L'analisi exergetica quale metodo di ottimizzazione di un impianto combinato: un caso studio

La parte conclusiva dell'elaborato di fine corso costituisce una applicazione pratica di quanto discusso nei capitoli precedenti: attraverso lo studio di un caso reale, l'analisi exergetica diventa il metodo fondamentale per orientare le scelte tecniche d'impianto (per la gestione dei flussi exergetici elaborati, per migliorare i rendimenti specifici delle trasformazioni e così via).
Il caso studio preso in considerazione è stato recentemente pubblicato (Luglio 2016)[4] in letteratura ed esso riguarda un impianto a carbone combinato (con un sistema di eliostati ed una torre solare), indicato con la sigla STCG (Solar Tower aided Coal-fired power Generation system) per la generazione di energia da vapore surriscaldato, realizzato dall'ingegnere Rongrong Zhai, docente presso la “North China Electric Power University” di Beijing, sotto l'egida del programma “National Basic Research Program of China – 973 Project”.
Il 973 Project si inserisce nel contesto della politica energetica stilata dallo stato cinese a partire dagli ultimi anni del XX secolo, che ha condotto oggigiorno il Paese ad un livello di crescita economica senza precedenti. Tale piano organizzativo è orientato al progresso industriale ed economico, nonché all'incentivo delle eccellenze culturali del Paese, invogliando attività di ricerca in diversi settori (come l'agricoltura, l'industria, l'informazione, la cultura, l'ambiente, etc).
Come conseguenza della crescita galoppante e dell'aumento dei consumi, l'utenza cinese si è trasformata in un autentico “pozzo di San Patrizio”, per via dell'inesauribile sete di energia per usi industriali e non; per sopperire a questi bisogni, sono stati usati, in primis, sistemi tradizionali di generazione dell'energia, basati su carbone e petrolio, operando quasi mai nel rispetto dell'ambiente. Il risultato è stato sostanzialmente un aumento dell'inquinamento globale e dell'emissione di gas serra. Attualmente infatti, il consumo di carbone in Cina è il più elevato nel mondo ed esso rappresenta peraltro il 70% delle fonti energetiche utilizzate nel territorio.
In seguito alla stesura di importanti trattati internazionali sul riscaldamento globale, come il protocollo di Kyoto, attivo ormai dal 2005, e sotto le pressioni di organizzazioni come UNFCCC (United Nations Framework Convention on Climate Change - Convenzione quadro delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici), anche la politica energetica cinese ha subito delle modiche sostanziali, orientando lo sviluppo verso la scelta di fonti di energia pulita, quali l'eolico (è ad oggi il secondo paese al mondo per la produzione di energia eolica dopo gli Stati Uniti) e, soprattutto il solare; in particolare, il sistema a concentrazione solare è considerato uno dei più promettenti metodi di generazione alternativa per via della sua capacità di garantire grandi quantità di energia termica quando equipaggiato con sistemi di accumulo e distribuzione del calore (come ad esempio olio diatermico o fluidi termovettori ai sali fusi). In aggiunta, i sistemi a concentrazione solare, sono degli impianti a costo zero, sia a livello economico, sia a livello ambientale: a fronte di un investimento iniziale infatti sono necessari soltanto alcuni ridotti costi di manutenzione. [...]