Simulazione numerica di combustione oxy-fuel con diluizione di CO2 per strategie power-to-gas/gas-to-power

Abstract

Vista la persistente dipendenza dalle fonti fossili e le problematiche ad esse legate, si profila sempre più la necessità di individuare una soluzione che consenta maggiore flessibilità della rete, coadiuvando l'utilizzo delle rinnovabili e favorendone lo sviluppo, supportando anche una maggior indipendenza energetica dei singoli Paesi. Il presente studio, nel contesto del progetto PNRR "Hydrogen storage and distribution through power-to-gas strategy, with full carbon capture and utilization" si propone di analizzare due principali casistiche di combustione oxy-fuel con diluizione con CO2 per il controllo della temperatura, attraverso simulazioni CFD. Per entrambi i casi in esame viene definito il modello più appropriato, mantenendo come obiettivo principale il raggiungimento di un buon compromesso tra accuratezza e costi computazionali adeguatamente allo sviluppo di un modello che possa essere adatto ad un contesto industriale. A seguito della validazione dei modelli, per entrambi i casi viene svolta un'analisi parametrica, al fine di valutare le condizioni operative più adatte e l'influenza delle stesse sullo sviluppo della combustione. I risultati così ottenuti forniscono un buon approfondimento dei modelli computazionali e delle condizioni operative appropriate a simulazioni di fiamme oxy-fuel con diluizione di CO₂, supportando lo sviluppo di sistemi avanzati di combustione con emissioni ridotte.

Given the persistent dependence on fossil fuels and the challenges associated with their use, there is an increasing need to identify solutions capable of enhancing the flexibility of the energy system, supporting the integration and further development of renewable energy sources while also contributing to greater energy independence for individual countries. Within the framework of the PNRR project “Hydrogen storage and distribution through a power-to-gas strategy, with full carbon capture and utilisation”, the present work investigates two oxy-fuel combustion configurations with CO₂ dilution for temperature control through Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations. For each configuration, the most appropriate modelling approach is identified, with the primary objective of achieving a suitable compromise between model accuracy and computational cost, in order to develop simulation tools suitable for industrial applications. Following model validation, a parametric analysis is carried out for both cases to evaluate the most suitable operating conditions and to assess their influence on the combustion process. The results provide insights into the modelling strategies and operating conditions that enable reliable simulation of CO₂-diluted oxy-fuel combustion, supporting the development and optimisation of advanced low-emission combustion systems.