The increasing demand of the self-sufficient power production systems in past few decades with reduced consumptions, energy savings and independence from grid power requirement has led to the development of CCHP (combined cooling heat and power) trigeneration systems. These systems are employed on micro and macro scale units and are extremely reliable and efficient. Politecnico di Milano has collaboration with TOTEM SRL and MAYA S.P.A hence a micro-cogeneration system is commissioned in the laboratory for experimental purposes. The system comprises of an innovative gas engine (FIAT 500) coupled with an alternator producing electric power of 25 kW. The unit can work in grid connected as well as islanded mode. The exhaust heat from the engine is utilized to produce hot water which is used as a heat source for MAYA WFC-SC10 Absorption Chiller having cooling capacity of 35 kW which is used to produce refrigerated water at 7.5oC. For this unit there is a supporting electric heater as well which is utilized to run the chiller (compromising on efficiency) when the TOTEM is not available. This system has been facing couple of issues which include unstable flow rates and temperatures across operating circuits (hot, cooling and refrigerated water), inefficient PID control of electric heater and startup and grid connectivity issues with TOTEM-25. The main scope for this thesis is divided into two phases, 1) Gaining the optimum flow rates (2.4 kg/sec across hot water circuit. 5.1 kg/sec across cooling water and 1.52 kg/sec across refrigerated water circuit) and temperatures across the operating circuits (hot, cooling and refrigerated water) of the absorption chiller while operating only with electric heater (without micro-cogenerator TOTEM-25) and 2). Running the TOTEM-25 and MAYA WFC SC-10 Absorption Chiller with partial and finally no support of electric heater. The purpose is detailed study of the behavior of independent and parallel running of the units, the solution of the underlying issues and the development of work procedures/guidelines for the smooth unit operation. Experimental campaigns were set up under the guidance of the professor and the co-supervisor to meet the targets. The flow rates for cooling water circuit and refrigerated water circuit and temperatures are perfect as per optimum conditions. Also, the hot water temperature control from the electric heater as per the set point has been achieved. For hot water, we have achieved theoretically up to 2.4 kg/sec however this is approximate value. The margin of improvement exists which can be resolved through high flow rate pumps Temperatures as desired have been achieved with electric heater support, however, with the TOTEM unit can perform with maximum 80o C inlet temperature to absorption chiller (88oC is optimum) which means that margin of improvement exists which can be resolved through installing high capacity micro-cogenerator and removing internal losses of the system

La crescente richiesta di sistemi di produzione di potenza autosufficienti negli ultimi decenni con consumi ridotti, risparmio energetico e indipendenza dalla potenza richiesta griglia ha portato allo sviluppo di CCHP (cogenerazione raffreddamento) trigenerazione. Questi sistemi sono utilizzati su unità micro e macro scala e sono estremamente affidabili ed efficienti. Politecnico di Milano ha collaborazione con TOTEM SRL e MAYA SPA quindi un sistema di micro-cogenerazione viene messa in laboratorio a fini sperimentali. I comprende sistema per un motore a gas innovativo (FIAT 500) accoppiati ad un alternatore che produce energia elettrica di 25 kW. L'unità può funzionare nella griglia collegata come modalità e islanded. Il calore di scarico dal motore viene utilizzato per la produzione di acqua calda che viene usato come fonte di calore per MAYA WFC-SC10 ad assorbimento avente capacità di raffreddamento di 35 kW che viene utilizzato per produrre acqua refrigerata a 7.5oC. Per questa unità v'è un riscaldatore elettrico di supporto così che viene utilizzato per eseguire il refrigeratore (compromettere efficienza) quando il TOTEM non è disponibile. Questo sistema è stato affrontare alcuni problemi che comprendono portate instabili e temperature attraverso circuiti di funzionamento (caldo, raffreddamento e acqua refrigerata), il controllo PID inefficiente del riscaldatore elettrico e di avvio e problemi di connettività di rete con TOTEM-25. Lo scopo principale di questa tesi è divisa in due fasi, 1) ottenendo il portate ottimali (2,4 kg / sec su circuito dell'acqua calda. 5,1 kg / sec attraverso l'acqua di raffreddamento e 1,52 kg / sec su circuito dell'acqua refrigerata) e temperature di tutti i operando circuiti (caldo, raffreddamento e acqua refrigerata) del refrigeratore ad assorbimento operando solo con riscaldatore elettrico (senza micro-cogeneratore TOTEM-25) e 2). Esecuzione del TOTEM-25 e MAYA WFC SC-10 ad assorbimento con parziale ed infine alcun supporto di riscaldatore elettrico. Lo scopo è lo studio dettagliato del comportamento del funzionamento indipendente e parallelo delle unità, la soluzione delle problematiche sottostanti e lo sviluppo di procedure / linee guida di lavoro per il corretto funzionamento dell'unità. Campagne sperimentali sono stati istituiti sotto la guida del professore e il co-supervisore per raggiungere gli obiettivi. Le portate di raffreddamento circuito dell'acqua e circuito dell'acqua refrigerata e le temperature sono perfette come da condizioni ottimali. Inoltre, è stato raggiunto il controllo della temperatura dell'acqua calda dal riscaldatore elettrico secondo il set point. Per acqua calda, abbiamo raggiunto teoricamente fino a 2,4 kg / sec tuttavia questo è indicativa. Il margine di miglioramento esiste che può essere risolto attraverso alta portata pompe temperature come desiderato sono stati raggiunti con il supporto riscaldatore elettrico, tuttavia, con l'unità TOTEM può funzionare con una temperatura di ingresso massima di 80 ° C rispetto al refrigeratore ad assorbimento (88 ° C è ottimale), il che significa che esiste un margine di miglioramento che può essere risolto installando il micro-cogeneratore ad alta capacità e rimuovendo le perdite interne del sistema

Experimental testing and resolution of tri-generation system issues laboratory of micro-cogeneration (Polimi)

TARIQ, MUNAM BIN
2019/2020

Abstract

The increasing demand of the self-sufficient power production systems in past few decades with reduced consumptions, energy savings and independence from grid power requirement has led to the development of CCHP (combined cooling heat and power) trigeneration systems. These systems are employed on micro and macro scale units and are extremely reliable and efficient. Politecnico di Milano has collaboration with TOTEM SRL and MAYA S.P.A hence a micro-cogeneration system is commissioned in the laboratory for experimental purposes. The system comprises of an innovative gas engine (FIAT 500) coupled with an alternator producing electric power of 25 kW. The unit can work in grid connected as well as islanded mode. The exhaust heat from the engine is utilized to produce hot water which is used as a heat source for MAYA WFC-SC10 Absorption Chiller having cooling capacity of 35 kW which is used to produce refrigerated water at 7.5oC. For this unit there is a supporting electric heater as well which is utilized to run the chiller (compromising on efficiency) when the TOTEM is not available. This system has been facing couple of issues which include unstable flow rates and temperatures across operating circuits (hot, cooling and refrigerated water), inefficient PID control of electric heater and startup and grid connectivity issues with TOTEM-25. The main scope for this thesis is divided into two phases, 1) Gaining the optimum flow rates (2.4 kg/sec across hot water circuit. 5.1 kg/sec across cooling water and 1.52 kg/sec across refrigerated water circuit) and temperatures across the operating circuits (hot, cooling and refrigerated water) of the absorption chiller while operating only with electric heater (without micro-cogenerator TOTEM-25) and 2). Running the TOTEM-25 and MAYA WFC SC-10 Absorption Chiller with partial and finally no support of electric heater. The purpose is detailed study of the behavior of independent and parallel running of the units, the solution of the underlying issues and the development of work procedures/guidelines for the smooth unit operation. Experimental campaigns were set up under the guidance of the professor and the co-supervisor to meet the targets. The flow rates for cooling water circuit and refrigerated water circuit and temperatures are perfect as per optimum conditions. Also, the hot water temperature control from the electric heater as per the set point has been achieved. For hot water, we have achieved theoretically up to 2.4 kg/sec however this is approximate value. The margin of improvement exists which can be resolved through high flow rate pumps Temperatures as desired have been achieved with electric heater support, however, with the TOTEM unit can perform with maximum 80o C inlet temperature to absorption chiller (88oC is optimum) which means that margin of improvement exists which can be resolved through installing high capacity micro-cogenerator and removing internal losses of the system
RAVIDA, ANTONINO
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
29-apr-2020
2019/2020
La crescente richiesta di sistemi di produzione di potenza autosufficienti negli ultimi decenni con consumi ridotti, risparmio energetico e indipendenza dalla potenza richiesta griglia ha portato allo sviluppo di CCHP (cogenerazione raffreddamento) trigenerazione. Questi sistemi sono utilizzati su unità micro e macro scala e sono estremamente affidabili ed efficienti. Politecnico di Milano ha collaborazione con TOTEM SRL e MAYA SPA quindi un sistema di micro-cogenerazione viene messa in laboratorio a fini sperimentali. I comprende sistema per un motore a gas innovativo (FIAT 500) accoppiati ad un alternatore che produce energia elettrica di 25 kW. L'unità può funzionare nella griglia collegata come modalità e islanded. Il calore di scarico dal motore viene utilizzato per la produzione di acqua calda che viene usato come fonte di calore per MAYA WFC-SC10 ad assorbimento avente capacità di raffreddamento di 35 kW che viene utilizzato per produrre acqua refrigerata a 7.5oC. Per questa unità v'è un riscaldatore elettrico di supporto così che viene utilizzato per eseguire il refrigeratore (compromettere efficienza) quando il TOTEM non è disponibile. Questo sistema è stato affrontare alcuni problemi che comprendono portate instabili e temperature attraverso circuiti di funzionamento (caldo, raffreddamento e acqua refrigerata), il controllo PID inefficiente del riscaldatore elettrico e di avvio e problemi di connettività di rete con TOTEM-25. Lo scopo principale di questa tesi è divisa in due fasi, 1) ottenendo il portate ottimali (2,4 kg / sec su circuito dell'acqua calda. 5,1 kg / sec attraverso l'acqua di raffreddamento e 1,52 kg / sec su circuito dell'acqua refrigerata) e temperature di tutti i operando circuiti (caldo, raffreddamento e acqua refrigerata) del refrigeratore ad assorbimento operando solo con riscaldatore elettrico (senza micro-cogeneratore TOTEM-25) e 2). Esecuzione del TOTEM-25 e MAYA WFC SC-10 ad assorbimento con parziale ed infine alcun supporto di riscaldatore elettrico. Lo scopo è lo studio dettagliato del comportamento del funzionamento indipendente e parallelo delle unità, la soluzione delle problematiche sottostanti e lo sviluppo di procedure / linee guida di lavoro per il corretto funzionamento dell'unità. Campagne sperimentali sono stati istituiti sotto la guida del professore e il co-supervisore per raggiungere gli obiettivi. Le portate di raffreddamento circuito dell'acqua e circuito dell'acqua refrigerata e le temperature sono perfette come da condizioni ottimali. Inoltre, è stato raggiunto il controllo della temperatura dell'acqua calda dal riscaldatore elettrico secondo il set point. Per acqua calda, abbiamo raggiunto teoricamente fino a 2,4 kg / sec tuttavia questo è indicativa. Il margine di miglioramento esiste che può essere risolto attraverso alta portata pompe temperature come desiderato sono stati raggiunti con il supporto riscaldatore elettrico, tuttavia, con l'unità TOTEM può funzionare con una temperatura di ingresso massima di 80 ° C rispetto al refrigeratore ad assorbimento (88 ° C è ottimale), il che significa che esiste un margine di miglioramento che può essere risolto installando il micro-cogeneratore ad alta capacità e rimuovendo le perdite interne del sistema
Tesi di laurea Magistrale
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