Analisi energetica di un sistema solare a Ciclo Rankine Organico (ORC) = Energy analysis of an Organic Rankine Cycle (ORC) solar system

Il Ciclo Rankine Organico, ORC, è un ciclo Rankine in cui il fluido di lavoro è un fluido bassobollente, ovvero che presenta temperatura di ebollizione inferiore a quella dell’acqua, che può essere sia di natura organica che non. I primi studi riguardanti il funzionamento dei cicli ORC risalgono agli anni 70’, tra questi troviamo quelli effettuati da alcuni professori del Politecnico di Milano, le fatiche di uno di questi, ovvero Mario Gaia, sfoceranno nella fondazione della Turboden, ditta che si occuperà in futuro della produzione di cicli ORC alimentati da fonti rinnovabili. La diffusione di tale tecnologia negli ultimi decenni si è ampliata sempre più arrivando a contare più di 450 MW annui di potenza complessivamente installata a livello mondiale nel 2016, considerando qualsivoglia fonte energetica. Tra le società dedite alla produzione di impianti ORC a livello mondiale troviamo la Turboden seconda soltanto alla ORMAT, la quale fu fondata in Israele nel 1965 e poi trasferitasi negli USA. Nel primo capitolo sono stati trattati gli aspetti teorici riguardanti i cicli ORC, approfondendo innanzitutto le tipologie di fonti che possono essere sfruttate, ovvero le biomasse, la geotermia, il calore di recupero di processi industriali e l’energia solare. In secondo luogo vengono proposte anche le configurazioni utilizzabili per il ciclo. L’attenzione viene poi spostata sui principi della radiazione solare e su come questa venga impiegata attraverso i diversi tipi di collettore, definendone anche le relative efficienze. La seconda parte della tesi si prefigge lo scopo di modellare un ciclo ORC alimentato da un Parabolic Dish Collector in grado di sviluppare una potenza elettrica di 18 kW. Il Software utilizzato per l’adempimento di tale obbiettivo è Aspen PLUS, il quale permette di parametrizzare non solo ogni componente del ciclo separatamente ma anche il ciclo termodinamico completo potendo scegliere qualsivoglia fluido di lavoro dalle sue librerie. In questo caso i fluidi scelti sono il Toluene, il NOVEC 649 e il D5, tutti accomunati dal fatto di essere fluidi secchi. Lo studio del ciclo ORC semplice viene affiancato dallo studio dello stesso ciclo all’interno del quale viene inserito un recuperatore, al fine di valutare i benefici portati da quest’ultimo.