Organic Rankine Cycle (ORC)

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Descrizione breve

Sistema per il recupero energia da fonti di calore a bassa temperatura

Project Details

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Il progetto Kaymacor ORC nasce dalla richiesta da parte di Kaymacor srl, che propone una macchina per il recupero di energia da calore “di scarto”, in quanto disponibile a temperature basse (100-200 °C). Una delle possibilità per poter sfruttare queste fonti di energia, che spesso provengono dalla co‑generazione, oppure sono prodotto collaterale di un processo industriale, è quella di impiegare macchine a fluido dette Organic Rankine Cycle. Pur essendo il metodo relativamente noto ed impiegato in impianti di medie dimensioni, sul mercato sono presenti pochissime soluzioni per livelli di potenza bassi (da qualche kW a qualche decina di kW), range che viene definito solitamente “micro‑generazione”.

Schema di principio della generazione tramite ORC.

Koala Electronics è partner di Kaymacor srl per quanto riguarda tutta la parte elettronica della macchina ORC, a partire dalla conversione di potenza, fino ad arrivare al controllo ed alla visualizzazione ed interfaccia utente. La personalizzazione delle varie parti consente ai nostri partner, come Kaymacor, di avere schede elettroniche che montano solamente le parti realmente necessarie, nonché di utilizzare software di controllo e di interfaccia specifico per l’applicazione target. In particolare, l’azione di controllo, le sequenze di lavoro della macchina ed il monitoraggio di variabili del processo vengono implementate su specifica. Grazie al range di competenze interne, Koala Electronics è in grado di fornire supporto alla modellizzazione ed alla realizzazione di algoritmi e logiche di controllo per macchinari di diverso tipo, comprese le macchine a fluido come gli ORC.

Schema interno del sistema di micro generazione ORC

Nell’applicazione ORC, il macchinario è costituito nel complesso dalla vera e propria macchina ORC e da un insieme di conversione di potenza e di interfaccia verso l’esterno. La macchina ORC è comprende un dispositivo per l’assorbimento del calore (da fonti varie, ad esempio fluido caldo di scarto o da solare termico) e da un espansore che, raffreddando il fluido tramite uno scambiatore freddo, va a generare potenza meccanica e a muovere il generatore elettrico sincrono a magneti permanenti trifase (PMSM). La potenza elettrica da questo generata viene portata ad un bus in DC tramite un inverter in funzionamento da raddrizzatore perfettamente controllato, ossia con corrente sinusoidale di ampiezza controllata (ne consegue che la coppia frenante sarà controllata). Il controllo della macchina elettrica è “sensorless”, ossia non necessita di sensore di posizione del rotore. La potenza disponibile in DC viene quindi immessa in rete tramite un inverter monofase, opportunamente dotato di filtri e controllato. Le funzioni di conversione della potenza elettrica e di controllo ad alta velocità sono implementate in un dispositivo iPCS (integrated Power Converter System).

Le interfacce verso il mondo esterno sono sia tramite bus di comunicazione come CAN (interno, per controllo e supervisione, esterno per eventuale comando da remoto), sia tramite una scheda HMI, che permette ad un utente la visualizzazione in tempo reale di grandezze della macchina e l’interazione tramite comandi o impostazione di parametri. Il supervisore (scheda SVS) si occupa del controllo dell’intera macchina, interfacciandosi sia con il convertitore (iPCS) che con il visualizzatore (HMI).

Video funzionamento

iPCS
Interno del sistema Kaymacor ORC assemblato, dove si vedono le schede SVS (in alto) ed iPCS (in basso)
Sistema Kaymacor ORC completo.

Settori di Applicazione

Co-generazione industriale
Co-generazione civile
Co-generazione da solare termico