Ottimizzazione degli assetti di un ciclo combinato

Gli impianti CCGT (Combined Cycle Gas Turbin) hanno la caratteristica principale di essere il modo migliore per usare una fonte di energia da combustibile fossile, il gas naturale, per produrre energia in due forme specifiche:

• l’energia elettrica, che viene venduta sui mercati all’ingrosso
• energia termica, che sotto forma di vapore viene utilizzata in altri processi produttivi

I CCGT hanno anche un altro importante ruolo nel sistema elettrico. Questi particolari impianti hanno la capacità di essere programmabili, cambiando velocemente il profilo di produzione.

In questo modo diventano una fonte preziosa dei così detti servizi di dispacciamento, che permettono di mantenere in equilibrio la rete di trasmissione dell’energia elettrica, a fronte anche dell’imprevedibilità e variabilità della produzione da rinnovabile e del consumo di energia.

I CCGT sono impianti composti da turbine a gas, generatori di vapore e turbine a vapore. Sono progettati per lavorare in maniera ottimale in assetti predeterminati. Ad esempio, un CCGT può avere gli assetti:

• 1TG, è attiva una sola turbina a gas
• 1TG1TV, sono attive in coppia una turbina a gas e una turbina a vapore
• 2TG2TV, sono due coppie di turbine a gas e turbine a vapore

Ogni assetto è compatibile con un intervallo di produzione di elettricità e calore. In generale, una data domanda di energia può essere soddisfatta da più assetti.

Inoltre, la transizione da un assetto a un altro è caratterizzato da:

• una rampa ovvero quanto tempo ci vuole per completare il cambio di assetto
• un costo associato al cambio di assetto
• il tempo minimo di permanenza nell’assetto di arrivo

Il diagramma mostra un esempio di diagramma di transizione tra assetti.

Gestire i CCGT in modo ottimale è molto importante per limitare gli impatti ambientali e massimizzare la loro utilità verso il sistema elettrico.

Nello specifico, programmare un CCGT vuol dire determinare la sequenza oraria di assetti che:

• massimizza il ricavo economico
• rispetta i vincoli tecnologici dell’impianto: le rampe e i vincoli di permanenza minima in un assetto

L’attività appena descritta è anche indicata come schedulazione ottima delle attività. È uno degli argomenti meglio studiati nelle università e dall’industria.

Viene risolta in maniera ottimale da software di ottimizzazione matematica, opportunamente affiancati da sistemi di “data processing” e “machine learning”.

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