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Characterization and planning of small-scale multigeneration systems
01LGSRV
A.A. 2020/21
Course Language
Inglese
Degree programme(s)
Doctorate Research in Ingegneria Elettrica, Elettronica E Delle Comunicazioni - Torino
Course structure
| Teaching | Hours |
|---|---|
| Lezioni | 19 |
| Esercitazioni in aula | 6 |
Lecturers
| Teacher | Status | SSD | h.Les | h.Ex | h.Lab | h.Tut | Years teaching |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Chicco Gianfranco | Professore Ordinario | IIND-08/B | 16 | 6 | 0 | 0 | 10 |
Co-lectures
Context
| SSD | CFU | Activities | Area context | *** N/A *** | 5 |
|---|
PERIODO: UNA SETTIMANA NEL MESE DI SETTEMBRE
L’insegnamento riguarda i principali aspetti legati alla caratterizzazione, valutazione e progettazione di sistemi energetici di multi-generazione per applicazioni di piccola scala (<1 MW). Gli impianti di multi-generazione opportunamente progettati e gestiti possono garantire, dal punto di vista del risparmio energetico ed economico, prestazioni migliori rispetto ai sistemi tradizionali in cui diverse forme di energia (es. elettricità, calore e raffreddamento) vengono prodotte o acquistate separatamente. L'attenzione si concentra sulla valutazione delle prestazioni dei motori di cogenerazione primaria, come microturbine e motori a combustione interna, accoppiati a varie apparecchiature per la produzione di energia termica e frigorifera (sistemi di trigenerazione). Aspetti specifici riguardano le interazioni con le reti energetiche esterne (es. elettricità, gas, teleriscaldamento e teleraffrescamento) e la valutazione economica delle soluzioni in un contesto di mercato energetico competitivo. In particolare, vengono introdotte e discusse nuove tecniche e indicatori per la caratterizzazione, la valutazione e la pianificazione di impianti di multi-generazione. Tutte le attività del corso saranno tenute in lingua inglese.
PERIOD: 1 WEEK in SEPTEMBER
The course deals with the main aspects related to the characterization, evaluation and planning of multi-generation energy systems for small-scale (< 1 MW) applications. The adoption of multi-generation plants suitably designed and managed can outperform, from an energy saving and economic point of view, the traditional systems in which various forms of energy (e.g., electricity, heat, and cooling) are produced or purchased separately. The focus is on assessing the performance of distributed cogeneration prime movers, such as microturbines and internal combustion engines, coupled to various equipment for heating and cooling power production (trigeneration systems). Specific aspects concern the interactions with external energy networks (e.g., electricity, gas, district heating and cooling) and the economic assessment of the solutions in a competitive energy market framework. In particular, new techniques and indicators for the characterization, evaluation and planning of multi-generation plants are introduced and discussed. All course activities will be in English.
L'insegnamento è organizzato in modo da essere fruibile da studenti che hanno conoscenze ingegneristiche di base. I concetti principali vengono richiamati all'inizio delle attività. Conoscenze preliminari sui sistemi elettrici per l'energia, termodinamica e reti energetiche sono utili ma non indispensabili. La lunga esperienza con questo insegnamento indica che studenti con conoscenze di base molto diverse hanno frequentato l'insegnamento con successo.
The course is organized to be followed by students who have basic engineering knowledge. The main concepts are recalled at the beginning of the course. Preliminary knowledge on power and energy systems, thermodynamics and energy networks will be useful but is not mandatory. The long-lasting experience on this course indicates that students with different backgrounds have successfully attended the course.
- Introduzione alla cogenerazione e alla trigenerazione: generalità su componenti, schemi e applicazioni.
- Componenti, modelli e caratterizzazione di impianti di piccola taglia per la cogenerazione e la generazione distribuita (in particolare, microturbine e motori a combustione interna).
- Componenti, modelli e caratterizzazione di piccoli impianti per la generazione di energia termica e di frigorifera: generatori di calore a combustione; frigoriferi elettrici e ad assorbimento; pompe di calore elettriche e ad assorbimento; chiller e pompe di calore azionati da motore; recupero di calore all'interno di impianti di raffreddamento.
- Caratterizzazione e aspetti progettuali degli impianti di cogenerazione e trigenerazione: caratterizzazione input/output; pianificazione operativa; strategie di regolazione delle apparecchiature; analisi della curva di durata del carico di cogenerazione e trigenerazione; analisi del rapporto di cogenerazione; analisi lambda di trigenerazione; caratterizzazione, interazione e vincoli nel dominio del tempo di generazione/carico; idoneità delle soluzioni di trigenerazione alle configurazioni di carico; modello matriciale di sistemi di multi-generazione; modelli a scatla nera per l'implementazione nelle simulazioni nel dominio del tempo.
- tecniche, criteri e indicatori di prestazione per i sistemi di multi-generazione: generalità sugli indicatori di prestazione del sistema energetico e delle apparecchiature; teoria unificata della valutazione della produzione di vettori energetici singoli e multipli; modelli di riferimento per la produzione separata di energia elettrica, termica e frigorifera; criteri classici per la valutazione dei sistemi di cogenerazione e trigenerazione; indicatori di risparmio energetico e incrementali per la valutazione dei sistemi di cogenerazione e trigenerazione.
- Valutazione delle prestazioni degli impianti di cogenerazione e trigenerazione: pratiche attuali e problematiche nella valutazione del sistema energetico; confronto di diverse tecnologie per la produzione di vettori energetici multipli; risparmio energetico e valutazione incrementale della cogenerazione termica ed elettrica; risparmio energetico e valutazione incrementale della cogenerazione di raffreddamento ed elettricità; risparmio energetico e valutazione incrementale di schemi di trigenerazione combinati; caratterizzazione delle emissioni di CO2 e inquinanti, valutazione dell'impatto ambientale globale e locale di sistemi di multi-generazione distribuiti.
- Valutazione economica degli impianti di cogenerazione e trigenerazione: costi coinvolti nella progettazione del sistema energetico; struttura dei mercati dell'energia; valutazione economica dei sistemi energetici: indicatori di redditività; modellazione dell'incertezza: analisi multi-scenario e analisi del rischio; valutazione del sistema di multi-generazione nel contesto del mercato competitivo; tecniche orientate al mercato per la produzione di energia elettrica da impianti di multi-generazione.
- Esempi di applicazione ed esercitazioni di calcolo.
Introduction to cogeneration and trigeneration: generalities on components, schemes and applications.
- Components, models and characterization of small-scale cogeneration plants for distributed generation (in particular, microturbines and internal combustion engines).
- Components, models and characterization of small-scale cooling power and thermal power generation plants: combustion heat generators; electric and absorption chillers; electric and absorption heat pumps; engine-driven chillers and heat pumps; heat recovery within cooling plants.
- Characterization and planning aspects of cogeneration and trigeneration plants: input/output characterization; operational planning process; equipment regulation strategies; cogeneration and trigeneration load duration curve analysis; cogeneration ratio analysis; trigeneration lambda analysis; generation/load time-domain characterization, interaction and constraints; suitability of trigeneration solutions to load configurations; comprehensive matrix characterization of multi-generation systems; black-box equipment models for implementation in time-domain simulations.
- Performance techniques, indicators and criteria for multi-generation energy systems: generalities on energy system and equipment performance indicators; unified theory of single and manifold energy vector production evaluation; reference models for the separate production of electricity, heat and cooling power; classical criteria for cogeneration and trigeneration system evaluation; energy saving and incremental indicators for cogeneration and trigeneration system evaluation.
- Performance evaluation of cogeneration and trigeneration plants: current practices and issues in the energy system evaluation; comparison of different technologies for multiple energy vector production; energy saving and incremental evaluation of heat-and-electricity cogeneration; energy saving and incremental evaluation of cooling-and-electricity cogeneration; energy saving and incremental evaluation of combined trigeneration schemes; CO2 and pollutant emission characterization, global and local environmental impact assessment of distributed multi-generation systems.
- Economic evaluation of cogeneration and trigeneration plants: costs involved in energy system planning; structure of the energy markets; economic assessment of energy systems: profitability indicators; uncertainty modelling: multiscenario analysis and risk analysis; multi-generation system evaluation within a competitive market framework; market-oriented techniques for electricity production from multi-generation plants.
- Case study applications and practical works.
A distanza in modalità sincrona
On line synchronous mode
Test a risposta multipla
Multiple choice test
P.D.2-2 - Settembre
P.D.2-2 - September