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1 Milano, 27/02/2015 Relatore: Dott. Ing. Daniele Pasquali

2 L AZIENDA Ciclo Idrico Integrato Teleriscaldamento Depurazione acque Fotovoltaico Spazzamento strade 2

3 ESPERIENZE DI ASMORTARA NEL CAMPO ENERGETICO FOTOVOLTAICO Tetto laboratorio impianto di depurazione Potenza installata 9 kw Tetto scuola elementare Potenza installata 90 kw MINI IDROELETTRICO In uscita impianto di depurazione delle acque TELERISCALDAMENTO Teleriscaldamento tradizionale con caldaia a metano 3

4 IL TELERISCALDAMENTO A MORTARA Nasce dall esigenza di ampliamento della gamma dei servizi alla collettività nel campo dell innovazione e dell efficientamento energetico PROGETTO PASSATO NON ATTUATO Teleriscaldamento tradizionale con cogenerazione a metano per produzione di energia termica ed elettrica PROGETTO ATTUALE Teleriscaldamento a fonte rinnovabile con cogenerazione a biomasse (pellet) per produzione di energia termica ed elettrica PROBLEMATICHE: Insufficiente ritorno economico Scarsa compatibilità ambientale (combustibile fossile) 4

5 BIOMASSA: PELLET BIOMASSA: "la frazione biodegradabile dei prodotti, rifiuti e residui di origine biologica provenienti dall agricoltura, dalla silvicoltura e dalle industrie connesse, comprese la pesca e l acquacoltura, nonché la parte biodegradabile dei rifiuti industriali e urbani (Direttiva Europea 2009/28/CE) PELLET: combustibile ecologico densificato, di forma cilindrica, derivante da un processo industriale attraverso il quale la materia prima, principalmente trucioli e segatura, viene trasformata in piccoli cilindri con diametro variabile da 6 a 8 mm e lunghezza di mm CARATTERISTICHE PARAMETRO VALORE UNITA' DI MISURA DIAMETRO 6-8 mm LUNGHEZZA mm PCI 4400 kcal/kg UMIDITA' < 10 % 5

6 NORMATIVA E INCENTIVI L impianto rientra nella tipologia b di legge (impianto alimentato a biomassa per il 70 %), e godrà degli incentivi erogati dal GSE per 20 anni, in regime di tariffa omnicomprensiva. Secondo quanto previsto dal DM 6 luglio 2012, gli incentivi per energia elettrica prodotta da impianti alimentati da biomasse solide, con potenzialità < 1 MW, sono: 257 /MWh di energia elettrica prodotta 30 /MWh per il rispetto dei criteri di emissioni in atmosfera 40 /MWh per la cogenerazione ad alto rendimento Secondo le attuali indicazioni del GSE, le tariffe e i premi verranno calcolate sull 83% della produzione lorda. La restante parte immessa in rete verrà valorizzata sulla base del valore del kwh sul mercato elettrico della zona di produzione dell impianto. 6

7 L IMPIANTO SILOS STOCCAGGIO PELLETS PIROGASSIFICATORE MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA GENERATORE ELETTRICO PELLETS SYNGAS UTENZE CALORE ENERGIA ELETTRICA ACQUA CALDA IMPIANTO DI DEPURAZIONE ACQUE Liceo scientifico Palazzetto dello sport Piscina comunale Scuola secondaria Istituto tecnico commerciale Casa di cura SCAMBIATORE DI CALORE A FASCIO TUBIERO 7

8 UBICAZIONE IMPIANTO Locale ubicazione centrale termoelettrica 8

9 APPROVVIGIONAMENTO DELLA BIOMASSA Pellets Enplus A1 Bassa produzione di ceneri (< 0,75%) Alta qualità emissioni gassose ORIGINE: Sottoprodotti della lavorazione del legno Sottoprodotti dell espianto Sottoprodotti della lavorazione di prodotti forestali Sottoprodotti della gestione del bosco Stoccaggio pellets in n. 2 silos in vetroresina (capacità 7,5 m 3 cadauno) dotati di sistema di caricamento tramite elevatore a tazze da 10,10 m di altezza 9

10 1/3 PIROGASSIFICATORE TIPO BURKHARDT V 3.90 SCHEDA TECNICA PARAMETRO VALORE UNITA' DI MISURA P elettrica 180 kw P termica 70 kw Consumo pellets 111,8 kg/h η elettrica 32% η termico 49% η tot (elettrica+termica) 82% ceneri 2-3 kg/h gasolio per accensione 2,9 l/h VANTAGGI: PROCESSO: Facilità di controllo e regolazione Bassa produzione di ceneri Alte temperature ( C) Riduzione quantità aria per combustione COMBUSTIONE PIROLISI ESOTERMICA GASSIFICAZIONE SYNGAS 10

11 2/3 PROCESSO DI SINTESI La pirogassifcazione è un processo chimico in grado di convertire combustibili solidi ricchi di carbonio, in un gas di sintesi (syngas) con potere calorifico tale da consentirne l impiego come combustibile in numerosi processi energetici. PIROLISI Composti volatili: CO, CO2, CH4, H2O T = C Assenza di O Composti non volatili: residui 2 carboniosi (char), ceneri OSSIDAZIONE GASSIFICAZIONE T = C Iniezione di aria/o 2 T = C Presenza di aria/o 2 Ossidazione prodotti volatili e incombusti per produrre energia termica necessaria a portare reagenti a temperatura di processo CO2 e H2O convertiti in H2 e tracce CH4 + reazione di water-gas shift per aumentare il PCI SYNGAS Gas di sintesi costituito da CO (28%), CO2 (11%), H2 (19%), CH4 (2%) PCI = 5,3 MJ/Nm3 11

12 3/3 SILOS TRATTAMENTO SYNGAS T = 70 C P = 1,03 bar MOTORE COMPRESSORE PELLETS 111,8 kg/h ARIA 180 kg/h COMPRESSORE REATTORE SYNGAS T = 800 C 300 kg/h SCAMBIATORE DI CALORE FILTRO A FASCIO TUBIERO ACQUA CALDA T = C SYNGAS T = 180 C P termica = 70 kw CENERI 2-3 kg/h SCAMBIATORE DI CALORE 12 filtri S filtrante = 7 m 2 T = C CONDENSATORE ACQUA CONDENSATA 8 l/h Scarico CARBONI ATTIVI 12

13 1/2 MOTORE COGENERATORE Motore a combustione interna, ciclo Diesel, 12.4 litri, 6 cilindri MODELLO MAN D 26 ALIMENTAZIONE GASOLIO (per avviamento) SYNGAS AVVIAMENTO SCHEDA TECNICA PARAMETRO VALORE UNITA' DI MISURA Peso 4900 kg N. di giri 1500 giri/min P continua in cogeneraz. 230 kw P tot nominale 230 kw P tot con combustibile 728 kw Producibilità elettrica netta 1372 MWh/a t funzionamento 7500 h/a Gasolio fino a raggiungimento di condizione di regime per evitare presenza di particelle incombuste nei gas di scarico. In fase successiva, a regime, alimentazione con Syngas CONSUMO GASOLIO Peso: < 2,5% tot Energia termica: < 5% tot Classificazione: Altro Impianto (articolo 6.6 II D.lgs.6 luglio 2012) 13

14 2/2 PROCESSO PIROGASSIFICATORE EN. CINETICA GENERATORE ENERGIA ELETTRICA SYNGAS GASOLIO MOTORE GAS SCARICO Aria fredda ACQUA RAFFRED. SERBATOIO SCAMBIATORE DI CALORE 200 kwt 15 kwt SCAMBIATORE DI CALORE A FASCIO TUBIERO MANDATA ACQUA CALDA UTENZE Aria calda COMPRESSORE RITORNO ACQUA UTENZE 14

15 ALTRI COMPONENTI ALTERNATORE SISTEMA DI AVVIAMENTO SERBATOIO BIODIESEL SCAMBIATORE DI CALORE MODELLO: Somer TIPO: LSA 47.2 POTENZA: 254 kw BATTERIA STARTER: 2x12 V, 88 A/h uso normale per accensione/spegnimento Predisposizione per eventuale alimentazione sostitutiva del syngas A fascio tubiero Per raffreddamento H2O aria di alimentazione motore 2 CALDAIE PELLET CALDAIA METANO POTENZA: 540 e 700 kwt Per integrare e fornire energia di punta Camera comb. LowNoX depolverazione POTENZA: 4MWt Per manutenzione impianti a pellet 15

16 EMISSIONI GASSOSE L impianto è dotato di: modulo catalizzatore con marmitta SCR per l abbattimento degli NOX sistema di monitoraggio in continuo dei gas di scarico Trattandosi di motori a combustione interna di piccola taglia in esercizio a regime stazionario, i valori attesi per le polveri presenti allo scarico, saranno inferiori o uguali a 10 mg/nm3. In considerazione dei limiti imposti dalla Regione Lombardia per le emissioni inquinanti derivanti dagli impianti di produzione di energia elettrica, l impianto è da considerarsi non significativo (Dlgs 152/2006 parte I alegato IV) LIMITI D.M. 06 Luglio 2012 PARAMETRO VALORE UNITA' DI MISURA TOC < 30 mg/nm3 CO2 < 200 mg/nm3 NOX < 200 mg/nm3 NH3 < 5 mg/nm3 HCl < 10 mg/nm3 HF < 2 mg/nm3 SO2 < 150 mg/nm3 Polveri < 10 mg/nm3 Benzene < 3 mg/nm3 16

17 SISTEMA DI ABBATTIMENTO EMISSIONI SERBATOIO CV Gas scarico Urea PROCESSO CV SCR PARAMETRO VALORE MEDIO FILTRO ANTIPARTICOLATO UNITA' DI MISURA Q fumi Nm3/h T fumi 204 C CO 16,8 mg/nm3 TOC 2,13 mg/nm3 NO2 119,6 mg/nm3 NH3 6,99 mg/nm3 SO2 1,47 mg/nm3 Polveri 1,1 mg/nm3 PROCESSO OXICAT CV Scarico in atm. Riduzione catalitica degli NOX. Urea dosata reagisce con NOX su superficie attiva di convertitori catalitici a nido d ape a celle sottili Filtro a base di Carburo di Silicio rivestito di catalizzatore per trattenere particelle fuligginose Ossidazione CO Catalizzatore ceramico a nido d ape rivestito di metalli preziosi. A valle di reattore SCR per eventuale rimozione di NH3 17

18 EMISSIONI: SITUAZIONE ANTE OPERAM EDIFICIO N. CALDAIE A METANO POTENZA INSTALLATA (kw) POTENZA EFFETTIVA (kw) CONSUMO METANO (Sm3/anno) ENERGIA ASSOCIATA (GJ/anno) Casa cura Scuole medie Palazzetto sport Istituto tecnico Liceo scientifico Piscina comunale TOTALE PARAMETRO FATTORE DI EMISSIONE (g/gj) EMISSIONE (kg/anno) CO NOX CO CH4 6,7 83 N2O 3 37 Polveri

19 EMISSIONI: SITUAZIONE POST OPERAM GASSIFICATORE PARAMETRO VALORE SPECIFCO DI EMISSIONE (mg/nm3) EMISSIONE (kg/anno) NOX 119,6 906 NH3 6,99 53 CO 16,8 127 SO2 1,47 11 TOC 2,13 16 Polveri 1,1 8 CALDAIE A PELLETS PARAMETRO FATTORE DI EMISSIONE EMISSIONE (g/gj) (kg/anno) NOX CO TOC 2 16 Polveri CALDAIA A METANO PARAMETRO FATTORE DI EMISSIONE EMISSIONE (g/gj) (kg/anno) CO NOX CO CH4 3 3 N2O 3 3 Polveri 6,7 6 1 gassificatore P 270 kwt 2 caldaie pellets P 700 e 540 kwt 1 caldaia metano P 4 MWt (5%) EMISSIONI TOTALI PARAMETRO EMISSIONE (kg/anno) CO NOX CO 539 NH3 53 TOC 32 CH4 2 N2O 2 SO2 11 Polveri % 19

20 1/2 EMISSIONI: CONFRONTO NOX = 0,132 g/kwh SO2 = 0,016 g/kwh CO = 0,002 g/kwh CO2 = 484 g/kwh Producibilità elettrica impianto di cogenerazione: kwh/anno 20

21 2/2 EMISSIONI: CONFRONTO 21

22 1/2 RETE DI TELERISCALDAMENTO CENTRALE TERMOELETTRICA T = C T = C L impianto fornisce acqua calda a 6 edifici pubblici di Mortara (fase iniziale) La rete di teleriscaldamento si estende per una lunghezza complessiva di circa 2 km Le tubazioni impiegate hanno DN 250 per la rete di distribuzione principale e DN 80 e 150 per le diramazioni alle utenze 22

23 2/2 RETE DI TELERISCALDAMENTO 23

24 LEGENDA: Rete teleriscaldamento Edifici serviti Espansione futura 24

25 RETE ELETTRICA L energia elettrica prodotta dall impianto verrà inizialmente ceduta totalmente al Gestore della rete e in una seconda fase utilizzata in autoconsumo a servizio del ciclo di processo del depuratore di Mortara Il generatore è collegato in MT alla cabina ENEL attraverso un POD dedicato Nel punto di connessione sarà installato un contatore bidirezionale GSE A valle dei morsetti dell alternatore verrà installato un contatore unidirezionale per la misura della corrente prodotta dall impianto Energia elettrica netta prodotta MWh/a Fabbisogno impianto di depurazione MWh/a (anno 2014) Copertura fabbisogno 49% 25

26 QUADRO ECONOMICO COSTI INVESTIMENTO Fornitura impianto: Trasporto e installazione: Altri costi: TOTALE: COSTI GESTIONE Pellet: /a Gasolio: /a Urea: /a Manutenzione macchina: /a Smaltimento ceneri: /a TOTALE: /a RICAVI Energia elettrica: /a Bollette riscaldamento edifici serviti 26

27 CONCLUSIONI Impianto di cogenerazione a biomassa che utilizza pellets e gasolio (< 5%) per la produzione di SYNGAS da utilizzarsi come combustibile nell unità di generazione elettrica. L impianto, a fronte della potenza totale introdotta di 548,6 kw e della potenza elettrica dichiarata di 180 kw, raggiunge un rendimento elettrico del 32,8 %; La potenza elettrica generata è di kwh/annui e copre il 49% del fabbisogno energetico dell impianto di depurazione gestito da ASMortara spa; La potenza termica è pari a 270 kw, ottenuti come somma della potenza termica ricavata dal circuito di raffreddamento del motore (200 kw) e del circuito di raffreddamento del gassificatore (70 kw); La potenza termica generata è di kwh/annui; Il rendimento cogenerativo complessivo è pari all 82%; L impianto garantisce un netto abbattimento di emissioni di gas serra, tuttavia aumenta la quantità di sostanze acidificanti immesse in atmosfera. 27

28 GRAZIE PER L ATTENZIONE

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