L EFFICIENZA ENERGETICA NELLE INDUSTRIE ENERGY INTENSIVE
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- Mirella Cavaliere
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1 THE INNOVATIVE ORC WITH THE RADIAL OUTFLOW TURBINE L EFFICIENZA ENERGETICA NELLE INDUSTRIE ENERGY INTENSIVE CONVEGNO 3 E - LUGLIO 2013
2 1.1 INTRODUZIONE CHI E EXERGY Società del Gruppo Industriale Maccaferri SECI, ha sviluppato e produce impianti ORC (cicli Rankine a fluido organico) con turbina radiale outflow (centrifuga) di tecnologia proprietaria e brevettata. Le macchine ORC sono usate per produrre energia elettrica e calore a bassa temperatura a partire da fonti di energia rinnovabile (FER) e recupero calore di scarto (WHR), avendo la peculiare caratteristica di mantenere ottima efficienza e grande flessibilità lavorando nelle condizioni più differenti (fonti di calore da 90 C a 400 C, temperatura ambiente anche sottozero, cogenerazione fino a 120 C ). Il Gruppo Industriale Maccaferri, sotto la guida della controllante SECI S.p.A., nel 2011 ha avuto un fatturato di circa 1.4 Miliardi di Euro con circa dipendenti in tutto il mondo
3 1.2 INTRODUZIONE SECI GRUPPO INDUSTRIALE MACCAFERRI SECI HOLDING Ingegneria Ambientale Ingegneria Meccanica Real Estate e Costruzioni Energia Alimentare Agroindustria Tabacco Biotecnologie
4 1.3 INTRODUZIONE SECI MACCAFERRI - DATI Consolidated turnover No. of employees worldwide Industrial facilities 1,371 million Euro 4, Breakdown by geographical area Italy revenues 690 EU revenues 104 Extra EU revenues 577 Total revenues 1,371
5 1.4 INTRODUZIONE SECI MACCAFERRI FATTURATO Consolidated Group Turnover 1,233 1,371 of which Environmental Engineering Mechanical Engineering Real Estate and Construction Energy Food and Agribusiness Tobacco Biotechnology 21 * 26 * *50% consolidated from 2010
6 1.5 INTRODUZIONE LA NOSTRA MISSION Exergy è una società manifatturiera che progetta produce e fornisce innovativi sistemi ORC per le seguenti applicazioni: Recupero Calore (es. vetro, acciaio, cemento, petrolchimico) Geotermia Energie Rinnovabili (es. biomassa, CSP) Generazione elettrica (es.recupero calore da turbine o motori a gas, stazioni di compressione ) Trasporti (es. navale)
7 1.6 INTRODUZIONE IL CICLO RANKINE A FLUIDO ORGANICO (ORC) Il tipico ciclo Rankine a fluido organico presenta il seguente schema: Il fluido organico vaporizza estraendo calore dalla fonte di calore primaria attraverso degli scambiatori di calore (preriscaldatore, evaporatore, surriscaldatore) Il vapore di fluido organico espande in turbina Un recuperatore preriscalda il fluido liqudo con il calore ancora contenuto nel vapore ad uscita turbina Un condensatore estrae il calore di scarto ancora contenuto nel vapore, condensandolo La pompa aumenta la pressione del liquido prima di rimandarlo agli scambiatori di calore
8 1.7 INTRODUZIONE IL CICLO RANKINE A FLUIDO ORGANICO (ORC) Il ciclo Rankine a fluido organico non è tecnologicamente molto diverso da un normale ciclo a vapor d acqua con turbina a vapore, ma presenta alcuni vantaggi: Configurazione modulare (facile da trasportare e installare) Flessibilità di progettazione: scelta del fluido più efficiente Flessibilità di operation: ottime performance in off-design Possibilità di non avere consumo d acqua I fluidi contenuti sono facili da reperire ed economici e richiedono refilling molto rari I costi associati (fondazioni, costruzione) hanno basso impatto Configurazione stand-alone con controllo da remoto Manutenzione del sistema molto semplice e affidabile
9 1.8 INTRODUZIONE L AZIENDA Grazie ad un mix di giovani e motivati ingegneri ed un team di esperti progettisti, tecnici e artigiani delle macchine rotanti, Exergy sviluppa internamente l intero progetto della turbina e del package ORC, attraverso tutte le fasi della produzione: R&D e sviluppo prodotto, sia per la turbina che per i componenti dell impianto (design specifici di scambiatori di calore e del general arrangement di impianto) Test dei materiali e validazione tecnologica, attraverso una serie di procedure e test di controllo qualità prima e dopo la costruzione della macchina Ingegneria e project management rendono ogni progetto unico per il cliente Progettazione e costruzione della turbina e del package, con stringenti procedure di controllo qualità After sales service e manutenzione, per offrire un prodotto affidabile ed efficiente per tutta la sua vita
10 2.1 TECNOLOGIA LA TECNOLOGIA Da un idea del nostro AD Claudio Spadacini, la turbina radiale outflow è la nostra esclusiva innovazione: è la prima applicazione al mondo di una turbina di questo tipo in un ORC Questa turbina, diversa dalle tipiche turbine assiali o radiali inflow (centripete), è in grado di convertire l energia contenuta nel fluido in energia meccanica con efficienze superiori rispetto alle altre tecnologie presenti sul mercato La maggior efficienza deriva da una serie di vantaggi di questa tecnologia, confermati dalle misure sul campo sugli impianti operativi e da studi accademici
11 2.2 TECNOLOGIA LA TURBINA RADIALE OUTFLOW Perchè scegliere una turbina radiale outflow per espandere un fluido? La sezione di passaggio incontrata dal fluido attraverso gli stadi di espansione aumenta insieme alla portata volumetrica del fluido stesso La differenza di pressione si oppone allo sviluppo di flussi 3D, riducendo la presenza di vortici Minori limitazioni sulle pressioni del ciclo Maggior efficienza complessiva di una turbina assiale Minori vibrazioni, quindi maggior vita dei cuscinetti Tecnologia costruttiva più semplice: Pale dritte (non svergolate) Multistadio su singolo disco (design semplice e affidabile) Più livelli di pressione del ciclo su singolo disco Axial Turbine Radial outflow turbine
12 2.3 TECNOLOGIA RADIALE OUTFLOW vs ASSIALE Perdite di efficienza in turbina 25% 20% 15% 10% profile secondary annulus leakage 5% 0% ASS AX RAD ASS AX RAD ASS AX RAD Δh AX RAD % 24.9% % 32.5% % 42.7% η AX RAD % 81.3% % 86.4% % 89.1% Radiale vs Assiale EFFICIENZA % Per lo stesso ciclo
13 2.4 TECNOLOGIA DISCO DI TURBINA RADIALE OUTFLOW
14 3.1 FEASIBILITY STUDY CASE STUDY DATI TECNICI Dati di input Portata volumetrica fumi Nm 3 /h Temperatura ingresso fumi 350 C Temperatura uscita recuperatore fumi 180 C Flue gas heat capacity 1.15 kj/kgk Temperatura 15 C Ore di attività annue h/year Performance: Potenza termica disponibile kwt Potenza elettrica netta generata kwe Energia netta autoprodotta MWh/y Emissioni di CO 2 evitate ~7 000 tco 2 /y
15 3.2 FEASIBILITY STUDY CASE STUDY ANALISI ECONOMICA Assunzioni Costo dell energia elettrica 80 /MWh Valore dei certificati bianchi (TEE) 90 /TEE Costo EPC del sistema di recupero 4.5 Mil. Finanziamento anticipo TEE 1.8 Mil. Inflazione sul costo dell energia 2% Inflazione su costi materiali e lavoro 3% Tasse 32% Costo del capitale 8% Equity/Debt leverage Full Equity Minima vita utile 25 anni Tempo di ammortamento 20 anni
16 3.3 FEASIBILITY STUDY CASE STUDY ANALISI ECONOMICA Risultati Simple payback time 3.9 anni Project IRR 27.4 % Project VAN M
17 3.4 FEASIBILITY STUDY CASE STUDY SENSITIVITY ANALYSIS Ore annue di funzionamento variabili tra 6000 e 8200 h Tutte le altre ipotesi costanti
18 4.1 PRODOTTI E APPLICAZIONI APPLICAZIONI L ORC è una tecnologia di produzione elettrica adatta ad applicazioni di energia rinnovabile e recupero calore. Le applicazioni sono Geotermia, Biomasse, Solare a concentrazione CSP e Recupero Calore di scarto da processi industriali (vetrerie, acciaierie, cementifici ) e impianti di produzione di potenza (turbine e motori a gas, stazioni di compressione gas naturale )
19 4.2 PRODOTTI E APPLICAZIONI RECUPERO CALORE / BIOMASSA / CSP GAMME EP, H&P e EPS Moduli ORC multi-skid packagizzati, per minimizzare tempi di costruzione e opere civili Turbina radiale Outflow Fluidi infiammabili e non infiammabili, a seconda delle condizioni ambientali e delle preferenze del cliente Generatore asincrono Potenza da 300 kwe a 10 MWe Media e Alta Entalpia (a partire da 200 C) Referenze: 5 MWe in Italia, tra biomassa e recupero calore industriale
20 4.3 PRODOTTI E APPLICAZIONI GAMMA EP ERS
21 4.4 PRODOTTI E APPLICAZIONI EP 110 BIOMASSA
22 4.5 PRODOTTI E APPLICAZIONI GAMMA H&P COGENERATIVA
23 4.6 PRODOTTI E APPLICAZIONI EP 110 ERS
24 4.7 PRODOTTI E APPLICAZIONI GEOTERMIA GAMMA GEX Moduli ORC multi-skid packagizzati, per minimizzare tempi di costruzione e opere civili Turbina radiale Outflow Fluidi infiammabili e non infiammabili, a seconda delle condizioni ambientali e delle preferenze del cliente Generatore asincrono o sincrono Potenza da 800 kwe a 10 MWe Bassa Entalpia (da 90 C a più di 200 C) Referenze: 1 MWe in Italia, per Enel Green Power
25 4.8 PRODOTTI E APPLICAZIONI GAMMA GEX - GEOTERMIA
26 4.9 PRODOTTI E APPLICAZIONI GEX 110 GEOTHERMAL
27 4.10 PRODOTTI E APPLICAZIONI IMPIANTI SU MISURA GEOTERMICI GAMMA GEX TM Grandi impianti ORC su misura Turbina radiale outflow o altra tecnologia Fluidi infiammabili e non infiammabili, a seconda delle condizioni ambientali e delle preferenze del cliente Generatore sincrono Potenza a partire da 5 MWe Bassa Entalpia (da 90 C a più di 200 C) Referenze: 118 MWe in costruzione in Turchia, sei moduli per gli impianti di Pamukören e Sultanhisar (Celikler Holding)
28 4.11 PRODOTTI E APPLICAZIONI GEX TM 4x 22.5 MWe - GEOTERMIA
29 4.12 PRODOTTI E APPLICAZIONI AFTER SALES SERVICE Esperienza trentennale nella manutenzione turbine Controllo da remoto degli impianti Tre livelli di offerta di Service: Manutenzione Ordinaria, inclusa assistenza online e le principali attività di manutenzione ordinaria Manutenzione Predittiva, con tutte le attività che possono essere programmte sulla base dei parametri misurati sull impianto e controllati da remoto Estensione di garanzia sui principali componenti tecnologici prodotti da Exergy
30 5.1 CONTACTS Sede Legale Via degli Agresti, Bologna (BO) Sede Operativa Via S. Rita Olgiate Olona (VA) Italy
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