Analisi comparativa e sistematica del ciclo ORC e del ciclo a CO2 supercritica in applicazioni di recupero termico da turbogas commerciali

Il presente lavoro di tesi ha lo scopo di studiare ed analizzare la possibilità di incrementare le prestazioni termodinamiche e la produzione elettrica di gruppi turbogas di piccola e media taglia, non adatti all’utilizzo in ciclo combinato con gruppi a vapore, mediante l’accoppiamento con il ciclo ORC e il ciclo a CO2 supercritica, che sfruttano l’elevato contenuto entalpico dei fumi espulsi dalla turbina a gas per generare un’ulteriore aliquota di energia. Il tema centrale, su cui si concentra il presente elaborato, riguarda l’analisi sistematica dei cicli termodinamici citati in precedenza, da impiegare come bottomer di un elevato numero di turbogas commerciali, di taglia inferiore a 100 MWe. Si è proceduto, dunque, alla realizzazione dei layout d’impianto e alla definizione dei parametri di input da impiegare, sia per la simulazione dell’impianto in condizioni di design, sia per la simulazione in off-design. I risultati ottenuti, in termini incremento di prestazioni e complessità impiantistica, dalle numerose simulazioni effettuate sono stati analizzati in un’ottica comparativa, tra le due soluzioni impiantistiche proposte, al fine di caratterizzare il funzionamento dell’impianto nelle condizioni di design e la capacità di adattamento in off-design. Si sono riscontrati valori di rendimento totale maggiori per la configurazione impiantistica con ciclo sCO2, rispetto alla soluzione impiantistica con ciclo ORC, soprattutto per impianti caratterizzati da gruppi turbogas di taglia inferiore a 10 MWe, in cui, mediamente, i valori di rendimento totali raggiunti dalla configurazione con ciclo sCO2 superano del 6,5% i valori di rendimento raggiunti con la configurazione con ciclo ORC. Infine, è stata realizzata un’analisi economica, ristretta a due impianti turbogas rappresentativi, per definire il beneficio economico, a parità di energia elettrica prodotta, derivante dall’installazione dei bottomer proposti e, di conseguenza, il massimo investimento economico attuabile.