Sistemi cogenerativi ibridi con pompa di calore : simulazioni e confronto delle principali soluzioni tecniche

In a context in which, for the production of energy, there is a transition from a centralized type model to a distributed type, the use of hybrid cogeneration systems has found an ever increasing use. These systems, characterized by the coupling of different technologies, infact represent a valid and efficient alternative to traditional configuration since they allow the exploitation of both thermal and electrical energy produced with higher yields than the corresponding separate generation. The aim of the thesis is therefore the development of a model that allows to analyze and compare different cogeneration plant configurations that can replace the traditional ones, already existing, in satisfying the thermal and electrical request, evaluating the effective energy and economic savings. The case study considered in particular refers to a housing complex of 50 units in the suburbs of Milan. The simulations, implemented through the Excel program and ADSUM S.r.l. technical support, have made it possible to identify, changing the boundery conditions, the theoretically most appropriate load distribution between the various generation components, belonging to the same configuration, in order to minimize the hourly operating cost. The reduction in energy expenditure is therefore determined, i.e. the annual revenue that the customer would obtain if he decides to replace the traditional system with one of those proposed. We then proceeded to an economic analysis aimed at assessing the actual profit for the investment made, a comparison between the various configurations proposed and the identification of the most efficient solution. The numerical results obtained therefore highlighted the potential and the effective economic return found in the use of hybrid cogeneration systems compared to the other possible configurations for power generation including the traditional ones characterized by the use of the boiler only and boiler plus heat pump in the different ON/OFF and HYBRID operating logics.

In un contesto energetico caratterizzato dalla transizione da un modello di tipo centralizzato ad uno di tipo distribuito, l’utilizzo di sistemi cogenerativi ibridi hanno trovato un impiego sempre crescente. Questi sistemi, caratterizzati dall’accoppiamento di differenti tecnologie, rappresentano infatti una valida ed efficiente alternativa alle configurazioni tradizionali in quanto permettono lo sfruttamento sia dell’energia termica sia di quella elettrica prodotte con rendimenti superiori rispetto alle corrispettive generazioni separate. L’obbiettivo della tesi è lo sviluppo di un modello che permetta di analizzare e confrontare differenti configurazioni impiantistiche cogenerative che possano sostituirsi a quelle tradizionali già esistenti nel soddisfacimento della richiesta termica ed elettrica valutandone l’effettivo risparmio energetico ed economico. Il caso studio considerato in esame, in particolare, fa riferimento ad un complesso abitativo di 50 unità nei sobborghi di Milano. Le simulazioni realizzate, implementate tramite il programma Excel e il supporto tecnico di ADSUM S.r.l, hanno permesso di individuare, al variare delle condizioni al contorno, la ripartizione oraria del carico teoricamente più opportuna tra le varie componenti di generazione, appartenenti alla medesima configurazione, al fine di minimizzarne il costo orario di esercizio. E’ quindi determinata la riduzione della spesa energetica, ovvero i delta costi annuali che il cliente otterrebbe qualora decidesse di sostituire l’impianto tradizionale con uno di quelli proposti. Si è quindi proceduto ad un’analisi economica volta a valutare l’effettiva sostenibilità dell’investimento, ad un confronto tra le varie configurazioni proposte e all’individuazione della soluzione più efficiente. I risultati numerici ottenuti hanno evidenziato le potenzialità e l’effettivo ritorno economico riscontrato nell’utilizzo dei sistemi cogenerativi ibridi rispetto alle altre configurazioni possibili per la generazione di potenza, ovvero caldaia e caldaia + pompa di calore nelle differenti logiche di funzionamento ON/OFF e IBRIDA.