabbisogno termico: 55%

45%

1 x caldaia 120 kW

Copertura potenza max istantanea

richiesta durante stagione fredda

1 x serbatoio di accumulo inerziale

Permette di massimizzare le ore di

funzionamento dei micro-cogeneratori

Dimensionamento in funzione dei profili

giornalieri di richiesta termica

Copertura del fabbisogno termico

Curva cumulata

Ruolo dell’accumulo termico

0

2

4

6

8

10

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Ore

equiv

alent

i di a

ccum

ulo te

rmico

[kWh ac

c./kWt,c

og.]

Et,utenza

Pt,cog.

0.10.3

=0.5 [kWt,cog.

/MWht,utenza

]

1.0

ore funzionamento motoreOre di funzionamento del cogeneratore [h]

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Ore

equiv

alent

i di a

ccum

ulo te

rmico

[kWh ac

c./kWt,p

icco]

Pt,picco

Pt,cog.

= 0.250.500.751.00

ore funzionamento motoreOre di funzionamento del cogeneratore [h]

Ruolo dell’accumulo termico

0

50

100

150

200

250

300

350

mesi

[kW]

dicnovottsettagoluggiumagfebaprmargen

Domanda

termica

Domanda

frigorifera

Domanda elettrica

Trigenerazione: la necessità

Trigenerazione: la variabilità del carico

0

20

40

60

80

100

120

140

160

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

ore/giorno

cari

co

[kW

]

Pe [kW]

Pt [kW]

Pf [kW]

0

20

40

60

80

100

120

140

160

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

ore/giorno

cari

co

[kW

]

Pe [kW]

Pt [kW]

Pf [kW]

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

richiesta elettricarichiesta termica

hours

utenza nel

civile

(inverno)

utenza nel

terziario

(estate)

utenza nel

terziario

(inverno)

Trigenerazione: gli impianti

Frigorifero a compressione

compressore

comp

F

E

QEER QF

Ecomp

Trigenerazione: gli impianti

Frigorifero ad assorbimento

Trigenerazione: gli impianti

Frigorifero ad assorbimento

fluido

caldo

assorbitore

R

F

Q

QEER QF

QR

Frigoriferi ad assorbimento

ammoniaca-acqua (NH3- H2O)

(temp. refrigerante fino a - 40 ÷ - 60 °C)

ASSORBITORE

CONDENSATORE

DESORBITORE

EVAPORATORE

COLONNA DI

RETTIFICAZIONE

Soluzione

ricca di NH3

Pompa

Acqua di

raffreddamento

Soluzione

povera di

NH3

Ammoniaca

liquida

Vapore di

ammoniaca

Fluido o gas da

raffreddare

CIRCUITO

SOLUZIONE

Acqua di

raffreddamento

Energia

primaria

Sezione alta

pressione

Sezione bassa

pressione

Frigoriferi ad assorbimento

acqua-bromuro di litio (H2O-BrLi)

(temperatura refrigerante > 0 °C)

Semplice effetto

Tsorgente calore ≈ 60 ÷ 130 °C

EER ≈ 0.60 ÷ 0.75

Soluzione

concentrataRefrigerante

liquido

Refrigerante vapore

GENERATORECONDENSATORE

Acqua di

raffreddamento

Acqua

refrigerata

EVAPORATORE ASSORBITORE

Acqua di

raffreddamento

Sorgente di

calore

Pompa

Acqua

refrigerata

EVAPORATORE ASSORBITORE

Acqua di

raffreddamento

Sorgente di

calore

Pompa della soluzione

GENERATORE AD

ALTA TEMPERATURA

GENERATORE AD

ALTA TEMPERATURACONDENSATORE

Refrigerante

liquido

Acqua di

raffreddamento

Doppio effetto

Tsorgente calore ≈ 150 ÷ 200 °C

EER ≈ 1.1 ÷ 1.3

80

90

100

110

120

5 6 7 8 9 10 11 12

Po

ten

za

uti

le f

rig

orif

era

[%

]

Temperatura dell'acqua refrigerata [%]

24°C

26°C

28°C

30°C

32°C

Temperatura acqua

condensatore

Frigoriferi ad assorbimento: prestazioni

Frigoriferi ad assorbimento:

Funzionamento ai carichi parziali

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100

Con

su

mo

ris

pe

tto

al

no

min

ale [

%]

Carico rispetto al nominale [%]

Assorbitore

Vite

Centrifugo

Trigenerazione: gli impianti

Desiccant cooling

Amb.

esterno

Amb.

interno

RigeneratoreDeumidificatore Raff.

evaporativo

Raff.

evaporativoQR

riscaldatore

1 2 3 4

56789

QF

0

10

20

30

40

50

10 20 30 40 50 60 70 80

Tit

olo

[g H

2O

/kg a

ria

secc

a]

Temperatura (bulbo secco) [°C]

UR=20%

40%

60%80%

4

5

3

100%

6

1

2

78

9Temp.

bulbo umido

[°C] 30

25

20

15

10

deumidificatore igroscopico

(con sostanze chimiche “silica gel”)

EER ≈ 0.5 ÷ 0.6

QF/Eel ≈ 5 ÷ 6

Assenza di fluidi pericolosi

R

F

Q

QEER

CENTRALE

COGENERATIVA

GRUPPO

FRIGORIFERO AD

ASSORBIMENTO

PANNELLI SOLARI

SISTEMA

ACCUMULO

TERMICO

DISTRIBUZIONE EN. TERMICA

DISTRIBUZIONE EN. FRIGORIFERA

DISTRIBUZIONE EN. ELETTRICA

Trigenerazione: le applicazioni

Trigenerazione: le applicazioni