Analisi parametrica di una rete poligenerativa ottimizzata con differenti sistemi di raffrescamento

Abstract

Lo scopo della presente tesi è l’analisi del comportamento di una rete poligenerativa che fornisce energia di raffrescamento grazie ad una pompa di calore, usata come cooler, e un advanced integrated Air to Water Generator (AWG). Quest’ultimo componente è in grado di generare, con uno stesso input energetico, anche acqua potabile tramite la condensazione, basata su un ciclo inverso, del vapore acqueo presente nell’aria atmosferica. Nell’impianto sono, infine, presenti un impianto fotovoltaico di piccola taglia, che fornisce parte dell’energia elettrica necessaria, e un serbatoio per l’accumulo e il rilascio d’acqua a seconda della convenienza economica. In letteratura si è rivelato più volte molto efficace l’inserimento, in impianti di simile complessità, di un sistema di gestione dell’energia (EMS: Energy Management System) per la gestione dei componenti. Nell’analisi è stato simulato su Matlab-Simulink il comportamento dell’impianto sopra descritto, in presenza e in assenza dell’ottimizzatore e al variare di diversi parametri, tra cui i costi dell’energia elettrica e di raffrescamento e gli andamenti delle domande di raffrescamento e di acqua potabile. Sono stati confrontati i risultati ottenuti in termini di spesa complessiva giornaliera osservando il diverso peso di ciascun parametro sul risultato e confermando in tutte le condizioni la convenienza di un sistema EMS. I risultati dimostrano che una soluzione di questo tipo può combattere la mancanza di acqua potabile in zone aride o rurali consentendo un notevole risparmio economico con impatti positivi sulla sostenibilità energetica e ambientale.

The aim of this thesis is to analyze the behavior of a polygenerative grid that provides cooling energy through a heat pump, used as a cooler, and an advanced integrated Air to Water Generator (AWG). This latter component can generate potable water, using the same energy input, by condensing atmospheric water vapor through a reverse-cycle process. The model also includes a small-scale photovoltaic plant, which supplies some of the required electricity, and a storage tank for water accumulation and release based on economic convenience. In literature, it has been repeatedly demonstrated the effectiveness of incorporating an Energy Management System (EMS) into plants of similar complexity to regulate components. In this study, the system’s behavior was simulated in Matlab-Simulink, both with and without the optimizer, while varying several parameters, such as electricity and cooling costs and the demand trends for cooling and potable water. The results were compared in terms of overall daily cost, highlighting the impact of each parameter and consistently confirming the economic benefits of an EMS. The analysis demonstrates that this type of solution can address the lack of potable water in arid or rural areas while achieving significant economic savings and ensuring complete energy and environmental sustainability.