piero pinamonti

Piero Pinamonti

ENERGIA SOSTENIBILE

Dipartimento di Energetica e MacchineDipartimento di Energetica e MacchineUniversità di UdineUniversità di Udine

Trieste, 21 settembre 2010

Alcune considerazioni introduttive:

ENERGIA SOSTENIBILE

Come e in che contesto?


Situazione al Situazione al 31/12/2008:31/12/2008:

Idro 21.6 %Idro 21.6 %

Termo comb. 73.7 %Termo comb. 73.7 %

Geotermo 0.7 %Geotermo 0.7 %

Eol+PV 4.0%Eol+PV 4.0%

Potenza efficiente degli impianti elettrici di generazione in italia al 31 dicembre 2008

Prospettive globali a breve-medio termineProspettive globali a breve-medio termineimpianti di produzione:impianti di produzione:

a) a) Impianti ad alto rendimentoImpianti ad alto rendimento::

- cicli combinati gas-vapore cicli combinati gas-vapore (a gas naturale)(a gas naturale)

- impianti a carbone pulito impianti a carbone pulito (con sequestro CO(con sequestro CO2 2 , IGCC, PFBC), IGCC, PFBC)

- centrali nuclearicentrali nucleari

b) b) Aumento rinnovabili:Aumento rinnovabili:

- mini idro, eolico, biomasse, geotermico, fotovoltaico - mini idro, eolico, biomasse, geotermico, fotovoltaico (ob. 20%) (ob. 20%)

c)c) Contributo della “Generazione distribuita”:Contributo della “Generazione distribuita”:

- Mini e micro cogenerazione- Mini e micro cogenerazione

d) d) Riduzione emissioni e gas serraRiduzione emissioni e gas serra

Contributo “locale” della ricerca e del Contributo “locale” della ricerca e del territorio alla soluzione del problema :territorio alla soluzione del problema :

a)a) Ricerche applicate e di base per contribuire alla Ricerche applicate e di base per contribuire alla risoluzione globalerisoluzione globale

b)b) Studio di nuovi prototipi e componenti innovativiStudio di nuovi prototipi e componenti innovativi

c)c) Diffusione della cultura del risparmio energetico:Diffusione della cultura del risparmio energetico:

- adozione di componenti e macchine ad alte prestazioni adozione di componenti e macchine ad alte prestazioni energeticheenergetiche

d) Corrette informazioni e e conoscenza sul tema di d) Corrette informazioni e e conoscenza sul tema di energiaenergia

e) Mini e Micro co-generazione e/o utilizzo di fonti e) Mini e Micro co-generazione e/o utilizzo di fonti rinnovabilirinnovabili

Fluido-dinamica Computazionalee Sperimentale

Energetica Ambientale

Scambio Termico

Risparmio energetico negli edifici

Utilizzo energetico delle Biomasse

Energia da fonti rinnovabili

Impianti Industriali

Motori a Combustione Interna

Impianti di produzione dell’energia

Refrigerazione

Turbomacchine

Campi di Ricerca



Personale di ricerca…

- 6 Professori Ordinari- 5 Professori Associati- 7 Ricercatori- 5 Assegnisti di ricerca-14 Studenti di Dottorato- 2 Tecnici di laboratorio- # Studenti laureandi…. - # Visiting professors, studenti stranieri ospiti……

Laboratori…

- Laboratori CFD - Laboratorio di Macchine a Fluido- Laboratorio di fluido-dinamica

0 2 4 6 8 10-200

-100

0

100

200

300

t [ms]

=16.5αV1

-200

-100

0

100

200

300=16.0α

V1-200

-100

0

100

200

300=15.0α

Motori a combustione interna: modello di pulsogetto

V1-200

-100

0

100

200

300S[N]

=12.6α

exp.

Validazione con risultati sperimentali,con misure di: - pressione instazionaria- temperatura di parete- spinta- portate di massa (air and fuel)-composizione gas di scarico

[email protected]


Simulazione del flusso reattivocomprimibile instazionario

Analisi numerica di processi di Clean Combustion

Necessità di modellizzare a livello globale e locale gli scambi di calore, massa e quantità di moto, per progettare dispositivi di produzione di energia più efficaci in termini di prestazioni ed emissioni inquinanti

Direct Numerical Simulation of Turbulence Large Eddy Simulation of Turbulence Lagrangian Modelling of the dispersed droplets (fuel)/particles (fuel, combustion products)

Large-Eddy Simulation di un moderno combustore di turbina a gas aeronautica Pratt & Whitney

[email protected]


[email protected]

Simulatione Numerica della termo-fluido-dinamica internadegli edifici

Indoor air quality: production of CO2

x (m)

y(m)

0 1 2 30

0.5

1

1.5

2

2.5

3

1000950900850800750700650600550500450400350

CO2 in ppm

Frame 001 ⎯ 21 Mar 20 03 ⎯ titleFrame 001 ⎯ 21 Mar 20 03 ⎯ title

CFD modelling of airflow in a room


250Re = 750 1250

Trasporto di calore e di massa in batterie alettate

Simulazioni numeriche: campi di moto e [email protected]


Scambio termico coniugato con cambiamento di fase

• Il cambiamento di fase influenza il processo di scambio termico

• Condesazione/evaporazione/solidificazione tipicamente avvengono all’interfaccia solido/fluido

• L’evoluzione della formazione di goccioline ha un ruolo molto importante nella formazione di ghiaccio sui profili alari, come nei problemi di condensazione e deumidificazione su superfici estese

Campo di moto interno

in un sistema antighiaccio

per applicazioni aeronautiche

[email protected]


Raffreddamento interno di pale di turbine a gas

Flusso interno 3D di grande complessità che influenza lo scambio termico: estrema difficoltà di previsione con tecniche CFD.

Ricerche sperimentali UniUD:

Campo di moto: 2D-PIV

Misure di pressioni

Scambio termico: LCT(Cristalli Liquidi)

AEROTHERMAL

BEHAVIOURIMPIANTO DI

PROVA TEST CASES

[email protected]


Cooling passage for HP turbineTrailing edge

[email protected]

Hot-recirculation

Cold-impingement


Turbomacchine: studio di Ventilatori a flusso trasversale

Struttura comlessa del flusso 3D caratterizzata da un vortice interno che influenza le prestazioni della macchina

x/d2

-1 0.5-1

-0.5 0

0

1

-0.5

0.5

x/d2

-1 0.5-1

-0.5 0

0

1

-0.5

0.5

Time-averaged flow field by means of [email protected]


Ottimizzazione del progetto e della gestione di un impianto di co-generazione di energia distribuita con micro rete di

teleriscaldamento

Il modello di simulazione tiene conto dei costi di acquisto/vendita di elettricità e gas, del costo di acquisto e gestione dei cogeneratori e della rete, delle prestazioni delle macchine anche in funzione delle condizioni operative, e ottimizza il costo totale annuo di esercizio.

Esempio applicativo alla rete di edifici pubblici di un centro cittadino, applicando la tecnica Mixed Integer Linear Program (MILP) Ogni edificio può essere dotato di un’unità di cogenerazione (micro-TG o MCI), una caldaia di integrazione, connessione alla rete elettrica ed eventualmente alla mosro rete di teleriscaldamento

Fuel TG

Fuel boiler

ENERGY USER

k

Pdem

Qtot

Pbuy Psell

Qdem

node k

node v

Qk-v Qv-k

node w

node z

Qw-k

Qk-w

electric grid connection

TG 1

TG 1

TG 1

TG 1

Boiler

Pel

Fuel Engine

Psell_en

Qengine

Cogeneration ENGINE

Qcog

[email protected]


Studio di sistemi di accumulo di Energia

• Un sistema Compressed Air Energy Storage (CAES) può utilizzare energia elettrica nelle ore notturne e comprimere un gas (aria) in un serbatoio, per poi fare espandere il gas stesso in una turbina durante il giorno, producendo energia pregiata.

• Le strategie operative hanno un’influenza sostanziale sui profitti ottenibili.

• Ottimizzazione delle macchine e dei componenti

[email protected]


Alimentazione con 20.000 ton/year di scarti delle industrie della lavorazione del

legno

Impianti Waste-to-energy alimentati con rifiuti industriali

Electrical power = 2 MW

Thermal power =13 MW

[email protected]


- Simulazione CFD delle cortine d’aria per ridurre l’ingresso di aria calda dall’ambiente

- Ottimizzazione del flusso per migliorare la distribuzione dell’aria e ridurre le perdite di carico

Progettazione e ottimizzazione di banchiFrigoriferi per supermercati

Department of Energy TechnologiesDepartment of Energy TechnologiesUniversity of UdineUniversity of Udine

[email protected]

Collaborazione con Istituzioni, enti e partners industriali ……..

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piero pinamonti

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