AA 2022/2023 - 99547 - RETI SMART PER LA PRODUZIONE E IL TRASPORTO DELL'ENERGIA TERMICA E FRIGORIFERA M - Programma del Corso
Prof. Francesco Melino – Modulo I
DEFINIZIONI
Distinzione tra rete di teleriscaldamento (o teleraffrescamento) e sistema di teleriscaldamento (o teleraffrescamento); definizione di una rete di teleriscaldamento e teleraffrescamento secondo la Direttiva UE 2018/2001 e il DL 102/2014 e 73/2020; definizione di teleriscaldamento e teleraffrescamento efficiente; analisi dei dati statistici della diffusione del teleriscaldamento e del teleraffrescamento in Italia; principali vantaggi e svantaggi
RETI DI TELERISCALDAMENTO/TELERAFFRESCAMENTO
schema di principio, elementi principali della centrale di produzione, gruppo pompe (cenni), sistemi di produzione (cenni) vaso di espansione (cenni), makeup/blowdown/trattamento acque; struttura di una rete di teleriscaldamento/teleraffrescamento: rete ramificata (schema, vantaggi, svantaggi, considerazioni principali); rete ad anello (schema, vantaggi, svantaggi, considerazioni principali); rete magliata (schema, vantaggi, svantaggi, considerazioni principali); rete radiale (schema, vantaggi, svantaggi, considerazioni principali); rete mista ed evoluzione di una rete reale di teleriscaldamento; Configurazione di una rete di teleriscaldamento/teleraffrescamento: configurazione a 2 tubi (schema di riferimento e considerazioni principali); configurazione a 3 tubi - 2 mandate e 1 ritorno (schema di riferimento e considerazioni principali); configurazione a 3 tubi - 1 mandata e 2 ritorni (schema di riferimento e considerazioni principali); configurazione a 4 tubi caldi (schema di riferimento e considerazioni principali); configurazione a 2 tubi caldi e 2 tubi freddi (schema di riferimento e considerazioni principali); esempi di reti reali (considerazioni).
GENERAZIONI TELERISCALDAMENTO
Fluido Termovettore: tipologie di fluido (vapore, acqua surriscaldata, acqua calda, acqua, salamoia, ecc.), considerazioni e legame con le generazioni del teleriscaldamento. Generazioni Teleriscaldamento: generalità, fluido termovettore usato, tipologia di rete, fonti primarie principali usate dalla I alla V generazione.
TUBAZIONI
caratteristiche principali delle tubazioni prefabbricate in acciaio con coibentazione in schiuma di poliuretano e guaina di protezione, schema e dimensioni caratteristiche, esempi da catalogo, cenni sulla giunzione con muffola termorestringente, altre tipologie di tubazioni (tubi semi-rigidi, tubi per vapore con mantello in acciaio sottovuoto, tubi in materiale sintetico e tubi sintetici non coibentati); cenni sulle trincee per teleriscaldamento/teleraffrescamento (schema e dimensioni principali rispetto al diametro tubazione).
GRUPPI DI POMPAGGIO
Richiami sulle pompe centrifughe: curva prevalenza, efficienza e potenza in funzione della portata volumetrica, caratteristica risultante dall'accoppiamento in serie o in parallelo di due pompe centrifughe uguali. Gruppi di pompaggio: caratteristiche principali, configurazione, ridondanza (considerazioni), schema 3x50% in serie e in parallelo e considerazioni, scelta del punto di design in serie e in parallelo; regolazione del gruppo di pompaggio a pressione costante; regolazione del gruppo di pompaggio a pressione variabile; regolazione di velocità di due pompe in parallelo (caso 1 pompa controllata e caso 2 pompe controllate), regolazione di velocità di due pompe in serie (caso 1 pompa controllata e caso 2 pompe controllate); cenni sulla pressione normale (PN), definizione della massima pressione operativa, massima pressione incidentale, pressione test, minima pressione operativa; curva delle pressioni per una rete ramificata (una centrale e unico gruppo di pompaggio); Considerazioni sulla curva di pressione, utenza critica, il caso di impiego di pompe di rilancio; esempi di curva di pressione nel caso di rete mista con due anelli.
SOTTOSTAZIONI DI SCAMBIO TERMICO TRADIZIONALI
classificazione, caratteristiche della sottostazione di scambio diretta (svantaggi e vantaggi); considerazioni sulla regolazione del primario al variare della potenza termica richiesta dal secondario; cenni sul metodo del Thermal Resistance Scaling e sulla procedura di calcolo iterativa; schema delle connessioni tra sottocentrale e rete di teleriscaldamento (valvole di intercettazione, condotta di allacciamento, circuito primario e circuito secondario); schema di una sottostazione indiretta per solo riscaldamento (considerazioni); schema di una sottostazione indiretta per riscaldamento e acqua calda sanitaria istantanea (considerazioni)
Prof.ssa Lisa Branchini – Modulo II
INTRODUZIONE AL MODULO 2: dati nazionali sulla tipologia di centrali per la produzione di calore a servizio di reti di teleriscaldamento. La situazione mondiale ed europea.
Aspetti ambientali: definizione dei fattori di emissione input-based e output-based.
SISTEMI COGENERATIVI (CHP) Definizione di sistema cogenerativo (CHP). Confronto con la produzione separata. Definizione del PES, del rendimento globale e dell'indice elettrico. Classificazione dei sistemi CHP: topping e bottoming.
Architettura di turbina a gas cogenerativa: layout, T-s, T-Q. Considerazioni sulla potenza termica ceduta all'utenza. Possibilità di regolare la produzione termica attraverso by-pass e postcombustione, limitazione alla convenienza del sistema cogenerativo.
I motori a combustione interna cogenerativi: tipologie di sorgenti per recupero di calore e valori caratteristici delle temperature a disposizione. Vantaggi e svantaggi nell'utilizzo dei MCI CHP, confronto, a pari taglia elettrica con TG CHP.
Architettura dei gruppi a vapore cogenerativi: GV CHP in contropressione (layout, T-s, T-Q, espressione di potenza elettrica e termica ceduta all'utenza e condizioni limite di funzionamento del gruppo); GV CHP in derivazione (layout, T-s, T-Q, espressione di potenza elettrica e termica ceduta all'utenza e condizioni limite di funzionamento del gruppo).
Definizione e procedura di calcolo del fattore beta (coefficiente di perdita di potenza elettrica) nei cicli a spillamento. Esempio numerico del calcolo di beta.
Utilizzo dei rifiuti solidi urbani. Architettura e caratteristiche principali di un termovalorizzatore. Limitazioni ai parametri del ciclo a vapore legati ai fenomeni di corrosione. Architettura di un termovalorizzatore in assetto cogenerativo. Esempi di applicazioni.
Utilizzo delle biomasse: vantaggi dei cicli Rankine a fluido organico rispetto all'acqua, architettura e diagramma T-s del ciclo ORC semplice e con recuperatore.
Cenni all'utilizzo dell'energia geotermica: architettura centrale cogenerativa alimentata ad energia geotermica.
Ciclo combinato cogenerativo: architettura, T-s e piano rendimento elettrico e termico di un ciclo combinato cogenerativo ad 1 livello di pressione.
CONSIDERAZIONI GENERALI SUL DIMENSIONAMENTO DELLE RETI DI TELERISCALDAMENTO. Seminario in copresenza con Ing. Morgione (Optit). Andamento della curva cumulata di potenza in funzione delle ore anno: carico di base e picco di richiesta. Considerazioni generali sul dimensionamento della centrale cogenerativa a servizio della rete di TLR.
LA NORMATIVA CAR: procedura di calcolo per la determinazione del PES e dei certificati bianchi Esempio numerico: calcolo del PES e CB per Ciclo combinato con estrazione di vapore per alimentazione rete TLR.
Prof.ssa Maria Alessandra Ancona – Modulo III
PROGETTAZIONE DI UNA RETE DI TELERISCALDAMENTO/TELERAFFRESCAMENTO
Le macro-fasi della progettazione.
Caratterizzazione delle utenze: individuazione della tipologia di rete; stima qualitativa dei fabbisogni termici al variare della tipologia di utenza; stima quantitativa dei fabbisogni termici per la produzione di acqua calda sanitaria ed esempi al variare della tipologia di utenza, stima quantitativa dei fabbisogni termici per riscaldamento ed esempi al variare della tipologia di utenza, stima quantitativa dei fabbisogni per il raffrescamento estivo ed esempi al variare della tipologia di utenza; calcolo delle portate su secondario e primario della sottostazione di scambio termico: caso semplificato e caso con fattori di contemporaneità.
Progetto della rete di distribuzione: determinazione del layout, scelta della tipologia di rete, determinazione del punto di design – calcolo dei diametri.
Calcolo e verifica di una rete di teleraffreddamento/teleraffrescamento: algoritmo di Todini-Pilati e calcolo termo-idraulico di una rete, analisi del comportamento della rete al variare delle condizioni al contorno, individuazione delle criticità, ottimizzazione della rete (diametri, pressione di mandata). Esercizio numerico di applicazione dell’algoritmo di Todini-Pilati. Il software IHENA.
SOTTOSTAZIONI DI SCAMBIO TERMICO
Sottostazioni tradizionali: classificazione in base alla tipologia di regolazione, collegamento rete-utenza, servizio fornito, dimensioni, accumulo. Esempi di sottostazioni di scambio termico tradizionali.
Sottostazioni smart: per ciascuna delle quattro possibili diverse architetture (schema 1 – mandata su ritorno, schema 2 – mandata su mandata, schema 3 – ritorno su ritorno, schema 4 – ritorno su mandata), layout e descrizione, discussione su vantaggi e limiti, possibili condizioni di funzionamento. Osservazioni e discussione sui sistemi di generazione distribuita e i criteri di regolamentazione di reti di teleriscaldamento smart.
LA COGENERAZIONE ABBINATA AL TELERISCALDAMENTO
Benefici specifici dei sistemi cogenerativi che alimentano reti di teleriscaldamento: agevolazione sulle accise, accesso facilitato agli incentivi, certificati verdi e meccanismo incentivante sostitutivo, certificati bianchi, qualifica SEU/SEESEU-B. Esempio applicativo.
LE COMUNITÀ ENERGETICHE RINNOVABILI E IL TELERISCALDAMENTO
Le Comunità Energetiche Rinnovabili (CER) e il settore termico. Definizione e caratteristiche di una CER, cenni alla normativa sulle CER elettriche. Esempi di realizzazione e progetti su CER+TLR.
