Riassunto analitico
Il lavoro di ricerca riguarda lo studio d’impatto sulla qualità dell’aria delle emissioni in atmosfera da un impianto di trigenerazione mediante l’uso di un modello lagrangiano per la simulazione della dispersione degli inquinanti atmosferici. L’impianto è costituito da un motore a combustione interna a quattro tempi Jenbacher JMS 620 GS-N.L, alimentato a gas metano, e dai sistemi di recupero termico. La potenza elettrica erogata è pari a 3349 kWe, mentre la potenza termica recuperata è pari a 3098 kWt; l’efficienza elettrica è pari al 44.2 %, quella del recupero termico è pari al 40.9 %. L’impianto è installato presso l’ospedale Policlinico di Modena, città della Pianura Padana centrale, in area urbana densamente popolata e interessata dalla copresenza di diverse sorgenti inquinanti: traffico veicolare, riscaldamento domestico e impianti industriali. Il contesto, assai sensibile all’inquinamento atmosferico, è reso ancor più critico dalle condizioni meteorologiche ricorrenti, quali calme di vento e fenomeni d’inversione termica, che non favoriscono la dispersione degli inquinanti atmosferici. Nelle simulazioni si è scelto di utilizzare il modello lagrangiano a particelle SPRAY, contenuto nella suite modellistica ARIA INDUSTRY sviluppata da Arianet s.r.l., poiché è in grado di simulare, con un elevato livello di approssimazione, i fenomeni dispersivi anche in condizioni atmosferiche critiche (non stazionarie), con venti deboli o calma di vento, e in presenza di terreno complesso.
Le simulazioni di dispersione degli inquinanti sono state condotte sia su un dominio spaziale a scala locale che a microscala, focalizzando l'attenzione dello studio agli impatti sulla qualità dell'aria urbana nella zona adiacente all'impianto. Per le simulazioni a microscala è stata impiegata la versione avanzata del modello, Micro-SPRAY, in grado di riprodurre gli effetti dovuti alla presenza degli edifici (canopy urbana) sulla dispersione degli inquinanti. I risultati delle simulazioni sono stati presentati in forma grafica attraverso mappe spaziali di concentrazione: è stata studiata principalmente la dispersione di NOx, trattandosi dell’inquinante più critico per le emissioni di un impianto alimentato a metano rispetto alla qualità dell’aria urbana, ove gli ossidi di azoto possono raggiungere valori prossimi ai limiti di legge causa la copresenza di sorgenti emettitrici.
Si è inoltre provveduto al confronto dei medesimi risultati con le concentrazioni di NOx atmosferico misurate sperimentalmente da ARPA attraverso le stazioni di monitoraggio per la qualità dell’aria urbana. Il confronto ha evidenziato una notevole affidabilità del modello nel riprodurre i campi di concentrazione anche in condizioni atmosferiche complesse e alla presenza di ostacoli urbani.
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Abstract
Aim of this work is the air quality impact assessment of atmospheric pollutant emissions from a tri-generation power-plant through the simulation of the airborne pollutant dispersion phenomena by means of a Lagrangian Particle Dispersion Model. The facility consists of an internal combustion four-stroke engine, powered by methane gas, and heat recovery equipments. Electrical power is 3349 kWe, thermal power 3098 kWt; electric efficiency is equal to 44.2 %, thermal efficiency 40.9 %. The power plant is designed to meet the electric and thermal energy demand of Modena General Hospital. The city of Modena lies in Northern Italy, in the central Po Valley, and the plant is located within a densely populated urban area which is mainly affected by pollutant emissions from vehicular traffic, industrial plants and household heating systems.
In the study area, where atmospheric pollution is already of public concern, air quality is affected by recurrent calm winds and thermal inversion events leading to pollutant build-up.
Pollutant dispersion was investigated by means of the software package ARIA INDUSTRY (Arianet Ltd, Milano, Italy) featuring the Lagrangian Particle Dispersion Model SPRAY, since it is able to perform reliable simulations of atmospheric dispersion in a complex topography under critical and non-stationary atmospheric conditions, e.g. during low or calm wind.
Simulations of pollutant dispersion were performed both on a local and a microscale spatial domain and focused on the urban air quality impacts of pollutant emissions in the surroundings of the power-plant. Microscale simulations were performed by Micro-SPRAY model, an advanced version of SPRAY model, which is able to take into account the urban canopy effects due to the presence of buildings. Simulation results were presented in graphical form through spatial concentration maps: they mainly deal with NOx dispersion, being NOx the most critical pollutant emission from a methane-fuelled power-plant. Moreover NOx concentration in urban areas may be frequently close or higher than regulatory limit due to the co-presence of several pollutant sources. Simulated concentrations where compared with experimental observations within the urban air quality network of the Regional Environmental Protection Agency (ARPA). The comparison showed a remarkable reliability of the model to reproduce pollutant concentration fields in an urban canopy even under critical atmospheric conditions.
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