Discussione: Potenziare il ciclo chiuso a condensazione di Rankine abbinandogli una pompa di calore.

Scopo: aumentare l'entalpia con cui lavora la turbina a vapore, sia sottraendo calore da valle della stessa, che rilasciandone a monte.


Come?


Con una pompa di calore: la parte che raffreddandosi assorbe Kcal (quella nella quale il gas si espande) dovrebbe essere integrata in uno scambiatore con il condensatore dell'ORC, prelevando Kcal esauste, che poi verrebbero "trasportate" e cedute subito a monte della pompa che alimenta la caldaia del nostro ciclo Rankine, grazie alla pompa di calore.

In questa maniera avremmo sensibilmente aumentato l'entalpia di funzionamento della turbomacchina (raffreddato a valle Turbina/riscaldato a monte), e in più non avremmo disperso nell'ambiente il calore (=energia) che normalmente disperde un ciclo a condensazione, bensì l'avremmo utilizzata una seconda volta per azionare la turbina.

Ovviamente le temperature di funzionamento della pompa di calore dovrebbero essere calcolate per permettere il recupero e successivo cedimento di Kcal al ciclo a vapore, essendo più fredda in condensazione, ma più calda subito prima della pompa che preleva l'acqua condensata e la manda in caldaia ORC.

che ne pensate??

Originariamente inviata da Lasko

... aumentare l'entalpia con cui lavora la turbina a vapore...che ne pensate??

Io personalmente penso che non funziona, ma a parte questo, i sette tag li hai messi tutti tu? Perché di solito il sistema ne permette solo cinque all' autore della discussione.

amir

Pur esistendo degli impianti detti a ricompressione di vapore essi esitono solamente per la riqualificazione energetica dei cascami di calore.
Es. Ho del vapore a 120° residuo di processo e mi serve calore a 180 ° per un'altra fase del mio processo industriale. Può convenirmi a questo punto comprimere il flusso di vapore con un compressore elettrico per aumentarne la pressione e con essa la temperatura di condensazione a180°, perchè l'effetto COP della pompa di calore, ma soprattutto il fatto che la vaporizzazione è gratis (vapore residuo), faranno si che l'energia elettrica necessaria sarà minore di quella necessaria per riscaldamento diretto.

Molto diverso è il caso proposto da Lasko, dove fondamentalmente il discorso sarebbe in perdita netta. Il COP di una pompa di calore è fortemente dipendente dalla differenza di temperatura tra le due sorgenti. Non è un mistero che una pompa di calore difficilmente supera un COP 3 con 50 ° di differenza. Ora supponendo che 50° bastino (ma è una differenza ridicola, vorrebbe dire che condensando a 25°C vado poi a vaporizzare a 75°C, il che con acqua significa un ciclo tutto subatmosferico con potenza e rendimento ridicolo) vorrebbe dire che per essere conveniente l'operazione il ciclo dovrebbe avere un rendimento superiore al 33%, che è il rendimento energetico che pareggia il conto con un COP 3.
Ma il 33% è un rendimento ottenibile solo con ciclo a vapore ad alta temperatura e pressione. E quando dico alta dico oltre 500°C.
Per superarlo e girare intorno al 40% bisogna andare a 650°C, pressioni ipercritiche (oltre 330 bar) e forte rigenerazione. E servono taglie di centinaia di MW.
Insomma facciamo salvo il concetto, ma i numeri sono poi purtroppo un'altra cosa. E la pompa di calore non è un oggetto miracoloso, ma una macchina termodinamica con precisi limiti. Infatti per poter essere utilizzata con successo ha bisogno di cedere calore ad impianti di riscaldamento a bassa temperatura tipo a pavimento (35°C) o al massimo ventilconvettori (55°C). Assolutamente non conveniente oltre questa soglia. Gia i 75°C dei termosifoni tradizionali la mettono in crisi di rendimento.

Di modi per aumentare il salto entalpico elaborato dalla turbina ce ne sono, ma questo non l'ho mai sentito.
Ma dove lo vorresti provare? Su che turbina? ORC? Troppo vago così...
Magari chissà, in qualche caso particolare, per esempio con bassissime Tmax o scarsi salti entalpici può funzionare...ma io non ci scommetterei!
Devi aggiungere una pompa di calore con due scambiatori mi sembra di capire...il gioco non vale la candela?

Se con questo sistema intendi aumentare il rendimento, sbagli. Con un sistema simile il rendimento si abbassa.
Conviene usare il calore di risulta in altri modi, a meno che esista la vaga possibilità (come dice Stranamore) di utilizzare una termocompressione per motivi economici (per esempio, perchè mi costerebbe meno di una caldaia separata)

forse devierò dallo domanda iniziale ma....
se lo scopo è aumentare i rendimenti delle cantrali termoelettriche
sarebbe conveniente utilizzare un ' ORC prelevando calore a monte dei condensatori ?
sembra che venga scartato il 40-60 % nei raffreddamenti si riuscirà a recuperarne almeno un terzo in modo economicamente conveniente ?
ovvio che la cosa migliore sarebbe recuperare il calore con teleriscaldamento
ma sarebbe troppo generoso......

Con la minima differenza di temperatura fra prelievo a monte e prelievo a valle, cambierebbe ben poco. E poi, scusa.... ma se prelevi calore a 50°, quale ORC si dovrebbe utilizzare? E a che temperatura lo condensi (e soprattutto, CON COSA... visto che dovresti avere una sorgente freddissima per avere un qualche rendimento).
E poi, una volta che avessi una sorgente freddissima, perchè usare un ORC in serie, invece di condensare direttamente il vapore con quella, evitando il duplicarsi dei sistemi? Tanto, il salto termico sarebbe uguale.

Il calore nella che deve essere smaltito nella condensazione è una conseguenza dei principi della termodinamica e delle macchine termiche, mica si può cambiare....

non ho capito se la risposta è riferita al mio dubbio...
se cosi fosse mi domando a quale temperatura si trova il vapore nel tratto fine turbina - entrata condensatore ?

Originariamente inviata da sunny life

se cosi fosse mi domando a quale temperatura si trova il vapore nel tratto fine turbina - entrata condensatore ?

40-50 °C

ciao

grazie pensavo almeno il doppio...come non detto...

Si, la risposta era riferita al tuo dubbio. Compresa la parte sul mettere due rankine in serie che fanno il lavoro che fa uno solo...

qualche soluzione "diversa" c'e ed e' possibilissima...
peccato che e' impossibile discuterne con gente elastica come un sasso!!

tanto per iniziare, il recuperatore e' gia STRAUSATO, ma chiedi a livingreen come...
dato che solo lui puo scrivere, pur non avendo mai un idea!

Non voglio alimentare plemiche.
Esistono cicli ORC, ma anche a vapore sottovuoto, che possono dare energia utile con un salto di 20-30 °C. Sono quelli progettati ed a volte usati per l'utilizzo dei gradienti termici marini. All'equatore la superficie del mare può arrivare ai 35° C, mentre in profondità l'acqua, a patto di scendere molto in fondo, si trova praticamente sempre a 4°C.
Ma i rendimenti attesi sono dell'ordine dell'1-2 %. Quando l'energia è gratis, e quella dei mari non è altro che energia solare, può anche valerne la pena.
Ma sull'aumentare il rendimento di un impianto con questo sistema devo dire che è impresa impossibile.
Se ho a disposizione fluido in abbondanza a 4° lo uso per condensare il vapore a 14° invece che a 35°. Non ha caso esistono progetti di centrali a vapore in riva al mare con presa d'acqua lunghissima per arrivare alle acque profonde. Ma alla fine il vero problema è il costo di impianto.
Si tollerano temperature di condensazione più alte, come quelle indicate da Livingreen per risparmiare sulle torri di condensazione o sulle opere di presa dell'acqua dai fiumi. LA legge infatti pone ben precisi limiti sull'aumento di temperatura dell'acqua rigettata, per non distruggere la vita animale e vegetale, e quindi le portate volumetriche sono grandi.

Ma, tornando sul tema del topic, l'utilizzo di una pompa di calore per aumentare la temperatura della sorgente calda è una operazione in perdita.
Per tornare conveniente dovremmo avere un COP 4 con un ciclo termodinamico utilizzatore a rendimento 30% per esempio.
Basta leggere i dati delle pompe di calore (COP 2,5 se va bene) e dei cicli ORC (10 % quando va bene) per capire che siamo lontani.

Concordo su tutto, stranamore: del resto, sono cose di cui abbiamo parlato ampiamente. Aggiungo solo che "pare" che gli OTEC siano riusciti ad arrivare al 2,5% di rendimento, ma sono comunque inattuabili per gli enormi costi a fronte della ridicola produzione.

ipotizzavo solo di aggiungere il secondo sfruttando il calore residuo del primo
se le temperature sono cosi basse è ovvio che è inutile, il dubbio comunque mi resta....50 gradi prima del condensatore sono propio pochi, siete sicuri ?

50 gradi prima del condensatore sono propio pochi, siete sicuri ?

Sicurissimo: anzi, di solito sono pure di meno.

aggiungere il secondo sfruttando il calore residuo del primo

Il "calore residuo", non è un residuo: ci DEVE essere, perchè altrimenti avresti una macchina termica impossibile e non funzionante.
Semmai, la temperatura di condensazione deve essere la più bassa possibile e lo puoi ottenere solo se hai una sorgente fredda a temperatura più bassa.
Ma se ce l'hai, perchè usare un secondo ciclo rankine? Condensi il vapore a temperatura più bassa e via. Con un ciclo solo.

io penso che il condensatore dissipi energia,
penso che in entrata la temperatura e la pressione siano piu alte
quindi inserendo a monte del condensatore un orc si potrebbe recuperare una parte dell' energia dissipata,
lasciamo perdere quanto costi farlo per il momento,
tu mi hai risposto che questa teoria non funziona,
premetto che avendo letto i tuoi interventi ti considero sicuramente uno dei piu preparati in quest' argomento, mi stupisco di alcune tue affermazioni che vorrei approfondire.....
magari con il contributo di un' ing. che conosca perfettamente l'argomento, sarebbe molto interessante, ciao.

Originariamente inviata da sunny life

magari con il contributo di un' ing. che conosca perfettamente l'argomento, sarebbe molto interessante, ciao.

magari io?
vai tranquillo che non recuperi niente

ciao

sei ingeniere primus71?
anche tu sei dell'idea che la temp all'ingresso del condensatore è 30 gradi?

penso che in entrata la temperatura e la pressione siano piu alte

No. Guardati come funziona il ciclo.

se hai della documentazione dove indicano pressioni e temperature la guarderei volentieri, quella che ho guardato non dice la stessa cosa, puoi indicarmi dove guardare, grazie ciao

Ti basterebbe guardarti il ciclo sul diagramma per scoprire che il condensatore lavora a temperatura costante, e quindi NON c'è salto termico sfruttabile.
Se non abiti lontano da me, ti faccio avere l'autorizzazione e ti mando su qualche impianto con un termometro.
Ciclo Rankine By Leonardo Salvaterra
http://xmlservices.unisi.it/ing_onli...etio-03-v3.pps

Originariamente inviata da sunny life

anche tu sei dell'idea che la temp all'ingresso del condensatore è 30 gradi?

qualcosina in più in genere, certo se fossimo in alaska magari potremmo arrivare anche a 20 °C forse;
sei andato a controllare la pressione di vapore a 40°C dell'acqua per curiosità?


ciao

Come già affermato da Livingreen credo la dissipazione di calore dal condensatore è da considerarsi fisiologica. Esso è infatti la sorgente fredda del ciclo. Non è eliminabile. Per poter utilizzare questo calore bisognerebbe avere un'altra sorgente ancora più fredda di questa per avere il salto termico. Infatti non c'è nessun ciclo che funzioni con una sola sorgente. Non farti ingannare dalle turbogas e dagli MCI. LA loro sorgente fredda è l'atmosfera da cui aspirano l'aria fresca.
MA come già detto disponendo di una seconda sorgente più fredda la cosa più semplice è raffreddarci il condensatore stesso. Infatti per una più o meno nota proprietà del vapore la parte a bassa pressione è molto redditizia. E siccome siamo sotto la curva a campana, dove temperatura e pressione sono biunivocamente legate, alla discesa della temperatura di condensazione corrisponde una corrispondente discesa della pressione nel condensatore. Siccome questa pressione è anche la pressione di scarico della turbina, alla sua discesa corrisponde un aumento del rapporto totale di espansione con l'atteso aumento di lavoro raccolto. E siccome il calore di vaporizzazione è sempre lo stesso al questo aumento di lavoro corrisponde un aumento di rendimento.
I limiti verso il basso della temperatura di condensazione sono legati alla temperatura della sorgente disponibile ed al costo di impianto. Più mi voglio avvicinare a questa temperatura più devo fare scambiatori grandi e costosi.