Simulazione e gestione ottimizzata di impianti di piccola cogenerazione

Cogeneration is a valuable tool to achieve energy and economic saving as well as the reduction of anthropogenic emissions. As a result in the last decade this virtuous practice has experienced a strong development in the national and European context, stimulated by a favorable legislation through incentives and simplifications. In this field there are also the small size cogenerative plants, which can find application both in the tertiary and residential sectors and in the industrial one. Therefore small scale cogeneration has a great potential, but at present it is not wholly exploited because of some technical barriers that hinder its widespread diffusion. In this regard the major difficulty in the designing stage is given by the correct choice of the components to be installed and by their sizing. An even more important issue concerns the optimal management of the plant, which allows to fulfill the needs of the user minimizing the operating costs at the same time. Actually the technical and economical aspects are closely linked together because the setting of the machines involves the production, purchase and sale of energy flows that translate into cash flows. The present thesis work consists in the development of a computer tool which could be of support for the optimal economic management of small cogeneration plants. The developed code allows to simulate the behavior of the machines and to evaluate the better logic of their setting in relation to the user’s needs and market conditions. In particular the original contributions of this thesis with respect to previous works concern: the integration of compression and absorption refrigeration machines in the calculation algorithms, the modeling of incentive schemes available for the plants under study and the accurate analysis of the purchase and self-consumption of electric energy and natural gas in commercial and fiscal terms. Finally the computer code has been applied to a meaningful case study to demonstrate its potentials and verify its effectiveness by analyzing the results obtained.

La cogenerazione rappresenta un valido strumento per il conseguimento del risparmio energetico ed economico e per la riduzione delle emissioni antropiche. Di conseguenza nell’ultimo decennio questa pratica virtuosa ha conosciuto un forte sviluppo nel contesto nazionale ed europeo, stimolato da normative favorevoli sottoforma di incentivi e semplificazioni. In questo ambito si collocano anche gli impianti cogenerativi di piccola taglia, che possono trovare applicazione sia nel settore terziario e residenziale che in quello industriale. Dunque la piccola cogenerazione ha un grande potenziale che però al momento fatica ad esprimersi pienamente a causa di alcune barriere tecniche che ne ostacolano la diffusione capillare. A tal proposito la difficoltà maggiore in sede progettuale consiste nella scelta corretta dei componenti da installare e nel loro dimensionamento. Una problematica ancor più importante riguarda la gestione ottimale dell’impianto, che consenta cioè di soddisfare il fabbisogno dell’utenza minimizzando al contempo i costi di funzionamento. Gli aspetti tecnici ed economici sono strettamente legati poiché la regolazione delle macchine comporta la produzione, acquisto e vendita di flussi energetici che si traducono poi in flussi di cassa. Il presente lavoro di tesi consiste nello sviluppo di uno strumento informatico che possa essere di supporto per la gestione economica ottimale degli impianti di piccola cogenerazione. Il codice di calcolo elaborato permette infatti di simulare il comportamento delle macchine e di valutarne la logica di regolazione migliore in rapporto alle esigenze dell’utenza e alle condizioni di mercato. In particolare gli apporti originali di questa tesi rispetto a lavori precedenti riguardano: l’integrazione delle macchine frigorifere a compressione e ad assorbimento negli algoritmi di calcolo, la modellizzazione degli schemi incentivanti disponibili per gli impianti oggetto di studio e la valutazione accurata dell’acquisto e autoconsumo di energia elettrica e gas in termini commerciali e fiscali. Infine il codice è stato applicato ad un caso di studio significativo per dimostrarne le potenzialità e verificarne l’efficacia analizzando i risultati ottenuti.