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2 BENEFICI E CRITICITA DELLA REALIZZAZIONE IMPIANTO A BIOMASSE PER LA PRODUZIONE DI ELETTRICA Ing. G. Cicerone Ing. M. Romani GENNAIO 2007

3 Potenza netta esportabile 5 Rif. Biomassa legnosa al 45% di Consumo combustibile 10 t/hr (PC Vapore alla Turbina (P&T) : 26 t/h Energia al generatore (lordi): 5 Portata vapore allo scarico 2 Temperatura fumi al camino 1

4 LE EMISSIONI GASSOSE Limiti di legge: rif. 11% in volume, fumi secchi. NOx < 200 mg/nm3 m CO < 100 COT < 10 POLVERI < 30 m SO2 < 200 m

5 Sistema di abbattimento NOx caldaia); Parziale abbattimento pol multiciclone a valle caldaia reattore a secco per il trattame acidi (iniezione di reagente alca a maniche ad alta efficienza p depolverazione dei fumi; Camino alto 40 m; E previsto il monitoraggio in c temperatura fumi, O2, CO, C HCl, NOx, polveri; Installazione nell area della cen centralina fissa di monitoraggio dei principali parametri m

6 SNCR (< 200 mg/nm3 NOx trasformati in Azoto e Acqu l iniezione di prodotti chimici ( Urea e additivi) in Caldaia (850<T La soluzione acquosa di Urea (al classificazioni CEE ed è con prodotto sicuro. Per il suo stoccag gestione non ci sono particolari r maschere antigas, apparecchi di lavatori e docce, necessari invec utilizzo di soluzioni ammoniacali). Il sistema è dimensionato per

7 RIDUZIONE POLVERI AL C < 5 mg /Nm3 Limite ottenuto con ciclone e filtr ad alta efficienza. Sistema in grado di produrre l a desiderato (da un max. di 6-10 polveri nei fumi tal quali) in tutto funzionamento della Caldaia. Il sistema è stato scelto per la su fornire prestazioni di abbattim notevolmente inferiori al limite di le

8 SOLIDE E LIQUIDE TIPO ORIGINE QUANTITÀ Ceneri pesanti dalla griglia e dai passaggi convettivi di caldaia Caldaia 240 Kg/hr N Sc Ceneri dai cicloni Cicloni 50 Kg/hr Scari Ceneri dai filtri a maniche Filtri a maniche 40 Kg/hr Scari Effluenti liquidi di processo Impianti vari (spegnimento ceneri, spurgo torre evaporativa, eluati demi, drenaggi) 1,5 m 3 /hr Tratta corso d Depurazione reflui civili Servizi 0,5 m 3 /hr Fanghi tratta

9 PRODUTTIVO SUL TERRI combustibile e alle connesse in sono ipotizzabili 100 occupa l occupazione indotta sar all approvvigionamento e tra annua, l organico previsto per la g manutenzione dell impianto e c 30 persone, il personale sarà quasi com selezionato in loco e istruito c formazione,

10 PRODUTTIVO SUL TERRI la necessità di reperire materia dell indotto di tipo industriale, c comporterà un notevole e artigianale, riprenderanno vigore attività qu delle potature.

11 GESTIONE DEL COMBUSTIBIL parte del sistema: I piani mobili devono essere di per contenere almeno 12 Un edificio coperto, con cementato dove le pale gomma mezzi di trasporto autoscarican entrare per scaricare il combu pronto per la Caldaia; sul fronte n. 2 piani mobili di carico c dosatrici finali alimentano il vagliatura ed il nastro di tar caldaia. Sui piani mobili potran dosati combustibili integrativi;

12 Gli stessi piani mobili dovranno l alimentazione della caldaia i condizioni (con tutti i tipi di mate miscele). Ogni piano mobile avrà la sua scarico dimensionata per un portate di 5-30 m3/h (con convertitore di frequenza). All interno del capannone un are 500 m2 sarà disponibile per s materiali combustibili integrativi.

13 Dai piani mobili, attraverso le scarico, verrà alimentato il va trasporto a nastro (preferito) dimensionato per 60 m3/h di c a questo punto il combustibile distribuzione dimensionale corre Il nastro di trasporto alimenta il s caldaia. La capacità di quest un ora al carico nominale e do dimensionato con ridon componenti meccanici (multi fondo) e forme adeguate a evita

14 Un area, sempre all interno del divisa in settori (capace di stocc 100 m3 di materiale per se possono essere stoccati i integrativi (cippato di legno, stoc etc.); mediante pale questi verranno caricati sui due piani m Un sistema di alimentazione di del silo orario dotato di hopper trasporto a catena.

15 IL PAESAGGIO Boschi di pioppeti, salici, euca arboree) e miscanto, gines comune (specie erbacee), a s luoghi di produzione e delle climatiche, costituiscono il prodotto dalle coltivazioni di biom Si tratta di coltivazioni a base

16 Il sito della piantagione deve es nelle vicinanza della rete stra prossimità della Centrale, per ri di trasporto.

17 PIOPPO (tagli biennali) Costo di produzione della vendibile (per T di sostan Produzione media verificata pioppo (Scuola Superiore S Pisa 2004): 17 t/ha.a d secca (al 50-55% di umidi umida) Costi impianto, manutenzio e stoccaggio, incluso trasp Km:

18 Costo per la Centrale sostanza fresca al 45% di um Attività del tecnologo della Utile per l Azienda Agricola

19 La necessità di produzione di legname c notevole indotto occupazionale nel settore p contraddistingue le centrali a biomasse d

20 Fornitura delle talee della pianta utilizzata Informazione circa la coltivazione della b l utilizzazione dei macchinari per i impianto,manutenzione e raccolta;

21 Fornitura di ogni tipo di sistema per la semina raccolta delle talee;

22 Impianti diffusi in Italia negli ultimi 15 anni Ad oggi si stima una potenza termica installata di 250 mw La tecnologia di combustione impiegata e la griglia mobile La soluzione tecnica oggi piu impiegata (orc organic rank basa sulla produzione di olio diatermico a temperature de 300 c per azionare macchine rankine a ciclo chiuso funzio organico (olio siliconico).

23 Il sistema di cogenerazione basato sulla caldaia ad olio dia turbogeneratore orc ha dimostrato di essere una soluzion efficiente ed economicamente interessante per i sistemi de nella gamma di potenza tra 500 kw e 1500 kwel per impian Valutazioni tecnico-economiche dimostrano, grazie ai cer che un impianto di cogenerazione nell industria del legno redditivita, anche in assenza di contributi statali e dopo i certificati verdi, purche si impieghi in cogenerazione per a ore/anno; Esempi di questo tipo di impianti di teleriscaldamento in ital

24 La resa di conversione da biomassa ad energia elettrica 14%; il rendimento complessivo (chp) puo salire a cogenerazione; Il fluido organico bolle nell evaporatore grazie all olio successivamente i vapori del fluido espandono nella tu condensano nel condensatore grazie all acqua di ritorno teleriscaldamento (normalmente si opera in un intervallo di di c); In assenza di domanda termica l energia di condensa dissipata nell ambiente e in queste condizioni e difficile esercizio economico;

25 Rispetto alla generazione con turbine convenzionali a vap conseguiti i seguenti vantaggi: alta resa della turbina, stres limitati, possibilita di realizzare turbine a basso num (tipicamente 3000 giri/min) il che permette il collegam all alternatore, lunga durata e bassa manutenzione della fluido di esercizio non corrode ed ha effetti di pulizia su interne); In ogni caso i vantaggi piu consistenti del ciclo orc son elasticita di funzionamento ed alle limitate esigenze gestio che lo rendono la miglior soluzione negli impianti di telerisc media Potenza dove e necessario limitare l impiego di ma avere affidabilita di esercizio in assenza di controlli. Esempio di costo d impianto: circa 4 mil. di euro per 1000

26 Le biomasse sono attualmente impiegate in: Impianti di piccola taglia di diversa concezione per la p energia termica; Impianti di media taglia (da 1 a 20 Mw termici) per utenze sistemi di teleriscaldamento; con produzione di energia cogenerazione; Impianti di media-grande taglia (da 20 a 100 MW ter produzione dedicata di energia elettrica principalmente tram di combustione (gassificazione ancora in sviluppo);

27 Impianti per la fermentazione anaerobica di materiali res zootecnici, civili o agro-industriali) e/o colture energeti utilizzato per produrre calore e/o elettricità; Impianti che impiegano biocombustibili liquidi perla pr energia elettrica in cogenerazione (essenzialmente oli veg o biodiesel) da oleaginose ed anche etanolo via fe alcoolica di specie zuccherine).

28 I combustibili impiegati sono, in ordine di importanza: Biomasse a base legnosa non trattate (da manutenzio segherie, colture dedicate, residui di potatura, imballaggi, e Sanse di oliva esauste; Vinacce esauste, vinaccioli e farine di vinaccioli; Residui colturali diversi (stocchi e tutoli di mais, steli di sorg Residui di lavorazione (lolla di riso, gusci, residui di frut etc.); Paglia di frumento; Altre colture energetiche (cardo, miscanto, canna, etc.)

29 Produzione di energia da fonte rinnovabile; Neutralità ambientale rispetto alle emissioni influenti sull eff Adottando le colture energetiche conseguono vantagg derivanti dalla valorizzazione dei terreni incolti o abbando con le disposizioni UE, nonché benefici per l erosione del s ed il dilavamento dei terreni, comportando il consolidament idrogeologicamente instabili. La possibilità di individuare economicamente valido per i terreni non più soggetti particolarmente importante anche alla luce delle norme ch limitare la produzione agricola in Europa; Sul piano economico, un maggior utilizzo delle bio consentire di fronteggiare la domanda interna di energ riduzione del tasso di dipendenza dall estero. Attraverso le

30 Possibilità di utilizzare una quota parte dell energia termic ambito locale, con sensibile riduzione dei costi energetici e vantaggi ambientali; Ricadute occupazionali dirette ed indirette (fase della r dell impianto, personale impiegato per l esercizio quasi tut loco, pulizia, manutenzione, raccolta e trasporto delle biom più in generale, attraverso un programma di recupero de avviato su scala nazionale (analisi Itabia) potrebbero esser posti di lavoro;

31 Sviluppo dell indotto di tipo industriale, commerciale e artig necessità di reperire materiali e servizi; Le emissioni della centrale termoelettrica sono depurate dai sistemi di trattamento fumi (normalmente i residui agricole e forestali vengono bruciati localmente aumentand incendi e l inquinamento atmosferico);

32 La dinamica di crescita del comparto è assai limi consente di prevedere il raggiungimento degli obietti sostituzione di fonti fossili e di riduzione dei gas serra. Per avvicinarsi agli obiettivi è necessario migliorare la relativa a: Costi impiantistici; Disponibilità ed affidabilità della risorsa combustibile; Costo del combustibile variabile con tendenza al rialzo Iter autorizzativi lunghi e incerti; Contesto legislativo in continua evoluzione (in partic alle emissioni sempre più stringenti);

33 La preparazione del combustibile: deve essere resa affidabile, cercando nello stesso tempo di produrre combustibile omogenee. I sistemi automatici di alimen combustibile nel fine settimana e di notte necessitano di manutenzione notevoli, e sono spesso la causa dell impianto. E sempre necessario un sistema di em l alimentazione dei sili orari di caldaia;

34 La combustione: ogni biomassa combustibile o biomasse comporta la scelta del combustore più adatto (g a gradini, tavola vibrante, griglia travelling, letto fluido, etc. verificare anche con le esperienze esistenti. La scelta è sp dai limiti di emissione (es. CO 50 mg/nm3) e dalla necess sporcamenti eccessivi causati dalla fusione delle ceneri delle superfici di scambio a causa della presenza di Cl nel c importante è verificare i contenuti di Cl nella biomas contenuto di ceneri e loro composizione (es. Na, K). Prima finale bisogna sempre cercare di stabilire con certezza qua biomasse utilizzate;

35 I rendimenti d impianto: visti gli elevati costi del co rendimento netto del sistema deve essere il massimo parametri del ciclo (T e P) vanno però scelti in funzione de da utilizzare, per evitare problemi in caldaia (corrosioni). T che il combustibile non è mai completamente omogen essere evitati i cicli termici complicati. Scelte equilibrate (e 50 bar) consentono l esercizio dell impianto anche per 800 maggiore flessibilità sul combustibile, con possibilità di quota parte biomasse inizialmente non previste (es. san farine di vinaccioli, lolla di riso,etc.) senza rischi ecce superfici di scambio.

36 Scelte più spinte (es. 520 C e 90 bar) comportano re elevati ma anche rischi notevoli di fermate per corrosioni e eccessivi in caso di utilizzo di combustibili divers originariamente previsti; anche i costi d impianto sono più gestione più difficile. Se si vogliono massimizzare i ren recuperi termici (preriscaldo aria o condensato) sulla linea del camino, è necessario fare molta attenzione alle co acide ed al tipo di soluzione per lo scambiatore (tubi nudi, soffiatura a vapore, etc.).

37 La linea fumi: la tecnologia consente ormai di ra modo relativamente facile i limiti di emissione im autorizzazioni. Gli attuali limiti per le biomasse si possono sistemi completamente a secco (più semplici e facili da personale di Centrale). Per le linee fumi le criticità sono i limiti di emissione del CO (spesso 50 mg/nm3) e scender mg/nm3 per gli NOx (servono sistemi catalitici, difficili da efficienza).

38 Le ceneri: la scelta del sistema di estrazione e stoccagg secco/umido, quali correnti conglobare, etc.) va fatta combustibile utilizzato ed alle possibilità di smaltimento (es conglomerati cementizi, recuperi ambientali, produzione d etc.) che si possono avere nel comprensorio servito d Scelte iniziali errate o incomplete comportano notev gestionali e spesso rendono necessarie modifiche e impiantistiche. La sala controllo: è importantissimo addestrare bene stabilendo procedure di esercizio e linee guida (in partic combustione) dalle quali scostarsi il meno possibile, evitan operatore gestisca l impianto a suo modo. L organigramm

39 Sulle effettive quote di utilizzazione delle biomasse in modo particolare gli incentivi disponibili: meccanismo dei Certificati Verdi (CV) per l ener (preceduti dal provvedimenti CIP 6), che attualme circa 0,11 /kwh (ai quali occorre aggiunger dell energia, circa 0,07 /kwh). Periodo di 12 anni; CV anche per l energia termica, 0,049 /kwh, oltr dell energia; per utenze integrate in rete pubblica. anni. La legge 488 che utilizza fondi comunitari e che, nel edizione, prevede la copertura degli investimenti a contributo in conto capitale, un finanziamento agevo dalla CDP ed un finanziamento a tasso ordinar potenza fissato dalla 488: 50 Mw elettrici.

40 Nel complesso è evidente uno scollamento tra i vari sarebbe auspicabile una revisione organica del quad per offrire maggiori certezze agli investitori (es. cos impianti dopo 12 anni di CV); La fascia di spesa per gli impianti a bioma notevolmente diversa da quella legata all energia con essendo compresa tra qualche milione di (piccoli cogenerazione) e parecchie decine per impianti di pote alta (10 20 Mwel); Agli Istituti di Credito che operano nel settore energia è oggi richiesta una finanza innovativa che miri ad una valutazione tecnico economica delle proposte, stim

41 Ci sono attualmente Istituti di Credito che offrono ass imprese ( Project Financing rientro dell investime canalizzazione dei ricavi) e valutano insieme agli impr ipotesi al fine di strutturare un piano finanziario sod Vengono stabiliti i parametri economico-finanziari modalità previste per l erogazione (in genere pi avanzamento), la durata dell operazione nelle su possibilità di canalizzare i flussi economici derivanti d dell energia e dalla cessione dei CV, il rapporto equi eventuali garanzie accessorie (fidejussioni, perform polizze varie, etc.); E utile segnalare che sono stati recentemente attivati Istituti di Credito e associazioni di categoria (APER,

42 La configurazione dell iniziativa: quantità di combustibile disponibile, eventuali biomass ottenibili dal comprensorio considerato; quantità di cene Costi del combustibile, inclusi trasporti; Scelta del tipo di impianto; costi di investimento (in fu taglia t/anno trattate) e di esercizio; Ipotesi sulle ore di funzionamento/anno; Durata dell iniziativa (12 anni, periodo CV); Simulazione su taglie diverse; parte termica (teleris considerata come opzione separata in quanto in gene variabili e ipotesi con notevoli incertezze e complessità. Definizione dei parametri del finanziamento (capitale costo capitale a debito, tasso di sconto, inflazione, etc.)

43 Ricavi: CV (0,11 /kwh) più vendita dell energia ele /kwh); Analisi degli scenari per indagare l influenza d dell impianto sulla convenienza economica dell iniziativ Indici di fattibilità economica: per ogni scenario rete/costo impianto) si valutano: il valore attuale netto a 12 anni (VAN); Il tasso interno di ritorno a 12 anni (TIR);

44 In genere il valore del combustibile condiziona in modo determinante gli indici finanziari; Si considera il valore di TIR (~20%) che rende accettabile; si verifica così la taglia ottimale dell im genere la più grande). Il combustibile necessario d effettivamente disponibile nel comprensorio conside costi ipotizzati; 4 Mw el. soglia minima per la sola produzione di energi Si valutano anche il costo del combustibile che rende a anche gli scenari di taglia inferiore ed il costo che li ren insostenibili tutti. Si hanno in tal modo gli spazi operati disponibili per la scelta finale;

45 Fattibilità economica in cogenerazione. Da considerare Definizione dei fabbisogni termici delle utenze; Costi investimento aggiuntivo (parte termica impianto p distribuzione); costi di esercizio; Minor produzione elettrica per la stessa taglia in cogene Costo evitato gasolio per riscaldamento utenze; CV termici per 8 anni (0,049 /kwh); Il TIR migliora nettamente anche per le taglie più piccol importante che le utenze termiche abbiano le caratteris ipotizzate dal punto di vista delle dimensioni, del carico dell andamento del fabbisogno; La fattibilità della parte termica è comunque subordina

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