Presentazione - Crescioli

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Configurazioni ottimali degli eliomobili in un apparato sperimentale a geometria variabile per sistemi solari a torre Università degli Studi di Padova Dipartimento di Ingegneria Industriale Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Energetica Relatore: Prof. Davide Del Col Laureando: Ludovico Crescioli Matricola: 1038966 Anno Accademico 2013-2014

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Configurazioni ottimali degli eliomobili in un apparato sperimentale a geometria variabile per sistemi solari a torre

Università degli Studi di PadovaDipartimento di Ingegneria IndustrialeCorso di Laurea Magistrale in Ingegneria EnergeticaRelatore: Prof. Davide Del ColLaureando: Ludovico CrescioliMatricola: 1038966Anno Accademico 2013-2014

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Le Domande di Ricerca

Fonte: www.ctaer.com2

1. Perché un campo a geometria variabile?

2. Come valutare le potenzialità di un campo a geometria variabile?

3. Che vantaggi rispetto ad un campo fisso?

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Sistemi a ricevitore centrale:

Caratteristiche

3

Ricevitore

Accumulo termico

Campo di eliostati

Power block

Fonte: www.torresolenergy.com

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Sistemi a ricevitore centrale:Criticità

4

Fino a 40%

CAPEX

Superficie Richiesta (Schramek, Mills, 2003)

Perdite Ottiche(Collado, Guallar, 2013)

Costi(Collado, Guallar, 2013)

Fonte: IRENA, 2012

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Sistemi a ricevitore centrale:

Rendimento Ottico

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Attenuazione atmosferica Riflettanza

Coseno angolo incidenza

Spillage

Ombra e blocco tra eliostati

Fonti: www.powerfromthesun.net; Romero-Alvarez,2007; Abengoa Solar

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Sistemi a ricevitore centrale:

il Caso PS10 (Siviglia, ES)

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- Impianto PS10 - Perdite Geometriche

Fonti: Abengoa Solar; elaborazione dati da Romero-Alvarez, 2007

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Campo a geometria variabile:

Caratteristiche Ridotto campo sperimentale Rotazione attorno a torre centrale Ricevitore rotante Eliomobili

• Movimento individuale lungo rotaia

• Comandi via wi-fi• Inseguimento su due assi • Superficie: 12,9 m x 9,5 m

7Fonte: www.ctaer.com

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Metodologia

Inadeguatezza e limiti software attualmente disponibili

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Codice personale in ambiente Matlab

• Convoluzione distribuzioni Gaussiane applicate al raggio centrale

• Velocità vs Precisione

• Calcolo esatto ombra e blocco

• Ombra torre

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Posizioni ottimali eliomobili:

Ipotesi e Vincoli Campo inziale da software dedicato a design di campi tradizionali 30 elementi su 4 rotaie: 6 nella prima, 7 nella seconda, 8 nella

terza, 9 nella quarta Velocità di rotazione asse di simmetria centrale = velocità

angolare apparente del Sole Vincoli: distanza tra eliomobili e angolo di accettazione ricevitore Rricevitore = 2,5 m

Ricerca di 16 variabili in funzione dell’elevazione solare

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Posizioni ottimali eliomobili:Metodi di

OttimizzazioneAlgoritmo Genetico Pattern Search

• Popolazione di individui

• Accoppiamento• Crossover• Mutazioni

• Generazioni• Soluzione: individuo

con miglior fitness

• Affina la ricerca vicino al punto individuato

da AG• Mesh variabile

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Compromesso tra spazio di ricerca delle soluzioni e massimo trovato

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Posizioni ottimali eliomobili:

Configurazioni di campo

Rendimento ottico massimizzato nell’intervallo αs = 10°: 5°: 80°

Performance di ogni configurazione calcolata nell’intervallo αs = 10°: 80°→ eliminare punti di ottimo locale superflui

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symmetry axis (m)

normal axis (m)

symmetry axis (m)

normal axis (m)

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Posizioni ottimali eliomobili:

Configurazioni di campo

Andamento ηopt = f(αs)

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ηottico

αs (gradi)

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Analisi comparativa

Rricevitore = 1,145 m Modello cielo chiaro per Siviglia (Spagna) Tre campi comparati

• VGO: campo a geometria variabile ottimizzato• VGN: campo a geometria variabile non ottimizzato• BF: campo fisso polare a spirale

VGN

BF

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symmetry axis (m)

normal axis (m)

North (m)

East (m)

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Analisi comparativa:Risultati Annuali

Rap = 1.145 m VGO VGN BFηweighted 0,631 0,624 0,568

ηunweighted 0,625 0,616 0,550ηcos 0,962 0,967 0,889

ηshadow 0,965 0,935 0,928ηblocking 0,986 0,989 0,988

atm attenuation 0,982 0,982 0,983reflectivity 0,903 0,903 0,903

ηinterception 0,768 0,776 0,745Eincident (MWh) 11653 11653 11653Ereceiver (MWh) 7355 7269 6615

Ecos (MWh) 426 376 1159Es&b (MWh) 487 752 834

Eatm att (MWh) 209 209 200Ereflect (MWh) 1136 1136 1136Espillage (MWh) 2688 2611 2849

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+10% Ericevitore

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Analisi comparativa:Risultati Mensili

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Analisi comparativa:Risultati Giornalieri

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+9,14% Ericevitore

+15,23% Ericevitore

ηottico

ηottic

o

Pricevitore (MW)

Pricevitore (MW)

h

h

h

h

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Analisi comparativa:Ray-Tracing

Validazione Risultati

Distribuzione di flusso

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BF

VGN

VGO

h 6 h 9 h 12

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Conclusioni:Geometria variabile vs

campo fisso

Vantaggimaggiore rendimento otticomaggiore uniformità di flusso al ricevitoreno posa di cavi nel terrenoflessibilità configurazioni e durante focus/defocusse campo ridotto, ottimizzare posizioni eliomobili solo per bassa elevazione solare

Svantaggimaggiore superficie occupatamaggiore complessità del sistemamaggiori costi elemento collettore (terzo motore elettrico)nuovi sistemi di sicurezza attiva e passiva

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A parità di elementi collettori: