COGENERAZIONE - OAPPC · 2011-10-20 · Il D.Lgs.387 del 29/12/2003 in attuazione della Direttiva...
Transcript of COGENERAZIONE - OAPPC · 2011-10-20 · Il D.Lgs.387 del 29/12/2003 in attuazione della Direttiva...
COGENERAZIONE
Il D.Lgs. 387 del 29/12/2003 in attuazione della Direttiva Europea 2001/77/CE abrogata con la
2003/30/CE dalla 2009/28/CE del 05/06/2009 che deve essere recepita entro il 05/12/2010, ha
stabilito che per fonti rinnovabili debbano intendersi esclusivamente le seguenti:
•Eolica,
•Solare (fotovoltaica, termica),
•Aerotermica,
•Geotermica,
•Idrotermica e oceanica,
•Idraulica,
•Biomasse:
•La parte biodegradabile dei prodotti.
•Rifiuti e residui provenienti dall’agricoltura (comprendente sostanze vegetali
e animali).
•Dalla silvicoltura e dalle industrie connesse comprese la pesca e
l’acquacoltura.
•La parte biodegradabile dei rifiuti industriali e urbani
•Gas di Discarica,
•Gas residuati dai processi di depurazione e biogas.
Nella nuova definizione scompaiono i rifiuti “inorganici”.
Le energie rinnovabili
Definizione
Queste due forme di energia, vengono prodotte in cascata, con un
unico sistema.
La cogenerazione è la produzione combinata di elettricità e calore.
Eel
Eth-fuel,in
ηηηηel=
Gli indici di riferimento
Identificano e definiscono le “prestazioni” di un sistema
cogenerativo.
Rendimento Elettrico netto
ηηηηel=Eth
Eth-fuel,in
Gli indici di riferimento
Rendimento Termico netto
Efficienza Energetica
Sistema Cogenerativo
Bilancio Energetico(Cogenerazione kWh)
Efficienza Energetica
Sistema Tradizionale
Quadro Generale
Impianti Cogenerazione di grande taglia – MW
Generazione Distribuita – DGConsiste nell’installazione localizzata, vicino agli utilizzatori, di unità di generazione,
interconnesse, le cui taglie di potenza variano, generalmente, da qualche chilowatt a qualche
megawatt.
MicrocogenerazioneLa micro-cogenerazione è la cogenerazione su piccola scala; le potenze elettriche vanno come
per la DG dal kilowatt ai megawatt.
Quadro GeneraleDiffusione della cogenerazione in Europa
Dati EUROSTAT, 2006 – “ CHP Issue num. 22/2008 ”
Posizione Impianti – Rend./ Pot.
Vantaggi
La riduzione delle perdite di distribuzione dell’energia elettrica, termica e frigorifera resa
possibile dalla vicinanza dei luoghi di produzione con quelli di utilizzo della stessa.
Un miglioramento dei rendimenti globali di utilizzo e quindi una diminuzione dei consumi (a
parità di potenza si hanno risparmi dell’ordine del 35% - 40%)
Un maggior utilizzo, in termini di ore, dell’impianto: il recupero del calore per la produzione di
freddo consente un aumento delle ore di funzionamento annue, e, con queste, crescono
notevolmente anche i risparmi conseguibili, mentre si riducono i tempi di recupero
dell’investimento.
Una maggiore salvaguardia ambientale: visto che con i sistemi trigenerativi, a parità di energia
utile ricavata, si impiega una minore quantità di combustibile, le emissioni di CO2 in
atmosfera vengono notevolmente ridotte, contribuendo ad adempiere alle riduzioni imposte
dal protocollo di Kyoto.
La riduzione dell’impatto ambientale e dei costi dovuti alle realizzazione della centrale
tecnologica.
Svantaggi
Le utenze assorbono energia elettrica, calore e freddo con leggi sostanzialmente indipendenti
la trigenerazione è proponibile solo quando le domande di energia sono contemporanee;
I rendimenti ottimali di un impianto cogenerativo-trigenerativo si attuano intorno a un
determinato valore del rapporto energia elettrica/energia termica/energia frigorifera, è
necessario che la domanda di elettricità e calore da parte dell’utenza si collochi all’interno del
campo di valori del rapporto caratteristico della macchina impiegata;
Necessità di eseguire preliminarmente un’accurata analisi del sistema energetico in esame.
Il Cogeneratore/Trigeneratore
Un impianto di Cogenerazione CHP (Combined Heating and Power) è composto da:
• Un motore primo (a combustione interna, Turbina a gas, fuel- cell).
• Un sistema di recupero termico dai gas di scarico – produzione di calore utile
La trigenerazione CHCP (Combined Heating Cooling and Power) si ottiene da un
sistema CHP con l’aggiunta di una o più macchine frigorifere in genere ad
assorbimento .
Trigenerazione
Schema di impianto
Curve di Carico
Un corretto dimensionamento è condizione necessaria per ottenere un adeguato
ritorno economico che giustifichi l’investimento.
Funzionamento dell’impianto:
•Regolazione su carico elettrico.
•Regolazione su carico termico.
Curve di Carico
1
4
7
10
13
16
19
22
gen febb mar apr mag giu lug ago S9 S10 S11 S12
0
20
40
60
80
100
120
140
160
kW
ore
mese
Carico Termico
Curve di Carico
1
4
7
10
13
16
19
22
S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 S12
0
100
200
300
400
500
600
700
800
kW
ore
mese
Carico Frigorifero
Curve di Carico
1
4
7
10
13
16
19
22
S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 S12
0
100
200
300
400
500
600
kW
ore
mese
Carico Elettrico
Motori a Combustione
Interna
Schema MCI
1. Generatore elettrico2. Aspirazione aria3. Iniezione combustibile4. Recupero termico fluidi motore5. Catalizzatore6. Recupero termico gas di scarico7. Spillamento gas di scarico8. Miscelazione aria-gas di scarico
MCI
MCI
MCI
Sistema MHCP prodotto da Honda e Vaillant
MCI
Micro Turbine a Gas
Schema MTG
Aria
Turbina
C
MTG
G
Scarico
HRM
INVERTER DistribuzioneElettrica
Utenza Elettrica
MacchinaAd
Assorbimento
Condizion.Riscaldam.Riscaldamento
Metano
C
Schema MTG
MTG
Esempio - CHP
Esempio - CHCP
Esempio CHCP
MTG2x65 kW
Assorb. Evapor.
Compr.gas
Controllo
Esempio CHP
Esempio CHCP
Celle a Combustibile
Schema Fuel - Cell
Schema Fuel - Cell
Fuel - Cell
Esempi – Impianti Combinati
Diamante
La Centrale HERA
di Imola
Centrale Cogenerativa
Schema d’impianto
Esempi CHP
Parco Plinio - Roma
Villa Olmi - Firenze
Ospedale di Conegliano – Blocco operatorio
Canottieri Aniene - Roma
Novotel - Milano
Esempi CHP
Biogas e Biomasse
E’ un processo biologico (di circa 30gg) per mezzo del quale, in assenza di ossigeno, la
sostanza organica viene trasformata in biogas (energia rinnovabile) costituito
principalmente da metano e anidride carbonica;
La percentuale di metano nel biogas varia a secondo del tipo di sostanza organica digerita e
delle condizioni di processo, da un minimo del 50% fino all’80% circa.
La digestione Anaerobica
Impianti a biogas
Impianti a biogas
Impianti a biogas
Impianti a biomasse
Impianti a biomasse
Turbina EFMGT
Impianti a biomasseIl ciclo organico ORC (Organic Rankine Cycle)
Prevede l'utilizzo di sostanze organiche ad alto peso molecolare in cicli Rankine appositamente studiati.
Le basse temperature di cambiamento di fase di queste sostanze (inferiori a quelle dell'acqua) permettono di produrre energia elettrica anche da fonti di
calore a temperature medio-basse, quali cascami energetici di cicli industriali, pannelli solari, geotermia, ecc.
Pirolisi
SOLARE TERMODINAMICO
a concentrazione
FONTI PRIMARIE
FONTI SOLARI
ENERGIA SOLARE
Quale forma di utilizzazione?
Produzione di Energia Elettrica
Esempi – Impianti Combinati
ARCHIMEDE – Priolo (SR)20 MW
SOLARE TERMODINAMICO
SOLARE TERMODINAMICO
Applicazione trigenerativa
Integrazione Biomassa – Italia Centrale
SOLARE TERMODINAMICO
SOLARE TERMODINAMICO
Progetto Comune di Montale (PT)
Pe = 3,4 MwePt = 4 Mwe
La Steam Explosion (SE) è un trattamento idrotermico
che rende più facile e meno impattiva la separazione
delle tre differenti frazioni costituenti i comuni substrati
vegetali (emicellulosa, cellulosa e lignina).
Il processo consiste nell'uso di vapore saturo ad alta
pressione per riscaldare rapidamente la biomassa in un
reattore.
Il materiale viene tenuto alla temperatura desiderata
(180-230°C) per un breve periodo (1-10 minuti) nel corso
del quale l'emicellulosa viene idrolizzata e resa solubile.
Alla fine di questo intervallo di tempo, la pressione viene
rapidamente riportata al valore atmosferico ottenendo
una decompressione esplosiva che sfibra ulteriormente
la biomassa.
STEAM EXPLOSION
STEAM EXPLOSION
Introduzione: la Gassificazione
•La gassificazione: tecnologia di conversione termochimica per mezzo della quale un
combustibile solido “biomassa” è trasformato in un combustibile gassoso di sintesi (syngas).
•Conversione della biomassa in syngas: utilizzo per produzione di calore e/o energia elettrica.
•L’energia prodotta da questo gas di sintesi è a tutti gli effetti un’energia rinnovabile
•Il syngas è costituito da una miscela di:
–monossido di carbonio (CO),
–idrogeno (H2),
–metano (CH4),
–anidride carbonica (CO2),
–vapore, azoto (N2),
–tracce di idrocarburi (etilene, etano).
STEAM GASSIFICATION
STEAM GASSIFICATION
Schema di Processo
Gassificatore Biomassa da 500 kWt
Produzione di gas ricco di idrogeno
STEAM GASSIFICATION
Esempi – Impianti Combinati
Nevada Solar One – 75 MW
Esempi – Impianti Combinati
ABENGOA Solar PS20Siviglia – 320 MW
SOLARE TERMODINAMICO
Potenzialità rispetto all’impegno territoriale: