Cogenerazione ad olio vegetalecon abbinamento micro turbina ORC

14 aprile 2011

Case history: impianto in fase di realizzazione presso Wienergy Srl

Daniele RossettiAmministratore DelegatoIcenova Engineering Srl

- Panoramica sulla cogenerazione: definizioni e tecnologie

- La cogenerazione a fonti rinnovabili

- La cogenerazione ad olio vegetale

Indice dell’intervento

- La cogenerazione ad olio vegetale

- Valorizzazione energetica attraverso microturbine ORC

- Case history: impianto a Rovereto con ORC

- Cogenerazione: produzione e consumo contemporaneo di diverse forme di energia secondaria (energia elettrica e/o meccanica ed energia termica) partendo da un'unica fonte (sia fossile che rinnovabile) attuata in un unico sistema integrato.

- Vantaggi:

La cogenerazione: definizioni

- Vantaggi:

- La generazione combinata consente di produrre la stessa quantità di elettrico + termico con minore energia primaria rispetto alla generazione separata (fino a -30%);

- Risparmi economici

- Accesso a sgravi fiscali e tariffe

incentivanti

100%Energia

combustibile

40% Energia elettrica

40% Calore utile

15% Calore fumi

5% Perdite

- Cicli a vapore: turbina a contropressione e coda a condensazione

- Cicli a gas: turbina a gas

- Cicli combinati: turbina a gas e

La cogenerazione: tecnologie

- Cicli combinati: turbina a gas e turbina a vapore

- Motori endotermici: a gas ciclo Otto o ad olio ciclo Diesel

- Cicli ORC: turbina a vapore con fluido organico

Fonte: ENEA.

- Biogas: dalla digestione anaerobica di residui vegetali o reflui animali: biomasse “umide”; inoltre: gas di discarica, valorizzazione reflui e scarti industriali legati a industria alimentare, frazione organica RSU.

Combustione del biogas in motori endotermici ciclo Otto.

- Biomasse ligno-cellulosiche: da filiere boschive o residui di lavorazione:

La cogenerazione a fonti rinnovabili

- Biomasse ligno-cellulosiche: da filiere boschive o residui di lavorazione: biomasse “secche”.

Combustione in caldaie a biomassa per alimentazione turbine ORC o turbine a gas (aria).

Gasificazione e combustione del Syngas in motori endotermici o turbine a gas.

- Olio vegetale: prodotto da piante oleaginose (girasole, soja, colza; alghe) mediante spremitura, estrazione o procedimenti analoghi, greggio o raffinato ma chimicamente non modificato.

Combustione in motori endotermici ciclo Diesel.

La cogenerazione a fonti rinnovabili

Crescita dal 1999 al 2009: +10,4% annuo # impianti+14,8% annuo potenza installata+17,7% annuo energia elettrica generata (+410% in 10 anni)

7.631 GWh: � 11,1% delle FER� 2,6% del totale EE

Fonte: Rapporto statistico Biomasse anno 2010, GSE

generata (+410% in 10 anni) � 2,6% del totale EE

1.448 GWh:Oli e grassi, animali e vegetali

Olio vegetale impiegato come combustibile: puro, ottenuto senza l’uso di solventi. Colture oleaginose: colza, girasole, soia, palma, jatropha, tabacco ecc.

La cogenerazione a olio vegetale

P.C.I. medio: 37 MJ/kg

P.C.I. gasolio: 41 MJ/kg

- Rinnovabile / sostenibilità / CO2 – neutrale?

- Forti oscillazioni di prezzo / speculazioni

- Stagionalità della raccolta, difficoltà logistiche e movimentazione, deperimento

Problematiche

- In competizione con impieghi alimentari

13/03/11: 1.400 US$/T

964 EUR/T

Prezzi FOB Rotterdam, fonte: http://www.indexmundi.com

- Certificati Verdi : incentivo su produzione di EE.

- Tariffa Omnicomprensiva: incentivo su produzione + vendita di EE.

- Effetti speculativi: legati alla vendita della sola energia elettrica e

Incentivi

- Effetti speculativi: legati alla vendita della sola energia elettrica e dispersione in atmosfera del calore

Interesse nel recupero del termico a seguire, laddove non vi siano le condizioni per l’utilizzo in loco del calore

- Caratteristiche: separazione del recupero termico:

- a temperatura inferiore ai 90 °C da camice motore, i ntercooler e olio (utile per teleriscaldamento)

Valorizzazione energetica attraverso microturbine ORC

olio (utile per teleriscaldamento)

- a temperature da 400 a 450 °C dai fumi

Funzione cogenerativa mantenuta

Incremento della resa elettrica complessiva dell’impianto

Case History:

Impianto di Rovereto (TN)

- N. 4 motori endotermici da 400 kW elettrici / cad. autolimitati

- Impianto di controllo delle emissioni e abbattimento NOx: SCR ad urea

Dati impianto

- Recupero termico camicie motori e raffreddamento olio (Bassa T): uso per TELERISCALDAMENTO

- Recupero termico dai fumi (Media T): uso per ALIMENTAZIONE # 2 MICRO TURBINE ORC: 30 kW el / cad.

Schematizzazione impianto di recupero ORC

Micro turbina

ORC

Microturbina ORC

Espansore Scroll: Dati tecnici:

- 3.000 rpm

- Rendimento: 10%

- Potenza nominale: 10 e 30 kWel- Potenza nominale: 10 e 30 kWel

- Potenza di recupero a 30 – 45 °C:

260 kW th

- Fino a - 50% potenza input

- Dimensioni: 2 m x 1 m, h 2 m

Microturbina ICENOVA da 30kWel

Energia primaria introdotta

Consumo specifico: 0,235 kg/kWhel

Potenza elettrica: 1.600 kWel

PCI olio vegetale: 37 MJ/kg

Ore annue funzionamento: 8.000 h/a

Etot,input: 111.296.000 MJ/a

Generazione energia elettrica – impiego energia termica

Potenza richiesta 600 kW

Funzionamento: n.4 mesi,

24 h/gg2.880 h/a

ENERGIA TERMICA: teleriscaldamento

Potenza elettrica: 1.600 kWel

Ore annue funzionamento: 8.000 h/a

E : 46.080.000 MJ/a

ENERGIA ELETTRICA: COGENERATORE

Non conteggiati ma presenti:

- Mesi intermedi di teleriscaldamento a funzionamento ridotto (processo produttivo su 3 turni)

- Riscaldamento uffici del magazzino

- Riscaldamento olio

24 h/gg2.880 h/a

Eth,Telerisc: 6.220.800 MJ/a

BILANCIO ENERGIA UTILIZZATA:

ETot, output: 69.580.800 MJ/a

ETot, output = Eel,cogen + Eth,ORC

+ Eth,Teleriscaldamento

EEl,cogen: 46.080.000 MJ/a

Potenza richiesta: 600 kWth

Ore annue funzionamento: 8.000 h/a

Eth,ORC: 17.280.000 MJ/a

ENERGIA TERMICA: ORC

Bilancio energetico – rendimento 1°principio

Etot,input: 111.296.000 MJ/a

ENERGIA PRIMARIA INTRODOTTA:

BILANCIO ENERGIA UTILIZZATA:

ETot, output: 69.580.800 MJ/a

Efficienza sfruttamento energia

del combustibile:

η: 62,5%

Etot,ouput /Etot,input

BILANCIO ENERGIA UTILIZZATA:

Non conteggiati ma presenti:

- Mesi intermedi di teleriscaldamento a funzionamento ridotto (processo produttivo su 3 turni)

- Riscaldamento uffici del magazzino

- Riscaldamento olio

La cogenerazione ad olio è legata ai seguenti vantaggi :

- Incremento dell’efficienza nella generazione elettrica globale:

incremento ricavi dalla vendita alla T.O. ~ +3-4%

- Energia generata senza incremento consumi: incremento margini ~ +20%

Conclusioni

- Maggiori margini: elasticità nei confronti delle oscillazioni di prezzo materia prima

- Funzione cogenerativa mantenuta: separazione temperature

- Possibile introduzione della trigenerazione: climatizzazione nei mesi estivi

Criticità

- Disponibilità e costo (valore assoluto e fluttuazione) dell’olio vegetale

- Possibile speculazione eco-nomica e non eco-logica (ottimizzazione “ambientale” degli incentivi)

Grazie e arrivederci

Daniele RossettiIcenova Engineering Srlc/o Incubatore d’Impresa C.C.I.A.A.Via Legler 14, 24030 Brembate di Sopra (BG)

+39 035 4158828www.icenova.eu