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Documento Preliminare PROGETTO TURBODEN

Impianto a Biomasse Ciclo Rankine ORC

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IImmppiiaannttoo aa BBiioommaassssee CCiicclloo RRaannkkiinnee OORRCC ((TTUURRBBOODDEENN))

Il funzionamento del turbogeneratore Turboden si basa sul ciclo Rankine organico (ORC), un ciclo

simile a quello utilizzato da una tradizionale turbina a vapore, eccetto per il fluido di lavoro che, in

questo caso, è un fluido organico con elevata massa molecolare. Il fluido di lavoro selezionato

consente di sfruttare in modo efficace le sorgenti di calore a bassa temperatura per produrre

elettricità in un'ampia gamma di potenze, da alcuni kW fino a 3 MW elettrici per unità.

Il ciclo

Il fluido di lavoro organico viene vaporizzato mediante l'utilizzazione di una sorgente di calore

nell'evaporatore. Il vapore del fluido organico si espande nella turbina e viene quindi condensato

utilizzando un flusso di acqua in uno scambiatore di calore di tipo shell-and-tube. In alternativa è

possibile utilizzare l'aria ambiente per il raffreddamento. Il liquido condensato viene pompato

nell'evaporatore chiudendo così il ciclo termodinamico. Le sorgenti di calore e di raffreddamento

non sono direttamente in contatto con il fluido di lavoro né con la turbina. Per le applicazioni ad alta

temperatura, ad esempio centrali CHP a biomassa, viene utilizzato olio diatermico ad alta

temperatura come vettore di calore e viene aggiunto un rigeneratore per migliorare ulteriormente le

prestazioni del ciclo.

Rispetto alle tecnologie alternative, i principali vantaggi ottenuti con l’adozione dei turbogeneratori

con fluido di lavoro organico nel range di potenza 0,2-2 MWe sono i seguenti:

Alta efficienza del ciclo (in presenza di utilizzi cogenerativi);

Rendimento di turbina molto elevato (fino all’85%);

Bassa sollecitazione meccanica della turbina, dovuta alla modesta velocità periferica;

Basso numero di giri della turbina, tale da consentire il collegamento diretto del generatore

elettrico alla turbina senza interposizione di riduttore di giri;

Mancanza di erosione delle palette, dovuta all’assenza di formazione di liquido negli ugelli

durante l’espansione;

Lunga durata di tutti i componenti;

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Possibilità di funzionamento automatico senza supervisione (diversamente dalle macchine a

vapore non è necessaria la presenza del fuochista patentato). La richiesta di personale per il

controllo periodico del turbogeneratore può essere stimata in circa 3 – 5 ore alla settimana.

semplici procedure di avviamento-fermata,

funzionamento silenzioso,

buone prestazioni a carico parziale.

Applicazioni

Le tipiche applicazioni sono:

centrali geotermiche a bassa entalpia, fino a 3 MW elettrici per unità

centrali di cogenerazione a biomassa, da 500 a 1500 kW elettrici

applicazioni di recupero di calore, da 500 a 1500 kW elettrici

applicazioni che utilizzano energia solare

Modularità

Il turbogeneratore ORC, fino a 800 kWel, consiste di un gruppo montato su un solo telaio

contenente tutte le apparecchiature che consentono al turbogeneratore di funzionare, ovvero

scambiatori di calore, tubi, pompa di alimentazione del fluido di lavoro, turbina, generatore

elettrico, sistema di controllo e interruttore di parallelo. Le unità più grandi sono composte da più

moduli preassemblati in fabbrica e risultano facili da trasportare e da installare, nonché da

interfacciare con le sorgenti fredde e calde in sito.

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Conto economico di un impianto da 1 MWe : Turboden

Produzione stimata impianto fisso: 7.500.000,00 kWh/anno Taglia impianto: 1000 kW€ 4.000.000,00

kWh/anno

Anno Valore della produzione:

Gettito da tariffa omnicomprensiv

a

Gettito da vendita energia

elettrica con aumento 2%

annuo

Costo assicurazione Costo manutenzione Costo lavoro Costo cippato

20000 ton/anno Imprevisti Rata al 5.8% Guadagno al 5.8% Rata al 6.5% Guadagno al

6.5%

1 7.500.000,00 kWh/anno € 2.250.000 € 0 € 40.000,00 € 40.000 € 50.000 € 1.200.000 € 50.000 € 400.000 € 470.000,00 € 418.000 € 452.000,002 7.500.000,00 kWh/anno € 2.250.000 € 0 € 39.200,00 € 40.680 € 51.000 € 1.224.000 € 50.500 € 400.000 € 444.620,00 € 418.000 € 426.620,003 7.500.000,00 kWh/anno € 2.250.000 € 0 € 38.416,00 € 41.372 € 52.020 € 1.248.480 € 51.005 € 400.000 € 418.707,44 € 418.000 € 400.707,444 7.500.000,00 kWh/anno € 2.250.000 € 0 € 37.647,68 € 42.075 € 53.060 € 1.273.450 € 51.515 € 400.000 € 392.252,39 € 418.000 € 374.252,395 7.500.000,00 kWh/anno € 2.250.000 € 0 € 36.894,73 € 42.790 € 54.122 € 1.298.919 € 52.030 € 400.000 € 365.244,72 € 418.000 € 347.244,726 7.500.000,00 kWh/anno € 2.250.000 € 0 € 36.156,83 € 43.518 € 55.204 € 1.324.897 € 52.551 € 400.000 € 337.674,08 € 418.000 € 319.674,087 7.500.000,00 kWh/anno € 2.250.000 € 0 € 35.433,70 € 44.257 € 56.308 € 1.351.395 € 53.076 € 400.000 € 309.529,89 € 418.000 € 291.529,898 7.500.000,00 kWh/anno € 2.250.000 € 0 € 34.725,02 € 45.010 € 57.434 € 1.378.423 € 53.607 € 400.000 € 280.801,37 € 418.000 € 262.801,379 7.500.000,00 kWh/anno € 2.250.000 € 0 € 34.030,52 € 45.775 € 58.583 € 1.405.991 € 54.143 € 400.000 € 251.477,50 € 418.000 € 233.477,50

10 7.500.000,00 kWh/anno € 2.250.000 € 0 € 33.349,91 € 46.553 € 59.755 € 1.434.111 € 54.684 € 400.000 € 221.547,02 € 418.000 € 203.547,0211 7.500.000,00 kWh/anno € 2.250.000 € 0 € 32.682,91 € 47.344 € 60.950 € 1.462.793 € 55.231 € 400.000 € 190.998,46 € 418.000 € 172.998,4612 7.500.000,00 kWh/anno € 2.250.000 € 0 € 32.029,25 € 48.149 € 62.169 € 1.492.049 € 55.783 € 400.000 € 159.820,09 € 418.000 € 141.820,0913 7.500.000,00 kWh/anno € 2.250.000 € 0 € 31.388,67 € 48.968 € 63.412 € 1.521.890 € 56.341 € 400.000 € 127.999,94 € 418.000 € 109.999,9414 7.500.000,00 kWh/anno € 2.250.000 € 0 € 30.760,90 € 49.800 € 64.680 € 1.552.328 € 56.905 € 400.000 € 95.525,80 € 418.000 € 77.525,8015 7.500.000,00 kWh/anno € 2.250.000 € 0 € 30.145,68 € 50.647 € 65.974 € 1.583.375 € 57.474 € 400.000 € 62.385,20 € 418.000 € 44.385,20

Investimento iniziale (IVA incl.):Ciclo ORC turboden

Turboden

Stime

Da notare il consumo molto più alto di biomassa per produrre la stessa quantità di energia elettrica.

Nel ciclo ORC, naturalmente, la quantità di calore prodotta è molto più alta quindi serve un

utilizzatore di calore.