Riassunto analitico
Il seguente lavoro descrive la modellazione tramite software di un impianto ibrido per la produzione di energia elettrica che sfrutta solo energie rinnovabili: energia solare tramite impianto solare termodinamico ed energia da biomassa tramite digestione anaerobica in un biodigestore.
Il progetto nasce da un’attività di tirocinio con il programma Erasmus+ Traineeship svolta in collaborazione con il dipartimento di Ingegneria Meccanica presso FEUP, Facoltà di Ingegneria dell’Università di Porto in Portogallo, e trae origine da un progetto europeo di sviluppo per le energie rinnovabili chiamato REELCOOP, conclusosi nel 2018.
Lo scopo del lavoro è quello di valutare la migliore soluzione impiantistica del sistema ibrido che sia in grado di soddisfare la richiesta di energia elettrica giornaliera per la città di Messaâd, in Algeria, senza utilizzare fonti energetiche non rinnovabili. La modellazione deve tenere conto di diversi fattori essenziali quali efficienza, fattore di capacità, Levelized Cost of Electricity e perdite di energia termica.
Il lavoro prevede, nota la curva di carico giornaliera, il dimensionamento di un boiler alimentato a biogas generato da digestione anaerobica di rifiuti solidi urbani; la priorità è di soddisfare la richiesta con la biomassa a disposizione e coprire la domanda di energia rimanente con l’utilizzo di solare termodinamico.
Nel dettaglio, la tecnologia utilizzata nel parco solare consiste in collettori Parabolic Through supportati da due serbatoi termici a sali fusi.
Tutte le componenti del sistema, parco solare, boiler e power block ad esclusione del biodigestore, sono state dimensionate con l’utilizzo del software Greenius; per la raccolta dei dati associati alle diverse configurazioni impiantistiche, nonché per la valutazione economica ed il calcolo del LCoE, è stato utilizzato il software Excel.
La configurazione impiantistica simulata migliore è risultata essere quella caratterizzata da multiplo solare SM di 2.07, un Full Load Hours FLH di 9 ore per il serbatoio a sali fusi e potenza nominale del boiler di 10600 kWth, con un costo unitario di energia elettrica LCoE pari a 97.32 €/MWh, un basso rapporto di perdite di energia termica (10.22%) ed un’elevata efficienza annua del sistema (11.51%). Ciononostante il sistema non è completamente autosufficiente per tutto l'anno: in alcuni giorni invernali la richiesta di energia elettrica giornaliera non è completamente soddisfatta, pertanto viene introdotta una piccola quantità di gas metano (8.73% di share) nel boiler per sopperire al gap energetico.
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Abstract
The following work describes the modelling through software of a hybrid power plant for production of electricity using only renewable energy: solar energy with Concentrating Solar Power CSP and biogas through Anaerobic Digestion in a biodigester.
The project has been carried on during an internship within the Erasmus + Traineeship program in collaboration with the Department of Mechanical Engineering at FEUP, Faculty of Engineering of the University of Porto in Portugal, based on an EU project for renewable energy development called REELCOOP, ended in 2018.
The aim of this work is to evaluate the best configuration of the hybrid system able to meet the daily electricity demand for the city of Messaâd, in Algeria, without using non-renewable energy sources. The modelling must take into account main factors such as efficiency, capacity factor, Levelized Cost of Electricity and dumped heat.
Known the daily load curve, the work is focused firstly on the dimensioning of a boiler powered by biogas generated by anaerobic digestion of solid urban waste; the priority is to satisfy the energy demand with the biomass available and then cover the remaining demand with the use of CSP.
In particular, the technology used in the solar field consists of Parabolic Through Collectors PTC supported by two thermal energy storages TES with molten salts.
All the components of the system, solar field, boiler and power block with the exception of the biodigester, have been dimensioned using Greenius software; Excel software has been used to collect the data associated with the various plant configurations, as well as the economic evaluation i.e., the calculation of the LCoE.
The best plant configuration simulated resulted to be with solar multiple SM of 2.07, a Full Load Hours FLH of 9 hours for the TES and nominal power of the boiler of 10600 kWth, with a value of LCoE equal to 97.32 €/MWh, a low ratio of dumped heat (10.22%) and a high annual system efficiency (11.51%). However, the system is not completely self-sufficient for the whole year: in some winter days the daily electricity demand is not completely satisfied, therefore a small amount of methane gas (share 8.73%) is added into the boiler to cover the energy gap.
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