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sistema orc adattivo

La multinazionale che ha commissionato il lavoro, con un miliardo di euro di fatturato e oltre 1000 ingegneri in staff, è un’azienda leader mondiale nelle soluzioni per la gestione del vapore.
Per loro stiamo sviluppando un’applicazione di controllo adattivo per un sistema di recupero energia ORC a bassa temperatura (ad esempio per scarichi di processi industriali o processi geotermici).

ATTIVITA’ SVOLTE

  1. Scelta, definizione ed installazione della piattaforma hardware d’automazione più appropriata;
  2. Analisi dello stato dell’arte industriale e di ricerca delle soluzioni di controllo per ORC;
  3. Modellazione matematica del sistema ORC nelle sue varianti;
  4. Implementazione numerica del modello di simulazione del sistema;
  5. Defi nizione della campagna sperimentale per la caratterizzazione del sistema ORC e taratura del modello di simulazione;
  6. Progetto del sistema di controllo adattativo e validazione in ambiente simulato (tramite modello precedentemente sviluppato);
  7. Implementazione del sistema di controllo nel sistema ORC reale e sviluppo dell’interfaccia HMI;
  8. Raffinamento e validazione sperimentale del sistema di controllo.

TECNOLOGIE IMPIEGATE

  1. Simulazioni numeriche in ambiente GNU Octave di comportamenti termodinamici e fluidodinamici;
  2. Simulazioni ad eventi discreti in ambiente SIMIO;
  3. Ambiente di sviluppo d’automazione modulare e distribuita nxtControl;
  4. Ambiente di sviluppo HMI integrata nxtControl;
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IL PERCORSO DI INNOVAZIONE CHE SYNESIS STA SVOLGENDO IN COLLABORAZIONE CON LA MULTINAZIONALE CLIENTE MIRA ALL’INDUSTRIALIZZAZIONE DI UN NUOVO MODELLO DI SISTEMA PER LA GENERAZIONE DI ENERGIA ELETTRICA DA FLUSSI TERMICI DI SCARTO A BASSISSIMA TEMPERATURA (ACQUA FRA I 75 E I 100 °C).
IL SISTEMA, IN FASE DI SPERIMENTAZIONE ATTRAVERSO UN IMPIANTO PILOTA A SCALA REALE COSTRUITO PRESSO I LABORATORI DELLA CASE MADRE, SI BASA SU TECNOLOGIA ORC (ORGANIC RANKINE CYCLE) DI NUOVA GENERAZIONE, DOVE I PRINCIPALI ELEMENTI DI MACCHINA, IN PARTICOLARE SCAMBIATORI DI CALORE ED ESPANSORI, SONO STATI COMPLETAMENTE RE-INGEGNERIZZATI PER ESSERE EFFICIENTI A TEMPERATURE DI RECUPERO COSÌ BASSE.

ATTIVITA’ SVOLTE DA SYNESIS
Synesis si è occupata dell’intera gestione dell’intelligenza di bordo dell’impianto ORC, sviluppando sia a livello hardware che software un sistema di controllo adattativo capace di aumentare sensibilmente le prestazioni complessive a parità di condizioni di funzionamento esterne.

progetto

FASE 1
DEFINIZIONE, SCELTA COMPONENTI ED INSTALLAZIONE DELLA PIATTAFORMA D’AUTOMAZIONE
La prima fase di progetto, contemporanea alla progettazione e costruzione dell’impianto pilota, ha visto la scelta della piattaforma hardware d’automazione necessaria a supportare i futuri algoritmi di controllo adattativi.
L’utilizzo della piattaforma IEC-61499 nxtControl ha permesso di ottenere un sistema modulare e fortemente riconfi gurabile (per soddisfare in futuro le esigenze specifiche dei singoli clienti) e al contempo facilmente programmabile con tecniche di controllo di processo avanzate.

 

FASE 2
MODELLAZIONE MATEMATICO-NUMERICA DEL PROCESSO ORC
I sistemi ORC sono sempre più diffusi, perché consentono di trasformare energia di scarto (fumi, vapore o acqua calda) in energia elettrica utilizzabile o vendibile alla rete.
Essi sono composti da molti componenti fortemente integrati e accoppiati fra loro, la cui effi cacia ed efficienza è strettamente legata alla capacità di farli operare quanto più vicino possibile al punto di funzionamento ideale. Una criticità ulteriore di progetto è stata di lavorare a temperature molto basse, dove piccolissime fluttuazioni nel funzionamento del sistema possono far passare da un impianto economicamente sostenibile (ROI accettabile) a uno non meritevole di investimento aziendale.
Nella seconda fase di progetto quindi abbiamo studiato nel dettaglio il funzionamento dei vari componenti dell’ORC, producendo due modelli matematico-numerici di simulazione: il primo, più completo, atto a validare il controllore in un ambiente virtuale; il secondo, semplifi cato, da utilizzare all’interno del sistema di bordo per garantirne la necessaria adattività a condizioni di funzionamento variabili.

 

FASE 3
CARATTERIZZAZIONE SPERIMENTALE DEL SISTEMA ORC
La fase successiva ha defi nito una procedura di test sperimentale dell’impianto che permettesse di caratterizzare le curve di funzionamento termodinamico dei singoli componenti così come del sistema nel suo complesso.
I risultati di queste prove sperimentali sono serviti poi per tarare i modelli di simulazione sviluppati nella fase precedente.

 

FASE 4
SVILUPPO E VALIDAZIONE DEL SISTEMA DI CONTROLLO IN AMBIENTE SIMULATO
Il cuore del progetto sta nella realizzazione di un sistema di controllo, basato su tecniche adattative/predittive, che possa essere utilizzato nell’impianto ORC per adeguare il proprio comportamento a condizioni esterne variabili, mantenendosi sempre vicino alle condizioni di massima effi cienza. Diverse varianti di controllore sono state sviluppate e sono state validate e valutate grazie ai modelli di simulazione.

 

FASE 5
IMPLEMENTAZIONE DEL SISTEMA DI CONTROLLO E AFFINAMENTO SPERIMENTALE
La fase fi nale del progetto, in corso di realizzazione, vede l’implementazione degli algoritmi di controllo nella piattaforma d’automazione scelta. Il tutto è fatto sfruttando le potenzialità avanzate dell’ambiente di sviluppo nxtControl, che permette la gestione integrata di applicazioni d’automazione modulari e dei corrispondenti elementi HMI.

I RISULTATI OTTENUTI

1 | PROGETTO COMPLETO DELLA PIATTAFORMA D’AUTOMAZIONE DI LIVELLO INDUSTRIALE PER IMPIANTO ORC

2 | MODELLI MATEMATICI (EQUAZIONI DIFFERENZIALI) E NUMERICI (SOFTWARE) PER LA SIMULAZIONE DI DETTAGLIO DEL COMPORTAMENTO DELL’IMPIANTO

3 | ALGORITMI DI CONTROLLO PREDITTIVO

4 | IMPLEMENTAZIONE DI LIVELLO INDUSTRIALE ED INTEGRAZIONE A BORDO MACCHINA

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