ENERGIA SOSTENIBILE
Piero Pinamonti
Dipartimento di Energetica e Macchine
Università di Udine
Trieste, 21 settembre 2010
Dipartimento di Energetica e Macchine
Università di Udine
Alcune considerazioni introduttive:
ENERGIA SOSTENIBILE
Come e in che contesto?
3
Potenza efficiente degli impianti elettrici di generazione
in italia al 31 dicembre 2008
Situazione al 31/12/2008:
Idro 21.6 %
Termo comb. 73.7 %
Geotermo 0.7 %
Eol+PV 4.0%
Prospettive globali a breve-medio termine
impianti di produzione:
a) Impianti ad alto rendimento:
- cicli combinati gas-vapore (a gas naturale)
- impianti a carbone pulito (con sequestro CO2 , IGCC, PFBC)
- centrali nucleari
b) Aumento rinnovabili:
- mini idro, eolico, biomasse, geotermico, fotovoltaico (ob. 20%)
c) Contributo della “Generazione distribuita”:
- Mini e micro cogenerazione
d) Riduzione emissioni e gas serra
Contributo “locale” della ricerca e del territorio
alla soluzione del problema :
a) Ricerche applicate e di base per contribuire alla risoluzione
globale
b) Studio di nuovi prototipi e componenti innovativi
c) Diffusione della cultura del risparmio energetico:
-
adozione di componenti e macchine ad alte prestazioni energetiche
d) Corrette informazioni e e conoscenza sul tema di energia
e) Mini e Micro co-generazione e/o utilizzo di fonti rinnovabili
Dipartimento di Energetica e Macchine
Università di Udine
Campi di Ricerca
Fluido-dinamica Computazionale
e Sperimentale
Impianti Industriali
Motori a Combustione Interna
Energetica Ambientale
Impianti di produzione dell’energia
Scambio Termico
Refrigerazione
Risparmio energetico negli edifici
Turbomacchine
Utilizzo energetico delle Biomasse
Energia da fonti rinnovabili
Dipartimento di Energetica e Macchine
Università di Udine
Personale di ricerca…
- 6 Professori Ordinari
- 5 Professori Associati
- 7 Ricercatori
- 5 Assegnisti di ricerca
-14 Studenti di Dottorato
- 2 Tecnici di laboratorio
- # Studenti laureandi….
- # Visiting professors,
studenti stranieri ospiti……
Laboratori…
- Laboratori CFD
- Laboratorio di Macchine a Fluido
- Laboratorio di fluido-dinamica
-200
300
V1
Dipartimento di Energetica e Macchine
200
Università di Udine
 =13.7
100
0
Motori a combustione interna:
modello di pulsogetto
-100
-200
300
V1
=15.0
200
100
0
S
[N]
-100
300
Simulazione del flusso reattivo
comprimibile instazionario
 =12.6
200
-200
300
V1
100
Validazione con risultati sperimentali,
con misure di:
- pressione instazionaria
- temperatura di parete
- spinta
- portate di massa (air and fuel)
-composizione gas di scarico
 =16.0
200
0
-100
100
-200
300 0
exp. =13.7
V1
200
-100
100
-200
300
0
V1
[email protected]
 =16.5
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Università di Udine
Analisi numerica di processi di Clean Combustion
Necessità di modellizzare a livello globale e locale gli scambi di calore, massa e quantità di
moto, per progettare dispositivi di produzione di energia più efficaci in termini di prestazioni ed
emissioni inquinanti
Large-Eddy Simulation di un
moderno combustore di turbina a
gas aeronautica Pratt & Whitney
Direct Numerical Simulation of Turbulence
Large Eddy Simulation of Turbulence
Lagrangian Modelling of the dispersed
droplets (fuel)/particles (fuel,
combustion products)
[email protected]
Dipartimento di Energetica e Macchine
Università di Udine
Simulatione Numerica della termo-fluido-dinamica interna
degli edifici
Frame 001  21 Mar 2003  title
CFD modelling of airflow
in a room
Indoor air quality:
production of CO2
3
CO2 in ppm
1000
950
900
850
800
750
700
650
600
550
500
450
400
350
2.5
y (m)
2
1.5
1
0.5
0
0
1
2
3
x (m)
[email protected]
Dipartimento di Energetica e Macchine
Università di Udine
Trasporto di calore e di massa in batterie alettate
Re  250
750
1250
Simulazioni numeriche: campi di moto e termici
[email protected]
Dipartimento di Energetica e Macchine
Università di Udine
Scambio termico coniugato con cambiamento di fase
Campo di moto interno
in un sistema antighiaccio
per applicazioni aeronautiche
•
Il cambiamento di fase influenza il
processo di scambio termico
•
Condesazione/evaporazione/solidificazio
ne tipicamente avvengono all’interfaccia
solido/fluido
•
L’evoluzione della formazione di
goccioline ha un ruolo molto importante
nella formazione di ghiaccio sui profili
alari, come nei problemi di
condensazione e deumidificazione su
superfici estese
[email protected]
Dipartimento di Energetica e Macchine
Università di Udine
Raffreddamento interno di pale di turbine
a gas
Flusso interno 3D di grande complessità che influenza lo
scambio termico: estrema difficoltà di previsione con
tecniche CFD.
Ricerche sperimentali UniUD:
Campo di moto: 2D-PIV
IMPIANTO DI
PROVA
TEST CASES
Misure di pressioni
AERO
THERMAL
BEHAVIOUR
Scambio termico: LCT
(Cristalli Liquidi)
[email protected]
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Università di Udine
Cooling passage
for HP turbine
Trailing edge
Hot-recirculation
Cold-impingement
[email protected]
Dipartimento di Energetica e Macchine
Università di Udine
Turbomacchine: studio di Ventilatori a flusso trasversale
Struttura comlessa del flusso 3D caratterizzata da un vortice interno che influenza le
prestazioni della macchina
0.5
0.5
y/d2
1
y/d2
1
0
0
-0.5
-0.5
-1
-1
-1
-0.5
0
x/d2
0.5
-1
-0.5
0
0.5
x/d2
Time-averaged flow field by means of 2D-DPIV
[email protected]
Dipartimento di Energetica e Macchine
Università di Udine
Ottimizzazione del progetto e della gestione di un impianto di cogenerazione di energia distribuita con micro rete di
teleriscaldamento
Esempio applicativo alla rete di edifici pubblici di un centro cittadino, applicando la
tecnica Mixed Integer Linear Program (MILP)
Ogni edificio può essere dotato di un’unità di cogenerazione (micro-TG o MCI), una caldaia di
integrazione, connessione alla rete elettrica ed eventualmente alla mosro rete di
teleriscaldamento
Fuel TG
Psell
Pbuy
TG 1
Il modello di simulazione tiene conto
dei costi di acquisto/vendita di
elettricità e gas, del costo di acquisto e
gestione dei cogeneratori e della rete,
delle prestazioni delle macchine anche
in funzione delle condizioni operative,
e ottimizza il costo totale annuo di
esercizio.
Pel
Pdem
electric grid
connection
ENERGY
USER
TG 1
Qdem
Psell_en
TG 1
Qtot
Boiler
Qcog
TG 1
Qengine
node
k
Qw-k
Qk-w
Fuel boiler
Fuel Engine
k
Cogeneration
ENGINE
Qk-v
node
v
node
w
Qv-k
node
z
[email protected]
Dipartimento di Energetica e Macchine
Università di Udine
Studio di sistemi di accumulo di Energia
•
Un sistema Compressed Air
Energy Storage (CAES) può
utilizzare energia elettrica nelle
ore notturne e comprimere un
gas (aria) in un serbatoio, per
poi fare espandere il gas stesso
in una turbina durante il giorno,
producendo energia pregiata.
•
Le strategie operative hanno
un’influenza sostanziale sui
profitti ottenibili.
•
Ottimizzazione delle macchine e
dei componenti
[email protected]
Dipartimento di Energetica e Macchine
Università di Udine
Impianti Waste-to-energy
alimentati con rifiuti industriali
Electrical power = 2 MW
Thermal power =13 MW
Alimentazione con 20.000 ton/year di
scarti delle industrie della lavorazione
del legno
[email protected]
Department of Energy Technologies
University of Udine
Progettazione e ottimizzazione di
banchi
Frigoriferi per supermercati
- Simulazione CFD delle cortine d’aria per ridurre
l’ingresso di aria calda dall’ambiente
- Ottimizzazione del flusso per migliorare la
distribuzione dell’aria e ridurre le perdite di carico
[email protected]
Dipartimento di Energetica e Macchine
Università di Udine
Collaborazione con Istituzioni, enti e
partners industriali ……..
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