Analisi e simulazione termodinamica di un impianto ORC solare a concentrazione (CSP): ottimizzazione del ciclo e confronto con un impianto ad acqua

Il presente lavoro di tesi riguarda lo studio di un impianto solare termodinamico(CSP) cogenerativo di piccola taglia. Il sistema di produzione dell’energia è un impianto ORC dotato di scambiatore rigenerativo. Il fluido termovettore preso in esame è l’olio diatermico, mentre quello motore è l’acetone. Nel corso della simulazione si è cercato di massimizzare il rendimento globale dell’impianto CSP agendo sui diversi parametri che caratterizzano il ciclo termodinamico. E’ stato osservato, inoltre, come variano le dimensioni degli specchi e la superficie di scambio del generatore di vapore e del condensatore ad acqua.
Nella seconda parte è stato eseguito un confronto sull’impianto di generazione dell’energia elettrica tra lo stesso acetone e l’acqua. Il confronto è stato svolto a parità di potenza elettrica prodotta (20 kWel) e di proprietà del ciclo. Lo scopo è stato quello di mettere in luce quali sono i vantaggi e gli inconvenienti che si incontrano nel sostituire un fluido comune come l’acqua ad un altro più raro, oltre che tossico e infiammabile, ma che offre molti vantaggi nell’utilizzo in un impianto solare termodinamico. Il più importante di essi è la possibilità, con l’acetone e gli altri fluidi organici, di ottenere in uscita dalla turbina a vapore un titolo unitario a causa della forma della curva di evaporazione sul piano temperatura-entropia. Con l’acqua, invece, stante i parametri imposti sull’impianto, il titolo risulta essere troppo basso (circa 0,8) e ciò porta, nel lungo periodo, alla rottura della turbina stessa. Allo scopo di risolvere questo problema si è scelto di sostituire, come fluido termovettore, i sali fusi all’olio diatermico (per poter aumentare la temperatura massima del ciclo) e di eseguire il risurriscaldamento all’interno dell’impianto a vapore. Queste due soluzioni portano anche, e soprattutto, ad un aumento del rendimento globale dell’impianto.