Modellazione di un sistema energetico Micro-ORC tramite libreria Simulink Simscape

Nel presente lavoro sono stati analizzati nel dettaglio i sistemi per la produzione di energia elettrica che basano il proprio funzionamento sul ciclo Rankine organico, un promettente metodo per il recupero del calore di scarto da sorgenti termiche a basso e medio livello entalpico. L’elevato numero di soluzioni tecniche in termini di layout del ciclo, la scelta del fluido di lavoro e dei componenti rende impossibile la caratterizzazione sperimentale delle prestazioni dei sistemi ORC per ogni possibile applicazione. A tale scopo è stato sviluppato un modello termodinamico utilizzando la libreria Simscape inclusa in MATLAB Simulink per effettuare simulazioni in regime stazionario relative ad uno specifico sistema micro-ORC. Tale sistema, installato presso l'Università di Bologna, è progettato per una potenza da 1 a 3 kW, temperatura della fonte di calore tra 60 °C e 90 °C, e utilizza HFC-134a come fluido di lavoro in arrangiamento rigenerativo. I modelli di evaporatore e condensatore sono stati sviluppati tramite blocchi preimplementati nella libreria Simscape. Il recuperatore modellando l’interazione termica tra due condotte distinte. L’espansione tramite la suddivisione del processo in due fasi virtuali: espansione isoentalpica e raffreddamento isobaro del fluido. La pompa attraverso un generatore di portata massica controllata. Dopo la calibrazione dei parametri di configurazione, i blocchi sono stati utilizzati per l’implementazione di un modello rappresentativo dell’intero sistema. La valutazione delle prestazioni è stata eseguita confrontando i dati rilevati dalle simulazioni con i dati sperimentali ottenuti nelle medesime condizioni operative. Il modello mostra buone capacità nel riprodurre il ciclo termodinamico sviluppato dal sistema reale. Le maggiori criticità riguardano i valori della pressione nei vari punti del circuito.