Thermodynamic analysis of an ORC plant and a transcritical CO2 plant for low temperature waste heat recovery

La domanda di energia nel mondo è in continuo aumento e, contemporaneamente, l'aumento dell'inquinamento ambientale spinge verso una diminuzione dell'utilizzo di combustibili fossili. Per questo motivo, oggi è fondamentale sia lo sviluppo di nuove fonti energetiche pulite, sia il recupero di calore di scarto da varie applicazioni che, in passato, veniva perso. Lo scopo di questo lavoro è un'analisi termodinamica di impianti ORC e impianti a CO2 transcritica, entrambi usati per il recupero di calore di scarto industriale a bassa temperatura (=200°C). In particolare, verranno analizzati due diversi layout per ogni tipologia di impianto: il layout semplice e quello recuperato. Le quattro simulazioni son state sviluppate in Matlab, implementando le equazioni di bilancio entalpico per ogni ciclo, in modo tale da poter calcolare le performance termodinamiche e, dunque, poter confrontare i diversi layout, in modo da scegliere quello che assicura le migliori prestazioni. Le quattro simulazioni son state svolte considerando un set di parametri di progetto, in linea con lo stato dell'arte attuale, e per diversi valori della pressione massima del ciclo, in modo tale da trovarne il valore che massimizzi l'efficienza termodinamica. In seguito, son stati confrontati tutti i valori calcolati, così da scegliere l'impianto più adatto al recupero di calore di scarto a bassa temperatura. Successivamente, le simulazioni son state svolte con un diverso valore della temperatura di uscita dei fumi e della temperatura di uscita dell'acqua di raffreddamento, per motivi di impatto ambientale. In seguito, i cicli son stati valutati per diversi valori della temperatura di ingresso dei fumi caldi e per diversi valori del rendimento isoentropico di turbina, così da valutare l'effetto di una variazione di tali parametri sul rendimento termodinamico di ogni ciclo.