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Interazione della rete elettrica e del calore: ottimizzazione dell’esercizio di una centrale termica multi-energy avanzata

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Interazione della rete elettrica e del calore: ottimizzazione dell’esercizio di una centrale termica multi-energy avanzata

Lo studio si inserisce nell’ambito delle ricerche volte a comprendere il possibile contributo di diversi sistemi energetici all’efficienza complessiva di sistema mediante schemi di flessibilità. In particolare tale lavoro si è concentrato sull’applicazione di un controllo di tipo predittivo per l’ottimizzazionedell’esercizio di una centrale di teleriscaldamento esistente, dotata di tecnologie power to heat, ma abbinata ad una rete tradizionale a temperatura fissa. Tale studio ha costituito la verifica del primo passo verso reti di teleriscaldamento di 4° generazione caratterizzate da forti interazioni con altri sistemi energetici (gas/elettricità).

Lo studio si inserisce nell’ambito delle ricerche volte a comprendere il possibile contributo di diversi sistemi energetici all’efficienza complessiva di sistema mediante schemi di flessibilità.

Nel presente periodo di riferimento, in particolare si è concentrata l’attenzione sull’applicazione di un controllo di tipo predittivo per l’ottimizzazione dell’esercizio di una centrale di teleriscaldamento esistente, dotata di tecnologie power to heat, ma abbinata ad una rete tradizionale a temperatura fissa. Tale studio ha costituito la verifica del primo passo verso reti di teleriscaldamento di 4° generazione caratterizzate da fonte interazioni con altri sistemi energetici (gas/elettricità).

Sono state apportate modifiche al modello TRNSYS-MATLAB sviluppato in precedenza e sono stati simulati 18 scenari differenti per mercati e modalità di gestione delle macchine.

In particolare sono stati indagati sistematicamente l’effetto dell’esercizio della pompa di calore quando deve acquistare energia dal mercato MGP, l’utilizzo dei serbatoi nell’ottimizzazione di una centrale che serve una rete termica tradizionale e l’esercizio vincolato (flessibilità limitata nel numero ridotto di accensioni).dei motori CHP e impatto sulla partecipazione ai diversi mercati.

E’ stato inoltre   investigato l’effetto della tipologia di rete (tradizionale/a temperatura variabile) e del layout di centrale sul raggiungimento del massimo risultato in termini di sfruttamento delle sinergie con la rete elettrica.

In linea generale i risultati ottenuti con le macchine esistenti e la attuale rete di tipo tradizionale (~90°C) sono ancora ben distanti da quelli ottenibili nell’ipotesi di una rete di 4 generazione e di una centrale con macchine pienamente flessibili in grado di effettuare accensioni orarie. In tutti i casi studiati il ricavo netto per l’energia elettrica non copre il costo del gas (ma esiste un margine positivo se si considera anche il ricavo da vendita del calore) anche negli scenari SEN, nonostante sia stata introdotta una macchina specifica per sfruttare la partecipazione al mercato MSD (caldaia elettrica).

In questo contesto più vincolato, gli scenari migliori sono quelli che prevedono la partecipazione dei CHP al mercato MSD, seppur con le limitazioni sulle accensioni, e la pompa di calore rimane spenta. Il profilo di produzione delle macchine tende ad essere simile a quello osservato negli scenari a piena flessibilità indagati negli studi precedenti.

La partecipazione al mercato MSD gestita dall’ottimizzatore si equivale dal punto di vista delle condizioni di esercizio nei diversi scenari; la potenza a disposizione da utilizzare sul mercato MSD varia tra i diversi scenari, ma le ore della giornata in cui l’ottimizzatore sceglie di partecipare rimangono praticamente le medesime. La caldaia elettrica viene usata mediamente per 50 -100 ore l’anno. Le caldaie integrative vengono usate per pochissime ore al giorno e prevalentemente nella fascia oraria notturna, dove l’energia prodotta dai CHP è poco valorizzata.

Le analisi svolte in questa annualità, a completamento degli studi svolti nel triennio, hanno mostrato che un impianto di teleriscaldamento attuale, alimentato preferibilmente da cogeneratori, se gestito con attenzione al mercato elettrico (offerta di energia e di servizi di dispacciamento) può ottenere rilevanti benefici economici. Ciò indica che la gestione flessibile di impianti cogenerativi metterebbe a disposizione del sistema elettrico risorse pregiate di riserva rotante e bilanciamento, a condizioni molto competitive.

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