Utilizzo della Pinch Analysis per l'ottimizzazione dei recuperi termici in un impianto solare a concentrazione integrato con cicli di potenza a CO2 supercritica = Use of Pinch Analysis to optimize thermal recovery in a Concentrated Solar Power Plant integrated with supercritical CO2 power cycles

Oggigiorno, l’incremento demografico e il miglioramento delle condizioni di vita spingono verso una produzione sempre maggiore di energia elettrica. Contestualmente, i cambiamenti climatici dovuti alle attività antropiche rappresentano un pericolo che, se non contrastato con azioni concrete, rischia di aggravarsi ancor di più nei prossimi anni. In quest’ottica, risulta dunque indispensabile ridurre l’impatto causato dai combustibili fossili e fare sempre più affidamento su risorse rinnovabili di energia (RES). Un ostacolo alla transizione energetica è rappresentato però dall’intermittenza intrinseca delle fonti energetiche rinnovabili. Per gli impianti solari a concentrazione (CSP), una possibile soluzione a questo problema viene fornita dal progetto europeo SOCRATCES (SOlar Calcium-looping integRAtion for Thermo-Chemical Energy Storage), in cui un sistema a torre centrale viene integrato con un accumulo termochimico basato sul processo reversibile di carbonatazione/calcinazione del CaO (Calcium-Looping). Sfruttando questa tecnologia, l’obiettivo dell’elaborato è quello di affiancare l’utilizzo della Pinch Analysis (PA) all’integrazione indiretta di due cicli di potenza a CO2 supercritica: ciclo con singolo intercooler e ciclo a ricompressione. Il metodo della PA è uno strumento importante nell’ottica di un uso più efficiente dell’energia, in quanto permette di identificare la configurazione ottimale per una rete di scambiatori finalizzata al recupero termico, considerando contestualmente anche aspetti tecnico-economici. Il primo passo è stato dunque quello di realizzare, per entrambi i cicli di potenza analizzati, una rete di scambiatori con fabbisogno di calore nullo. Dopodiché, la complessità della rete è stata via via ridotta, per poter valutare l’aumento della richiesta termica dall’esterno al diminuire del numero di scambiatori. La risorsa esterna calda è rappresentata dai fumi in uscita da una camera di combustione, alimentata con gas naturale, combustibile scelto per via del suo non elevato impatto ambientale. Poiché il risparmio di energia primaria non è l’unica funzione obiettivo perseguita in questo lavoro, è stata infine condotta un’analisi economica per tutte le configurazioni impiantistiche ottenute, in modo da mettere a confronto il fabbisogno energetico delle reti e i relativi costi di investimento e funzionamento. Tutte le simulazioni sono state effettuate sfruttando le potenzialità dei software Matlab R2019a e Aspen Energy Analyzer V10.