Sviluppo e validazione di un modello generalizzato dell'efficienza media dei cicli combinati considerando gli effetti di start-up e off-design.

Abstract

La presente tesi verte sulla validazione di un modello matematico finalizzato al calcolo dei rendimenti elettrici orari e dei rendimenti medi mensili di impianti a ciclo combinato (CCGT), per monitorarne l’evoluzione legata ai processi di transizione energetica. Il modello tiene conto delle potenze orarie generate, acquisite dal database open source di ENTSO-E e validate confrontandole con il database del Gestore dei Mercati Elettrici (GME). Per calcolare correttamente il carico dell’impianto, in particolare quello della turbina a gas, sono state introdotte anche le correzioni di potenza ed efficienza con temperature ambiente, assunte equivalenti alle temperature medie dell'aria all'aspirazione del compressore della singola unità produttiva. La particolarità del lavoro risiede nell'analisi della variazione dei rendimenti medi mensili in funzione delle condizioni di off-design. Questa modalità di funzionamento è oggi sempre più diffusa per compensare l'intermittenza delle fonti rinnovabili. Lo studio supera il limite dei soli load factor medi mensili, spesso poco significativi se presi singolarmente, integrando grandezze cruciali quali i load factor orari, i consumi di gas per gli avviamenti, il carico medio mensile e la variazione della capacità d'impianto in funzione della temperatura ambiente oraria specifica del sito.

This thesis focuses on the validation of a mathematical model aimed at calculating the hourly electrical efficiencies and average monthly efficiencies of combined cycle gas turbine (CCGT) power plants, to monitor their evolution in relation to energy transition processes. The model accounts for the hourly power outputs, which were retrieved from the ENTSO-E open-source database and validated through comparison with the Italian Electricity Market Operator (GME) database. To ensure an accurate calculation of the plant load specifically that of the gas turbine power and efficiency correction curves were introduced to account for ambient temperatures, which were assumed to be equivalent to the average air temperatures at the compressor intake of each production unit. The distinctive feature of this work lies in the analysis of how average monthly efficiencies vary as a function of off-design operating conditions. Today, this operating mode is increasingly common to compensate for the intermittency of renewable energy sources. This study goes beyond the limitation of relying solely on average monthly load factors which are often of limited significance when considered in isolation by integrating crucial parameters such as hourly load factors, gas consumption during start-ups, average monthly loads, and the variation in plant capacity as a function of the site-specific hourly ambient temperature.