Valorizzazione di cascami termici di un ciclo combinato tramite pompe di calore ad alta temperatura

Abstract

Oggetto della presente tesi è lo studio di fattibilità tecnico economico relativo al recupero dell’energia termica residua presente nell’acqua di raffreddamento del ciclo chiuso VL5, l’unità turbogas a ciclo combinato della Centrale termoelettrica di Vado Ligure di proprietà Tirreno Power. Per il recupero di questa energia si prevede l’utilizzo di pompe di calore ad alta temperatura, utilizzando il calore di recupero per il soddisfacimento di un utenza limitrofa. In particolare, lo studio è stato impostato su un caso reale, il palazzetto dello sport in prossima costruzione a Vado Ligure nei pressi della centrale di Tirreno Power.

La riduzione dell’impronta fossile e, su un orizzonte temporale più lungo, la neutralità climatica sono oggigiorno obiettivi largamente condivisi a livello globale. Il lavoro sviluppato si inserisce in questo contesto indagando come il calore di scarto possa essere sfruttato secondo una logica di interconnessione delle reti elettriche e del calore al fine di aumentare il livello di efficienza, di ridurre la domanda di energia primaria e le conseguenti emissioni. Infatti in Europa la decarbonizzazione del settore del riscaldamento, uno dei principali settori responsabili di emissioni di 〖CO〗_2, rappresenta oggi una priorità. Allo stesso tempo gli impianti a gas operanti in ciclo combinato per la generazione di potenza elettrica sono tutt’ora parte della pianificazione nazionale e comunitaria nel contesto di transizione. Pertanto, il presente elaborato propone di valorizzare cascami termici sfruttabili all’interno del ciclo per rispondere alla richiesta termica del riscaldamento civile; operando con pompe di calore per elevare fonti a bassa exergia.

A questo fine, si è svolto un tirocinio presso Tirreno Power, riguardante l’efficientamento dei cicli combinati. Il lavoro in azienda è stato accompagnato dall’ampliamento di un modello Matlab di pompa di calore, inizialmente sviluppato da ricercatori dell’università. Il modello ampliato ha pe

The subject of this thesis is the techno-economic assessment of recovering the residual thermal energy in the cooling water of the bottoming cycle VL5, the combined cycle gas turbine unit of the Vado Ligure thermoelectric power plant owned by Tirreno Power. The solution examined involves high-temperature heat pumps, to recover heat and meet the thermal demand of a nearby facility. Regarding this, the study was based on a real case, the sports hall under construction in Vado Ligure near the Tirreno Power plant.

The reduction of the fossil footprint and, over a longer time horizon, climate neutrality are nowadays widely shared goals at a global level. The work developed shares this target by investigating how to exploit wasted heat. With the aim of interconnecting electricity and heat networks to increase global efficiency, reducing primary energy consumption and emissions.

In fact, in Europe, decarbonization of the heating sector, a major responsible for carbon dioxide emissions, is now a priority. At the same time, CCGT power plants are still part of community planning in the context of transition. Therefore, this thesis proposes to exploit thermal waste to respond to the thermal demand of buildings.

For this purpose, an internship was carried out in Tirreno Power, having as object the efficiency of combined cycles. The work at the company has been accompanied by the improvement of a heat pump model in Matlab, originally developed by university researchers. The improved model allowed comparing the layout proposed with traditional heating systems.

For what concerns the energy market, in order to benchmark the proposed solution against different available technologies, various contracts for the supply of electricity, standard, wholesale and smart load, have been studied. Moreover, given the current trend of the energy markets, in addition to the standard scenario (ref. 2018-19) we wanted to deepen a scenario of energy crisis (ref. first quarter 2022) to study the