Ciclo di Rankine organico (ORC) su piccola scala guidato da un concentratore solare (CSP) = Small-Scale Organic Rankine Cycle (ORC) Driven by a Solar Concentrator (CSP)

Lo studio di tesi affrontato pone attenzione sulla fattibilità di alimentare un ciclo ORC di 10 kWe con un impianto CSP, prendendo come riferimento il riflettore installato sul tetto dell’Energy Centre a Torino. Inizialmente sono state illustrate le tecnologie a concentrazione solare, ricavando le grandezze utili per la trattazione considerando un riflettore di tipo paraboidale. Particolare interesse sul calcolo del rendimento dell’impianto, classificando i tipi di perdite e ricavando le relazioni che permettono di calcolare il rendimento ottico e termico del CSP. In seguito, si è descritto il ciclo rankine alimentato da fluidi organici, suddividendo questi ultimi in base alle caratteristiche fisiche, chimiche e termiche. Le strategie impiantistiche adottate per la produzione di energia, ponendo maggiore interesse su quelle a ciclo semplice e rigenerativo. La natura imprevedibile della fonte rinnovabile solare ha previsto anche una trattazione sui sistemi di accumulo da poter accostare ad un impianto a concentrazione solare.È stata effettuata una suddivisione in base al meccanismo di scambio termico, dando anche una breve descrizione sulle tecnologie ancora in fase di sviluppo.Il lavoro di tesi inizia nel capitolo 4 con lo studio sperimentale per il sistema CSP. È stato preso come riferimento il paraboloide installato sull’Energy Centre, creando un modello che riuscisse a simulare le condizioni di funzionamento reali. Inizialmente, utilizzando il metodo Monte Carlo per il tracciamento dei raggi, sono stati creati due modelli sul software COMSOL MULTYPHISICS. Il primo ideale pone una riflettività del paraboloide massima e trascura la perdita del “limb darkening”, il secondo pone una riflettività dell’80%. Ricavato il flusso incidente, sono state calcolate analiticamente le prestazioni ottiche, ottenendo un valore molto simile a quello dichiarato dalla casa costruttrice. Le prestazioni termiche sono state studiate anch’esse col software COMSOL, riproducendo le dimensioni del ricevitore costituito da un tubo di allumina sinterizzata posto a distanza focale dal paraboloide. Si sono analizzate due configurazioni: una trascurando le perdite per irraggiamento e con convezione naturale, l’altra includendo le perdite per irraggiamento e considerando una convezione forzata in relazione al vento atmosferico. Nella prima configurazione si sono ottenute delle temperature massime conformi a quelle dichiarate dalla casa produttrice. Infine, lo studio sperimentale è stato validato confrontando le temperature ricavate dal modello con quelle misurate da termocoppie poste sul ricevitore ottenendo una buona approssimazione. L’ultimo capitolo è finalizzato al dimensionamento dell’impianto, partendo dal ciclo ORC fino ad arrivare all’impianto CSP. Per il dimensionamento del ciclo ORC sono stati analizzati dieci fluidi organici con il software ASPEN PLUS sia nella configurazione semplice che in quella rigenerativa. Il fluido con il rendimento maggiore è risultato essere l’R141-B. È stata effettuata un’analisi di sensitività al fine di trovare il punto di lavoro che massimizzasse la produzione di potenza: nel primo caso è stata fatta variare la pressione massima del ciclo, nel secondo la temperatura massima. L’accumulo si è dimensionato prendendo come riferimento lo studio sperimentale di due sostanze a cambiamento di fase: NaNO3 -LiNO3 (46%-54%) e NaNO3 -LiNO3 (40%-60%). I parametri di pressione massima e di temperatura massima del ciclo ORC sono stati scelti