Solar thermal integration in a waste-to-energy cogeneration plant: proposal and analysis

The thesis work aims to analyse, from both a technical and an economic point of view, a potential integration of a large-scale solar thermal field within an existing cogeneration system. The new plant is to be integrated with an existing system which, through waste-to-energy, serves a large district heating network by tapping steam from a turbine and produces electricity through the expansion of the steam generated by the furnace. The economic advantage of this integration with a renewable source would lie not in the direct sale of the heat, but in the avoidance of some of the bleeding from the turbine, so as to increase electricity production. The work consisted of several steps, including the analysis of available data and the creation of a thermal model, a hydraulic model and a storage model, which would be able to capture the technical parameters that most influence the outcome of the investment, in order to analyse them. This intention was supported by a model, the characteristics and results of which, achieved through implementation in Matlab software, are reported in the thesis work. The ultimate aim of the thesis is thus the evaluation of the investment, not without conducting a technical optimisation, a fundamental aspect for maximising the return.

Il lavoro di tesi si propone di analizzare, sia da un punto di vista tecnico che da un punto di vista economico, una potenziale integrazione di un campo solare termico di grossa taglia all'interno di un sistema di cogenerazione già esistente. Il nuovo impianto solare si dovrà integrare con un sistema preesistente che, attraverso la termovalorizzazione dei rifiuti, serve una rete di teleriscaldamento di grossa taglia attraverso lo spillamento di vapore da una turbina e produce energia elettrica attraverso l'espansione del vapore generato dal forno. Il vantaggio economico di questa integrazione con una fonte rinnovabile risiederebbe non nella vendita diretta del calore, ma nell'evitare parte degli spillamenti dalla turbina, in modo tale da maggiorare la produzione di energia elettrica. Il lavoro si è articolato in varie fasi, tra cui l’analisi dei dati a disposizione e la creazione di un modello termico, di uno idraulico e di uno relativo all'accumulo, che fossero in grado di cogliere i parametri tecnici che più influenzano l'esito dell'investimento, per analizzarli. Questo intento è stato supportato da un modello, le cui caratteristiche e i cui risultati, pervenuti grazie all'implementazione nel software Matlab, sono riportati nel lavoro di tesi. Lo scopo ultimo della tesi è quindi la valutazione dell'investimento, non senza condurre un'ottimizzazione tecnica, aspetto fondamentale per la massimizzazione della remunerazione.