Stagisti: Bottaini Federico, Konica Francesco Tutor aziendali: Calistri Cesare, Ferri Leonardo Tutor scolastico: Carosella Vincenzo

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1 Stagisti: Bottaini Federico, Konica Francesco Tutor aziendali: Calistri Cesare, Ferri Leonardo Tutor scolastico: Carosella Vincenzo 1

2 Prefazione Lo scopo principale di queste cabine è quello di ottenere energia elettrica dalla riduzione di pressione del gas proveniente dall ente fornitore (SNAM), grazie al recupero dell energia termica e cinetica dissipate da questo fenomeno. Questo risultato si ottiene mediante l utilizzazione in parallelo di due generatori asincroni collegati a macchinari in grado di permettere la movimentazione degli stessi. I macchinari in questione sono un cogeneratore e un turboespansore. 2

3 Turboespansore Il turboespansore è una macchina che recupera l energia potenziale e cinetica dissipata dal fenomeno della riduzione di pressione del gas. Tale energia può essere recuperata facendo espandere il suddetto gas in una turbina capace di generare potenza meccanica. L impatto ambientale è minimizzato, dato che non è richiesto un consumo di combustibili pregiati per la produzione di elevate temperature. 3

4 Impianto di turboespansione EstraRetiGas A Prato è presente un impianto di turboespansione, formato da un generatore asincrono e una coppia di turbine a geometria variabile in serie ad entrata radiale e uscita assiale. I tre elementi sono collegati assieme da un riduttore di giri. Fig.1: impianto di turboespansione Il 1 stadio di espansione riduce la pressione del gas da 22bar a 9,7bar, mentre il secondo stadio riduce la pressione da 9,7bar a 4bar, pressione di distribuzione del gas nelle linee in media pressione. Fig.2: gruppo di espansione 4

5 La portata massima dell impianto è sm^3/h, dettata dal diametro del tubo a valle; la portata minima dell impianto è 7500 sm^3/h. La potenza generata dall impianto è di circa 1MW. L impianto di turboespansione è composto da un turboespansore e dai sottosistemi ausiliari (Anche il cogeneratore viene considerato un sottosistema nel caso in cui venga utilizzato anche per il riscaldamento dell acqua utile al preriscaldamento del gas). Tutto il sistema viene controllato da un PLC che gestisce il sistema di controllo, e agisce da supervisore nei confronti di tutti i sottosistemi. I sottosistemi gestiti sono: - Circuito secondario acqua calda di preriscaldo - Circuito primario acqua calda, composto da caldaia e relativa pompa - Acqua di raffreddamento olio riduttore e recupero del calore dell olio - Circuito primario acqua calda del motore cogenerativo - Linea gas metano turboespansore/cabina di riduzione - Linea gas metano bassa pressione - Generatore asincrono - Cabina elettrica - Motore cogenerativo - Locali/ambiente esterno 5

6 Studio di una eventuale innovazione tecnica della centrale di turboespansione Consiag. La RACI ha sviluppato una serie di turboespansori a cuscinetti magnetici. Questo accorgimento permette l eliminazione dell impianto di lubrificazione e del riduttore di giri. I cuscinetti permettono all albero di lievitare. Tutto il sistema è gestito da sofisticati sensori di controllo. Il generatore è integrato nell involucro: il rotore è di pezzo con l albero ed è formato da un magnete permanente; lo statore è formato da lamierine magnetiche. Maggiore è la velocità dell albero, maggiore è la generazione di corrente. L energia termica generata viene dissipata in uno scambiatore di calore,in cui ci passa l acqua che viene utilizzata poi per il preriscaldo. 6

7 Per convertire l energia elettrica prodotta in energia elettrica distribuitile in rete, è necessario l ausilio di un convertitore di frequenza. Il modello di turboespansore preso in esame è l MTG 450. Vantaggi: Rendimento elevato Ampio campo di funzionamento Assenza di olio Preriscaldamento a bassa temperatura Nessuna perdita di gas Vibrazioni ridotte Silenziosità Totale automazione Assenza di usura Bassa manutenzione Costruzione compatta Facile installazione 7

8 In conclusione: È necessario l uso di due turbine doppio stadio poste in parallelo Le dimensioni risultano contenute Range di utilizzo pressochè infinito In caso di manutenzione di uno dei due apparecchi, uno dei due rimane comunque in funzione Richiesto un preriscaldamento maggiore dell esistente a causa della presenza di turbine doppio stadio in un unico corpo Viene eliminato il problema della lubrificazione Notevole riduzione della manutenzione dell impianto Rendimento ed efficienza del nuovo impianto migliori del precedente Preriscaldamento tramite il lubrificante del turboespansore sostituito dal preriscaldo generato dall impianto stesso. 8

9 Cogeneratore Il cogeneratore è un motore 4 tempi a ciclo otto che sfrutta la combustione del gas metano per la produzione di energia elettrica. Il cogeneratore viene utilizzato anche per riscaldare l acqua dedita al preriscaldo tramite il calore generato dai gas di scarico, dal liquido di raffreddamento e dall olio di lubrificazione. Nel caso in cui il cogeneratore non sia in funzione, viene messa in moto una caldaia. 9

10 Impianto di cogenerazione EstraRetiGas Il cogeneratore in questione è un motore a 12 cilindri a V a 60 con una cilindrata di circa cm3, sovralimentato. Utilizza una miscela magra, e il motore è progettato per funzionare in condizioni perfette con questo tipo di miscelazione. Fig.1: cogeneratore-alternatore Fig.2: Cogeneratore-scarico Fig.3: scambiatore di calore 10

11 Nuovo Cogeneratore: Studio di un impianto termico innovativo Il nuovo cogeneratore che abbiamo selezionato è della stessa casa costruttrice del precedente e abbiamo optato per il modello più adatto alle esigenze energetiche esistenti nel vecchio impianto (1MW). Fig.4:Jembacher J312GS Dati tecnici: J312 GS Tipo di motore: 2 x JMC 312 GS-L.L Potenza elettrica: 1,202 kw Potenza termica:1,494 kw Dimensioni l x b x h (mm) Generator set J312 GS 4,700 x 1,800 x 2,300 Cogeneration system J312 GS 4,700 x 2,300 x 2,300 Container J312 GS 12,200 x 2,500 x 2,600 Peso a secco (kg) Generator set 8,000 Cogeneration system 9,400 Container (generator set) 19,400 Configurazione V 70 Alesaggio (mm) 135 Corsa (mm) 170 Cilindrata unitaria (lit) 2.43 N giri (g/min) 1,500 (50 Hz) Velocità del pistone (m/s) 8.5 (1,500 rpm) Tipo motore J312 GS N cilindri 12 Cilindrata titale: (lit)

12 Schema nuovo impianto termico 12

13 Nuova planimetria 13

14 14

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