Piero Pinamonti
ENERGIA SOSTENIBILE
Dipartimento di Energetica e MacchineDipartimento di Energetica e MacchineUniversità di UdineUniversità di Udine
Trieste, 21 settembre 2010
Alcune considerazioni introduttive:
ENERGIA SOSTENIBILE
Come e in che contesto?
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3
Situazione al Situazione al 31/12/2008:31/12/2008:
Idro 21.6 %Idro 21.6 %
Termo comb. 73.7 %Termo comb. 73.7 %
Geotermo 0.7 %Geotermo 0.7 %
Eol+PV 4.0%Eol+PV 4.0%
Potenza efficiente degli impianti elettrici di generazione in italia al 31 dicembre 2008
Prospettive globali a breve-medio termineProspettive globali a breve-medio termineimpianti di produzione:impianti di produzione:
a) a) Impianti ad alto rendimentoImpianti ad alto rendimento::
- cicli combinati gas-vapore cicli combinati gas-vapore (a gas naturale)(a gas naturale)
- impianti a carbone pulito impianti a carbone pulito (con sequestro CO(con sequestro CO2 2 , IGCC, PFBC), IGCC, PFBC)
- centrali nuclearicentrali nucleari
b) b) Aumento rinnovabili:Aumento rinnovabili:
- mini idro, eolico, biomasse, geotermico, fotovoltaico - mini idro, eolico, biomasse, geotermico, fotovoltaico (ob. 20%) (ob. 20%)
c)c) Contributo della “Generazione distribuita”:Contributo della “Generazione distribuita”:
- Mini e micro cogenerazione- Mini e micro cogenerazione
d) d) Riduzione emissioni e gas serraRiduzione emissioni e gas serra
Contributo “locale” della ricerca e del Contributo “locale” della ricerca e del territorio alla soluzione del problema :territorio alla soluzione del problema :
a)a) Ricerche applicate e di base per contribuire alla Ricerche applicate e di base per contribuire alla risoluzione globalerisoluzione globale
b)b) Studio di nuovi prototipi e componenti innovativiStudio di nuovi prototipi e componenti innovativi
c)c) Diffusione della cultura del risparmio energetico:Diffusione della cultura del risparmio energetico:
- adozione di componenti e macchine ad alte prestazioni adozione di componenti e macchine ad alte prestazioni energeticheenergetiche
d) Corrette informazioni e e conoscenza sul tema di d) Corrette informazioni e e conoscenza sul tema di energiaenergia
e) Mini e Micro co-generazione e/o utilizzo di fonti e) Mini e Micro co-generazione e/o utilizzo di fonti rinnovabilirinnovabili
Fluido-dinamica Computazionalee Sperimentale
Energetica Ambientale
Scambio Termico
Risparmio energetico negli edifici
Utilizzo energetico delle Biomasse
Energia da fonti rinnovabili
Impianti Industriali
Motori a Combustione Interna
Impianti di produzione dell’energia
Refrigerazione
Turbomacchine
Campi di Ricerca
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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
0 2 4 6 8 10-200
-100
0
100
200
300
t [ms]
=16.5αV1
-200
-100
0
100
200
300=16.0α
V1-200
-100
0
100
200
300=15.0α
Motori a combustione interna: modello di pulsogetto
V1-200
-100
0
100
200
300S[N]
=12.6α
exp.
Validazione con risultati sperimentali,con misure di: - pressione instazionaria- temperatura di parete- spinta- portate di massa (air and fuel)-composizione gas di scarico
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Simulazione del flusso reattivocomprimibile instazionario
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
Direct Numerical Simulation of Turbulence Large Eddy Simulation of Turbulence Lagrangian Modelling of the dispersed droplets (fuel)/particles (fuel, combustion products)
Large-Eddy Simulation di un moderno combustore di turbina a gas aeronautica Pratt & Whitney
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Simulatione Numerica della termo-fluido-dinamica internadegli edifici
Indoor air quality: production of CO2
x (m)
y(m)
0 1 2 30
0.5
1
1.5
2
2.5
3
1000950900850800750700650600550500450400350
CO2 in ppm
Frame 001 ⎯ 21 Mar 20 03 ⎯ titleFrame 001 ⎯ 21 Mar 20 03 ⎯ title
CFD modelling of airflow in a room
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250Re = 750 1250
Trasporto di calore e di massa in batterie alettate
Simulazioni numeriche: campi di moto e [email protected]
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Scambio termico coniugato con cambiamento di fase
• Il cambiamento di fase influenza il processo di scambio termico
• Condesazione/evaporazione/solidificazione 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
Campo di moto interno
in un sistema antighiaccio
per applicazioni aeronautiche
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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
Misure di pressioni
Scambio termico: LCT(Cristalli Liquidi)
AEROTHERMAL
BEHAVIOURIMPIANTO DI
PROVA TEST CASES
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Cooling passage for HP turbineTrailing edge
Hot-recirculation
Cold-impingement
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Turbomacchine: studio di Ventilatori a flusso trasversale
Struttura comlessa del flusso 3D caratterizzata da un vortice interno che influenza le prestazioni della macchina
x/d2
-1 0.5-1
-0.5 0
0
1
-0.5
0.5
x/d2
-1 0.5-1
-0.5 0
0
1
-0.5
0.5
Time-averaged flow field by means of [email protected]
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Ottimizzazione del progetto e della gestione di un impianto di co-generazione di energia distribuita con micro rete di
teleriscaldamento
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.
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
Fuel boiler
ENERGY USER
k
Pdem
Qtot
Pbuy Psell
Qdem
node k
node v
Qk-v Qv-k
node w
node z
Qw-k
Qk-w
electric grid connection
TG 1
TG 1
TG 1
TG 1
Boiler
Pel
Fuel Engine
Psell_en
Qengine
Cogeneration ENGINE
Qcog
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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
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Alimentazione con 20.000 ton/year di scarti delle industrie della lavorazione del
legno
Impianti Waste-to-energy alimentati con rifiuti industriali
Electrical power = 2 MW
Thermal power =13 MW
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- 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
Progettazione e ottimizzazione di banchiFrigoriferi per supermercati
Department of Energy TechnologiesDepartment of Energy TechnologiesUniversity of UdineUniversity of Udine
Collaborazione con Istituzioni, enti e partners industriali ……..
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