CESI. Progetto Europeo AD700: "Advanced (700 C) PF Power Plant"

Transcript

1 CESI Progetto Europeo AD700: "Advanced (700 C) PF Power Plant" Nel 2000 quasi i ¾ dell energia elettrica richiesta dalla rete italiana, sono stati prodotti in Italia con combustibili fossili. La gran parte di essi è stata generata nelle tradizionali centrali termoelettriche con ciclo a vapore a condensazione. L uso dell olio combustibile, anche se complessivamente in diminuzione, è stato ancora rilevante. Tutti gli scenari futuri per la generazione elettrica da combustibili fossili vedono nell uso del gas naturale l elemento chiave verso per il miglioramento compatibilità ambientale. Scenari tutto gas appaiono peraltro difficilmente sostenibili sia per la criticità di approvvigionamento che per la dinamica dei prezzi. E in questo contesto che si inquadrano gli interessi nazionali per l utilizzo pulito ed efficiente di fonti fossili tradizionali diverse dal gas naturale quali il carbone e l orimulsion. Interessi peraltro condivisi e promossi dalla industria europea che vede nell uso pulito ed efficiente del carbone un veicolo di competitività sui mercati mondiali. Dal 1998, l Unione Europea, nell ambito dei propri strumenti ordinari (programmi quadro di R&S), sostiene un progetto, promosso dall industria europea, su Advanced (700 C) PF Power Plant (AD700) finalizzato ad avere, all inizio del prossimo decennio, impianti termoelettrici a carbone operanti con efficienze oltre il 50 %, caratterizzati, in confronto con gli impianti attuali, da emissioni di CO 2 ridotte di circa il 25 % (Figura 1) e da costi del kwh inferiori. Ciò avverrà utilizzando cicli a vapore operanti in condizioni ultrasupercritiche (700 C e 375 bar, Figura 2), il cui sviluppo tecnologico sarà reso possibile essenzialmente dalle nuove tecnologie di materiali e componenti, in particolare con l utilizzo di superleghe innovative a base Nichel. Il ciclo a vapore ultrasupercritico è in competizione con altri impianti avanzati quali l IGCC ed il PFBC, tuttavia questi ultimi, il cui sviluppo è in corso ormai da oltre un ventennio, stentano a trovare una reale affermazione nel mercato. Il progetto AD700, nelle sue varie fasi, ha visto e vede il coinvolgimento di tutti i principali operatori europei del settore (ci sono circa 40 partners), dai grandi costruttori (Alstom, Siemens, Babcock, Ansaldo, ecc.) alle utilities (RWE, EdF, Enel Produzione, EdP, Innogy plc, Power Gen, Elsam, Energi2, ecc.), ai centri/società di ricerca e service (KEMA, CESI, ENEA, CSM, VGB, ecc.). Obiettivo complessivo del progetto è, come si è detto, lo sviluppo di una tecnologia percorribile e sostenibile per la realizzazione di impianti alimentati a carbone con un efficienza netta superiore al 50%, che assicuri un futuro ruolo strategico al carbone in Europa. Il progetto è previsto con una durata totale di circa 15 anni: l articolazione nelle diverse fasi è riportata nello schema di Figura 3. La conclusione del progetto, che vedrà la realizzazione e l esercizio dell impianto dimostrativo, è prevista a metà del prossimo decennio. Dal punto di vista organizzativo, il progetto è coordinato dal Project Coordination Committee (PCC), composto da un rappresentante di ciascun partecipante, ed è suddiviso in tre gruppi principali (caldaia, processo e turbina), ciascuno dei quali è a sua volta organizzato in Work Packages. Le attività sono gestite dal Project Management Group (PMG), formato dal coordinatore e dai leader dei tre gruppi principali e da rappresentanti delle compagnie che svolgono un ruolo di coordinamento all interno dei sottogruppi. In Figura 4 viene riportato lo schema organizzativo del progetto. 1

2 I concetti attualmente allo studio considerano caldaie orizzontali (fonte Siemens) o caldaie twin tower (fonte Alstom), mostrate nelle Figure 5 e 6. La Fase 1 del progetto, supportata da un finanziamento nell ambito del 4 PQ Thermie per complessivi keuro, si è svolta principalmente nel triennio ed è ora in fase di conclusione. Essa è stata essenzialmente orientata alle valutazioni tecnico economiche ed alla scelta dei materiali, in particolare acciai ferritici e austenitici avanzati e superleghe a base nichel (Figura 7): in termini di resistenza a creep, l obiettivo da raggiungere in questo progetto per le superleghe è di 100MPa/750 C/10 5 h. Recentemente è stata avviata la Fase 2 ( ), supportata con un finanziamento dalla UE nell ambito del 5 PQ Energy, per complessivi keuro, che intende focalizzarsi sui problemi inerenti la lavorabilità e la saldabilità delle superleghe selezionate e dei nuovi acciai sviluppati, le saldature dissimili (superleghe-acciai austenitici) e l effettivo utilizzo dei nuovi materiali in componenti ultrasupercritici. Una grossa parte di lavoro di questa seconda Fase sarà inoltre dedicata alla progettazione di componenti di caldaia e turbina, con l intento di ridurre i costi di realizzazione limitando il più possibile l'utilizzo di superleghe a base nichel, a favore dei nuovi acciai ferritici ed austenitici sviluppati. Infine verrà pianificata la realizzazione di un impianto dimostrativo, su scala reale, la cui costruzione ed esercizio sarà oggetto delle fasi successive del progetto. Informazioni più dettagliate si possono reperire dal sito: Figura 1: Evoluzione degli impianti a vapore: emissioni di CO 2 in funzione dell efficienza netta % coal Current average EU countries Average EU countries 2010 CO 2 emission (g/kwh) % nat.gas Reference plant Thermie 700 Thermie ultimo Net efficiency (%) dell impianto 2

3 Figura 2: Un ciclo USC del progetto "Advanced (700 C) PF Power Plant" Fase Descrizione 1A Studio di fattibilità 1B Valutazione proprietà dei materiali 2A Progettazione di base dei componenti critici 2B Valutazione in impianto di leghe per componenti caldaia 2C Fabbricazione e prova di componenti prototipo 2D Studio del progetto del nuovo impianto 2E Preparazione fase 4 di realizz. dell'impianto dimostrativo 3A Dimostrazione dei componenti critici 3B Consorzio dei proprietari e locazione dell'impianto 3C Dimostrazione dell'esercizio dei componenti turbina 3D Progettazione turbina 4 Progettazione e costruzione dell'impianto 5 Esercizio dell'impianto 6 Review Figura 3: Fasi ed attività del progetto europeo "Advanced (700 C) PF Power Plant". 3

4 Comitato di Coordinamento del Progetto (PCC) PMG Coordinatore Gruppo Caldaia Gruppo Processo Gruppo Turbina Rappresentanti dai coordinatori dei gruppi e sottogruppi Materiali Progettaz. Figura 4: Organizzazione del progetto europeo "Advanced (700 C) PF Power Plant" Figura 5: Caldaia USC di tipo orizzontale proposta da Siemens nel progetto AD700. 4

5 Figura 6: Impianto con caldaia twin tower proposta da Alstom Power nel progetto AD700. ton CS LAS Fe Aust Ni AD700 Stato dell'arte Figura 7: Selezione dei materiali per impianto da 1.000MW (elaborazione da dati Babcock Borsig Power) CS = acciai al Carbonio, LAS = acciai basso legati, Fe = acciai ferritici alto legati, Aust = acciai inossidabili austenici, Ni = leghe a base Nichel F. Bregani, C. Guardamagna, CESI BU Generazione, 5