37402 - SISTEMI ENERGETICI AVANZATI E COGENERAZIONE M

Scheda insegnamento

SDGs

L'insegnamento contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.

Energia pulita e accessibile Imprese innovazione e infrastrutture Città e comunità sostenibili Lotta contro il cambiamento climatico

Anno Accademico 2021/2022

Conoscenze e abilità da conseguire

Obiettivo dell'insegnamento è lo studio dei gruppi cogenerativi (gruppi cogenerativo con TG a recupero semplice, a ciclo combinato, motori a combustione interna, gruppo cogenerativo a vapore in contropressione e in derivazione.

Contenuti

Prerequisiti/Propedeuticità consigliate

L’allievo che accede a questo insegnamento conosce le basi di fisica, termodinamica e chimica, e sa utilizzare strumenti matematici utili per l’analisi e la modellazione di macchine e sistemi energetici.

Tali conoscenze sono acquisite, di norma, superando gli esami di Sistemi energetici e Macchine.

Tutte le lezioni saranno tenute in Italiano. È quindi necessaria la comprensione della lingua italiana per seguire con profitto il corso e per poter utilizzare il materiale didattico fornito.

Programma - Modulo 1

Cogenerazione

Introduzione alla cogenerazione, le prestazioni di un sistema cogenerativo, il confronto con la produzione separata.

La normativa sulla cogenerazione, evoluzione e situazione attuale.

La cogenerazione con turbine a gas: schemi dell'impianto, aspetti termodinamici, prestazioni e modalità di esercizio.

Cogenerazione con turbine a vapore a contropressione e a spillamento: schemi dell'impianto, aspetti termodinamici, prestazioni e modalità di esercizio.

Cogenerazione con cicli combinati gas/vapore: schemi dell'impianto, aspetti termodinamici, prestazioni e modalità di esercizio.

Cogenerazione con motori a combustione interna alternativi: schemi dell'impianto, aspetti termodinamici, prestazioni e modalità di esercizio.

Il costo di produzione di un impianto cogenerativo: il costo fisso , i costi variabili in funzione delle ore equivalenti di funzionamento e dell'entità del recupero termico. Esempi numerici

Approfondimenti sulle turbine a gas

Il mercato delle turbine a gas e le principali scelte progettuali nelle macchine di derivazione aeronautica e heavy-duty.

Il raffreddamento della turbina a circuito aperto e chiuso e gli effetti sulle prestazioni.

Le prestazioni fuori progetto del compressore e della turbina e le condizioni di accoppiamento.

La regolazione della potenza di un gruppo turbogas: il turbogas monoalbero, le soluzioni a più alberi e a geometria fissa e variabile.

L'impiego aeronautico del turbogas e le modifiche necessarie all'impiego industriale

Turbogas a ciclo complesso

Turbogas con recupero di calore: schema, bilanci energetici, prestazioni, confronti con altri sistemi ed esempi di applicazioni commerciali.

Turbogas con compressione inter-raffreddata: schema, bilanci energetici, prestazioni, confronti con altri sistemi ed esempi di applicazioni commerciali.

Turbogas con espansione inter-riscaldata: schema, bilanci energetici, prestazioni, confronti con altri sistemi ed esempi di applicazioni commerciali.

Turbogas a ciclo misto: interstage water injection, la wet compression, il ciclo STIG, le power augmentation technologies

 

Programma - Modulo 2

Simulazione numerica di sistemi energetici avanzati

Introduzione sulle metodologie per la modellazione termodinamica di sistemi energetici avanzati con l’approccio a parametri concentrati.

Principali fasi per l’impostazione di un modello numerico; l’ uso di software dedicati per il calcolo automatico.

Modellazione di turbine a gas a ciclo semplice con e senza il raffreddamento e impostazione dell’analisi parametrica.

Modellazione di cicli turbogas complessi: layout e inizializzazione degli input e simulazione. Il ciclo con intercooler: individuazione del rapporto di compressione intermedio che minimizza il lavoro di compressione e che massimizza il rendimento. Ciclo Turbogas con reheat: individuazione del rapporto di espansione intermedio che massimizza il lavoro di turbina e che massimizza il rendimento. Ciclo turbogas con recupero: individuazione dello scambio termico ottimale per massimizzare le prestazioni della turbina a gas.

Modellazione di Cicli combinati: creazione del layout, inizializzazione degli input e simulazione di un ciclo combinato ad un livello di pressione di assegnata potenza. Individuazione della pressione di evaporazione che massimizza le prestazioni del sistema. Diagramma T-Q della caldaia a recupero.

Modellazione di casi complessi di sistemi energetici cogenerativi: cicli combinati cogenerativi. La scelta delle pressioni di evaporazione e di spillamento al fine di massimizzare le prestazioni del sistema. Diagramma T-Q della caldaia a recupero. Diagramma T-Q dello scambiatore cogenerativo. Valutazione delle prestazioni cogenerative del sistema mediante i principali indicatori relativi agli impianti cogenerativi.

Testi/Bibliografia

"Gas Turbine Theory" H. Cohen, G.F.C. Rogers, H.I.H. Saravanamuttoo, Longman scientific & technical

Metodi didattici

L’insegnamento si compone di 6 CFU suddivisi in due moduli: uno da 3CFU tenuto dal prof. Michele Bianchi e uno da 3 CFU tenuto dal prof. Andrea De Pascale.

Il modulo 1 tenuto dal prof. Bianchi prevede lezioni di teoria in aula, mentre il modulo 2 tenuto dal prof. De Pascale prevede esercitazioni in laboratorio con software dedicato alla simulazione dei sistemi energetici

I due moduli di insegnamento sono erogati in parallelo.

 

In considerazione della tipologia di attività e dei metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa richiede la preventiva partecipazione di tutti gli studenti ai moduli 1 e 2 di formazione sulla sicurezza nei luoghi di studio, [https://elearning-sicurezza.unibo.it/] in modalità e-learning.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L’esame di fine corso ha lo scopo di valutare il raggiungimento degli obiettivi didattici, verificando le conoscenze che lo studente ha acquisito riguardo agli aspetti progettuali, costruttivi, funzionali e di gestione delle macchine a fluido e dei sistemi energetici.

Lo studente deve presentare una relazione scritta dell'attività svolta in laboratorio.

Il voto finale viene definito mediante un'unica prova orale che mira ad accertare le conoscenze dello studente negli argomenti trattati nei 3 CFU di lezioni frontali e nei 3 CFU delle esercitazioni.

Strumenti a supporto della didattica

Materiale didattico: il materiale didattico presentato a lezione verrà messo a disposizione dello studente in formato elettronico
tramite internet (http://campus.unibo.it/ Username e password sono riservati a studenti iscritti all'Università di Bologna).

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Michele Bianchi

Consulta il sito web di Andrea De Pascale

Consulta il sito web di Andrea De Pascale