Modellazione Off-Design di un Compressore per Applicazioni AA-CAES Studente/i Relatore Correlatore Committente Simone Martinelli Prof.Maurizio Barbato Dr.Marco Fossati ICIMSI-DTI-SUPSI Corso di laurea Modulo Anno Data Ingegneria meccanica M00002-C09459 2014/2015 04/09/2015 Abstract Il lavoro di tesi è rivolto allo studio delle condizioni di funzionamento fuori progetto di un impianto AA-CAES, con particolare attenzione al transitorio di avviamento e spegnimento del compressore in modo da analizzarne l’influenza sull’efficienza del ciclo, l’interazione con la rete elettrica e in ultima analisi fornire elementi per l’identificazione della strategia più efficiente per le fasi di carica e scarica. La prima parte del lavoro ha riguardato lo studio delle centrali CAES analizzandone il principio di funzionamento. Quindi sono state analizzate le differenze tra un impianto CAES e un impianto AA-CAES. La tesi dunque si è concentrata sui compressori di tali impianti. Per analizzare le condizioni di funzionamento di un compressore si utilizzano le cosiddette “mappe caratteristiche”. Poiché tali mappe non prevedono l’illustrazione delle performance del compressore in condizioni fuori progetto (velocità sotto il regime minimo), è stata individuato un metodo da utilizzare per l’estrapolazione delle mappe nella zona fuori progetto del compressore. Dopo aver selezionato il metodo, il passo successivo è stato quello di validare tale tecnica di estrapolazione, basata sulle affinity laws, attraverso il numero di Mach. Infine, l’attenzione si è spostata sul fenomeno dell’avviamento del compressore. L’avviamento, per le dinamiche di funzionamento della centrale CAES, risulta essere differente dai classici impianti con turbina a gas. È stata evidenziata l’importanza della conoscenza approfondita di alcuni componenti quali frizioni, motore sincrono e compressore. Conclusione Il metodo, rispetto alla tesi utilizzata come riferimento, porta risultati differenti per quanto riguarda l’andamento del rendimento in funzione della portata massica corretta. I risultati presentano una tendenza delle curve di rendimento a “stringersi” e a mostrare un picco di rendimento piuttosto che “appiattirsi “, quindi una tendenza ad essere più smooth con l’estrapolazione verso velocità sempre più basse. Al contrario, l’andamento del rapporto di compressione in funzione alla portata massica riproduce fedelmente le curve se confrontato con la tesi di riferimento. Attraverso i risultati di estrapolazione ottenuti è stato possibile costruire una mappa completa di un compressore che riportasse tutte le performances da velocità zero a velocità massima. Per quanto riguarda il transitorio di avviamento del compressore ne è stato riportato un metodo semplificato. L’analisi del transitorio di partenza reale di un impianto CAES, infatti, richiede la conoscenza e lo sviluppo delle caratteristiche di altri componenti quali la camera di combustione, la turbina, il motore sincrono e un sistema di frizioni. Obbiettivi Definizione del modello numerico per l’uso delle mappe sperimentali del compressore; Analisi dell’effetto del transitorio di avviamento/spegnimento sull’interazione con la rete elettrica; Integrazione del modello off-design nel modello di impianto Simscape disponibile; Analisi dell’effetto del transitorio di avviamento/spegnimento sul rendimento del ciclo e sulla schedulazione delle fasi di carica e scarica.