Studio delle problematiche energetiche e sviluppo di metodologie per l’ottimizzazione della gestione e progettazione di sistemi energetici fissi e mobil

As energy consumption is rising more than 2%/year, energy saving is one of the main tasks of present times and it is likely to become even more important in the next decades, as the economic growth is being pursued in developing countries, as China, India and Brazil. As a consequence, researchers, industries and politicians are required to make significant efforts in this crucial field. Energy efficiency in ending utilisation, nuclear energy increase, alternative energy development and vehicle technology optimization are the main issues of the guidelines, suggested by the principal international energy agency, as IEA. In this scenario, the Hybrid and Electric Vehicle Research Group of ENEA, together with the three University of Rome, planned the realization of an hybrid power train suitable for small city car. The main target of the project, is to realise a power train able to achieve low fuel consumption (2.5 litre/ 100 km), low emissions (comparable to EURO 5 rules), with simple configuration and low power train cost. To fulfil this target a hybrid series power train has been chosen. The task of our research group of Tor Vergata University is to realise to calibrate a power management system able to satisfy the requested performances (power, max speed, acceleration, etc.). The difficulty is due to the use of ultracapacitors as energy storage system because of the low energy capacity. In order to achieve this goal, different control strategies are tried to manage the auxiliary power unit, with numerical simulation tools. The principal aspects and results of the power management system are shown. Some driving tests results are finally reported to instance the effectiveness of the developed management. Moreover, besides the management of automotive complex systems, we are involved, during the last three years, in the development of a methodology allowing the optimal management control strategy for power systems in industrial plants, commercial buildings, hospitals, ecc. The energy/mass balances existing between building and power plant has been depicted through a mathematical model based on vector equations, taking into account the behaviour of each system component. The main result is the definition of the power plant component set points satisfying the energy load under predefined optimization criterion (i.e. system efficiency, costs, pollutant emissions). A dedicated code has been developed to perform system analysis and simulation, in order to support the energy manager and the power plant designer. Input data are the industrial plant loads, both electric and thermal, the technical characteristic of the installations, and the cost of electricity and fuels. An yearly simulation is performed on an existing energy system of an Italian hospital underlying the methodology capability.

In ragione che il consumo di energia sta aumentando più del 2% ogni anno, il risparmio energetico è uno dei principali obiettivi dei momento e probabilmente diverrà ancora più importante nelle prossime decadi, in virtù della crescita economica nei paesi in via di sviluppo quali Cina, India e Brasile. Di conseguenza è richiesto a ricercatori, industrie e politici di mettere in campo significativi sforzi in questo campo cruciale. Efficienza energetica negli utilizzi finali, aumento dell’energia nucleare, sviluppo dell’energia alternativa e ottimizzazione della tecnologia dei trasporti sono i principali argomenti delle linee guida,suggerite dalle principali agenzia internazionali dell’energia, come ad esempio l’AIE. In questo contesto, il gruppo di Ricerca di Veicoli Ibridi ed Elettrici dell’Enea, insieme alle Università di Roma, ha progettato la realizzazione di un power train adatto per un piccola city car. Il principale obiettivo del progetto, è quello di realizzare un propulsore in grado di ottenere dei consumi molto bassi (2,5 l/km), basse emissioni (in linea con la normativa EURO 5), con una semplice configurazione ed a bassi costi. Per conseguire questo risultato è stato scelto di realizzare un veicolo ibrido serie equipaggiato con supercapacitori. Il compito del nostro gruppo di ricerca dell’Università “Tor Vergata” è quello di realizzare e ottimizzare il sistema di gestione della potenza per soddisfare le prestazioni richieste (potenza, velocità massima, accelerazione, ecc.) la difficoltà principale è dovuta all’uso dei supercapacitori come sistema d’accumulo a causa della scarsa densità energetica. Allo scopo di raggiungere tale obiettivo, sono state valutate diverse strategie di gestione del motogeneratore, con l’ausilio di simulazioni numeriche. Le caratteristiche principali e i risultati del sistema di gestione della potenza sono illustrati. Vengono anche riportati alcuni test sperimentali eseguiti su strada per supportare l’efficacia del sistema sviluppato. Oltre che nella gestione di sistemi complessi di veicoli, il nostro gruppo di ricerca è coinvolto, negli ultimi tre anni, nello sviluppo di una metodologia integrata in grado di consentire la gestione ottimale di centrali energetiche di autoproduzione in stabilimenti industriali, edifici commerciali, ospedali, ecc. I bilanci di massa ed energia esistenti tra la struttura e la centrale energetica sono stati rappresentati attraverso un modello matematico basato su equazioni vettoriali, che tiene conto del comportamento di ciascun sottosistema. Il principale output è la definizione dell’utilizzo di ciascun sottosistema della centrale energetica per la soddisfazione di fabbisogni energetici secondo dei criteri di ottimizzazione. A tale scopo è stato sviluppato un codice informatico per eseguire l’analisi e la simulazione del sistema, pensato a supporto dell’energy manager o del progettista di impianti. I dati di input sono i carichi energetici richiesti all’impianto, sia elettrici che termici, le caratteristiche tecniche delle macchine e i costi dell’energia. Per mostrare le potenzialità del metodo proposto è descritta una simulazione eseguita sulla centrale energetica di un ospedale italiano.