REGOLAZIONE DELLA POTENZA IN UNA RETE ELETTRICA IN PRESENZA DI GENERAZIONE DISTRIBUITA: LA COGENERAZIONE. Giuseppe Dell Olio GRTN SpA, Direzione Rete

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1 Torna al programma REGOLAZIONE DELLA POTENZA IN UNA RETE ELETTRICA IN PRESENZA DI GENERAZIONE DISTRIBUITA: LA COGENERAZIONE Giuseppe Dell Olio GRTN SpA, Direzione Rete Pagina 1

2 Cogenerazione: principali vantaggi Migliore gestione delle risorse energetiche. Minor costo di esercizio. Minore impatto ambientale. Maggiore affidabilità per il sistema elettrico (generazione distribuita). Pagina 2

3 Cogenerazione: alcune sfide Scarsa visibilità per chi gestisce la rete elettrica (impianti numerosi e di potenza modesta). Scarsa flessibilità (se non si prendono provvedimenti opportuni). Pagina 3

4 Indicatori di qualità Indice risparmio energia (I.R.E.) Delibera AEEG n Rendimento di primo principio. Rendimento di primo principio. Norma UNI 8887 Pagina 4

5 Indice risparmio energia (IRE) Esprime il risparmio percentuale di combustibile che si ottiene producendo energia elettrica e calore in cogenerazione anziché separatamente. Pagina 5

6 Indice risparmio energia (IRE) ES EC EC IRE= = 1 = 1 E E S S E SE E + E C STciv + E STind = =1 EE η ES p + E E η C Tciv TSciv + E η Tind TSind Pagina 6

7 Indice risparmio energia (IRE) E C : combustibile utilizzato in cogenerazione (MWh); E SE ; E STciv ; E STind : combust. utilizzato per produrre separatamente energia elettrica, calore per uso civile, calore per uso industriale (MWh); E E : energia elettrica netta prodotta (MWh). E Tciv : calore prodotto per uso civile (MWh). E Tind : calore prodotto per uso industriale (MWh). Pagina 7

8 Indice risparmio energia (IRE) p: coefficiente che premia le perdite elettriche evitate. η ES : rendimento relativo alla sola produzione elettrica. η TSciv : rendimento relativo alla sola produzione termica per impieghi civili. η TSind : rendimento relativo alla sola produzione termica per usi industriali. Pagina 8

9 Rend.di primo principio (η I ) Esprime la percentuale del combustibile impiegato che viene trasformata in energia utile (elettrica oppure termica). Pagina 9

10 Rend.di primo principio (η I ) η I = PME + PF QU Pagina 10

11 Rend.di primo principio (η I ) PME: potenza elettrica (o meccanica) utile totale; QU: potenza termica utile totale; PF: potenza totale resa dal combustibile. Pagina 11

12 IRE e rendimento: valori aggregati 2001 PRINCIPALI COMBUSTIBILE RENDIMENTO IRE COMPARTI CONS UMATO (GWh) MEDIO (%) MEDIO (%) Ra ffina z. Pe trolio ,14 13,33 Ind. chimica e pe trolchimica ,61 13,34 Ind. ca rta ria ,50 12,83 Ind. ce ra mica ,75 10,86 Risca lda me nto e te le risca ld ,95 21,79 Ind. te s s ile ,01 5,86 Ind. a lime nta re ,29 23,59 Ge s tio ne impia nti s p o rtivi 15 63,55 24,85 Conce rie 6 67,84 20,62 Ind. farmaceutica 5 69,17 25,84 Pagina 12

13 Raffinazione del petrolio FABBIS OGNO ENERGIA TERMICA (MWh/ anno) TECNOLOGIA ADOTTATA POTENZA INS TALLATA (MW) da a da a TURBOGAS CICLO COMBINATO VAPORE Pagina 13

14 Raffinazione petrolio: esempio Energia elettrica prodotta: GWh/anno (90% immessa nella rete pubblica; 10% destinata ad usi propri); Energia termica prodotta: GWh/anno (in parte destinata ad usi propri; in parte ceduta ad altre societa ); Pagina 14

15 Segue raffinazione petrolio: esempio Impieghi del calore: Produzione vapore per usi di raffineria bar, C; bar, C; 7-10 bar, C; 2-3 bar, C. Produzione acqua demineralizzata Riscaldamento ambienti (uffici, magazzini ecc.) Pagina 15

16 Segue raffinazione petrolio: esempio Combustibili utilizzati: Gas metano (2.000 GWh/anno); olio combustibile (800 GWh/anno); gas residui di processo (1.000 GWh/anno); GPL (80 GWh/anno). Pagina 16

17 Segue raffinazione petrolio: esempio Componenti principali di impianto (ciclo combinato): Tre turbine a vapore a contropressione (TV-contr), ciascuna di potenza 10 MW circa; Una turbina a vapore a condensazione e spillamenti (TV-cond), di potenza 20 MW circa; Due turbine a gas (TG), di potenza 20 MW e 100 MW rispettivamente; Un generatore di vapore a combustibile (GVC), di potenza 100 MW circa; Due generatori di vapore a recupero (GVR); Un condensatore. Pagina 17

18 Segue raffinazione petrolio : esempio Direzione Rete Pagina 18

19 Segue raffinazione petrolio: esempio La turbina a condensazione (Tvcond) conferisce flessibilità all impianto: essa consente di variare la portata di vapore utile prodotto, mantenendo approssimativamente costante la produzione elettrica complessiva. Pagina 19

20 Industria chimica e petrolchimica FABBIS OGNO ENERGIA TERMICA (MWh/ anno) TECNOLOGIA ADOTTATA POTENZA INS TALLATA (MW) da a da a VAPORE CICLO COMBINATO Pagina 20

21 Industria chimica: esempio Energia elettrica prodotta: 10 GWh/anno (interamente destinata ad usi propri); Energia termica prodotta: 25 GWh/anno (interamente destinata ad usi propri); Pagina 21

22 Segue industria chimica: esempio Combustibili utilizzati: gas residui di processo (30 GWh/anno); gas metano (20 GWh/anno). Pagina 22

23 Segue industria chimica: esempio Componenti principali di impianto: Una turbina a vapore (TV) a contropressione (3 MW circa); Un generatore di vapore (GVG) alimentato da gas residui di processo, di potenza 8 MW circa; Un surriscaldatore a metano (SH), di potenza 2 MW circa. Pagina 23

24 Industria chimica: esempio Pagina 24

25 Segue industria chimica: esempio GVG produce vapore dalla combustione di gas residui di processo; Al vapore così prodotto si aggiunge, surriscaldato in SH, quello proveniente dal processo; Il vapore totale viene avviato alla TV, dove produce energia elettrica; Dallo scarico della TV, il vapore, ormai a media pressione, viene avviato alle varie utenze di processo. Pagina 25

26 Segue industria chimica: esempio Impianto poco flessibile: ogni variazione del carico termico comporta una variazione dell energia elettrica prodotta. Pagina 26

27 Industria petrolchimica: esempio Energia elettrica prodotta: 400 GWh/anno (50% immessa nella rete pubblica; 50% destinata ad usi propri); Energia termica prodotta: GWh/anno (in parte destinata ad usi propri; in parte ceduta ad altre societa ). Pagina 27

28 Segue industria petrolchimica: esempio Impieghi del calore: Produzione vapore per uso tecnologico ate; ate; 5-10 ate. Pagina 28

29 Segue industria petrolchimica: esempio Combustibili utilizzati: Olio combustibile (2.000 GWh/anno); Gasolio (150 GWh/anno), impiegato solo per accensione bruciatori. Pagina 29

30 Segue industria petrolchimica: esempio Componenti principali di impianto: Due turbine a vapore (TV) a contropressione e condensazione (con spillamenti), ciascuna di potenza 60 MW circa; Due generatori di vapore a combustibile (GVC), ciascuno di potenza 300 MW circa; Due condensatori. Pagina 30

31 Ind.petrolchimica : esempio Pagina 31

32 Segue industria petrolchimica: esempio Buona flessibilità grazie ai condensatori, che consentono di modulare la portata di vapore utile, mantenendo costante la portata immessa in turbina. Pagina 32

33 Industria cartaria FABBISOGNO ENERGIA TERMICA (MWh/ anno) TECNOLOGIA ADOTTATA POTENZA INS TALLATA (MW) da a da a MOTORE COMB INTER NA TURBOGAS VAPORE CICLO COMBINATO MCI E VAPORE 9 10 Pagina 33

34 Industria cartaria: esempio (cartiera medio-piccola) Energia elettrica prodotta: 25 GWh/anno (interamente destinata ad usi propri); Energia termica prodotta: 35 GWh/anno (interamente destinata ad usi propri). Pagina 34

35 Segue industria cartaria: esempio Combustibili utilizzati: gas metano (90 GWh/anno). Pagina 35

36 Segue industria cartaria: esempio Componenti principali di impianto: Una turbina a gas (TG) in ciclo aperto, di potenza 3-5 MW; Un generatore di vapore a recupero (GVR); Un generatore di vapore di integrazione (GVI), a metano, di potenza 5 MW circa; Uno scambiatore di calore ad olio diatermico (SOD), asservito a GVI. Pagina 36

37 Industria cartaria: esempio Pagina 37

38 Segue industria cartaria: esempio I fumi della TG vengono avviati al GVR, dove producono vapore; All occorrenza, viene avviato GVI, che riscalda olio diatermico in circuito chiuso; Nello scambiatore SOD, l olio diatermico cede il proprio calore all acqua alimento, che viene così trasformata in vapore; Tutto il vapore prodotto (sia da GVR che da GVI) viene raccolto in un collettore unico ed avviato alle utenze di processo. Pagina 38

39 Segue industria cartaria: esempio Buona flessibilità grazie ai due generatori di vapore in parallelo (GVR e GVI): ripartendo opportunamente il carico termico tra GVR e GVI, si può regolare la produzione termica in modo indipendente da quella elettrica. Pagina 39

40 Industria ceramica FABBIS OGNO ENERGIA TERMICA (MWh/ anno) TECNOLOGIA ADOTTATA POTENZA INS TALLATA (MW) da a da a MOTOR E COMB INTERNA TURBOGAS CICLO COMBINATO Pagina 40

41 Industria ceramica: esempio Energia elettrica prodotta: 30 GWh/anno (interamente destinata ad usi propri); Energia termica prodotta: 30 GWh/anno (interamente destinata ad usi propri). Pagina 41

42 Segue industria ceramica: esempio Combustibili utilizzati: gas naturale (90 GWh/anno). Pagina 42

43 Segue industria ceramica: esempio Componenti principali di impianto: Due motori a combustione interna (MCI), ciascuno di potenza 2,5 MW circa; Due postcombustori (PC) a metano, ciascuno di potenza 3 MW circa; Due atomizzatori (ATM). Scambiatori di calore. Pagina 43

44 Industria ceramica: esempio Pagina 44

45 Segue industria ceramica: esempio Il calore viene recuperato dall acqua di raffreddamento e dai fumi di scarico dei MCI ; Impieghi del calore: aria calda ( C) per essiccamento barbottina negli ATM; Preriscaldamento acqua barbottina; Riscaldamento ambienti di lavoro e sili metallici. I postcombustori e gli scambiatori, inseriti nel circuito fumi, integrano (in portata e temperatura) il calore recuperato; Postcombustori e scambiatori sono necessari per controllare la temperatura di essiccamento. Pagina 45

46 Riscaldamento e teleriscaldamento FABBIS OGNO ENERGIA TERMICA (MWh/ anno) TECNOLOGIA ADOTTATA POTENZA INS TALLATA (MW) da a da a MOTOR E COMB INTERNA TURBOGAS CICLO COMBINATO MCI E VAPORE VAPORE Pagina 46

47 Teleriscaldamento: esempio Energia elettrica prodotta: 30 GWh/anno (di cui il 7-8% immessa nella rete pubblica; il resto destinato ad usi propri); Energia termica prodotta: 130 GWh/anno (impiegata per teleriscaldamento); Pagina 47

48 Segue teleriscaldamento: esempio Combustibili utilizzati: gas metano (200 GWh/anno). Pagina 48

49 Segue teleriscaldamento: esempio Componenti principali di impianto: Una turbina a vapore (TV), di potenza MW; Tre generatori di vapore principali (GVP), a metano; Due generatori di vapore di integrazione (GVI), a metano, di potenze rispettive 20 MW e 5 MW circa; Pagina 49

50 Segue teleriscaldamento: esempio Altri componenti di impianto: Un condensatore asservito alla turbina a vapore (CO-T); Un condensatore non asservito alla turbina (CO-N). Un generatore di vapore a recupero (GVR), di potenza 5-10 MW, alimentato da un inceneritore. Pagina 50

51 teleriscaldamento: esempio Pagina 51

52 Segue teleriscaldamento: esempio I tre GVP producono vapore su un collettore unico; il vapore viene avviato in parte alla turbina TV, in parte al condensatore CO-N; CO-T e CO-N cedono calore alla rete di teleriscaldamento; Al teleriscaldamento contribuiscono anche l inceneritore (GVR) e le due caldaie di integrazione (GVI). Pagina 52

53 Torna al programma Direzione Rete Segue teleriscaldamento: esempio Buona flessibilità grazie ai due condensatori (CO-T; CO-N) ed alle caldaie integrative (GVI). I condensatori consentono di modulare la portata di vapore in turbina (e quindi la potenza elettrica), a parità di calore ceduto alla rete di teleriscaldamento. Le caldaie integrative consentono una ulteriore regolazione della temperatura di mandata. Pagina 53

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