Documento: 11-COM.P-13-rev.8 Update: 12/03/2012. L Azienda e il Solare Termodinamico

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1 Documento: 11-COM.P-13-rev.8 Update: 12/03/2012 L Azienda e il Solare Termodinamico

2 Chi siamo Turboden è leader europeo nella produzione di turbogeneratori ORC per la generazione di energia elettrica e calore da fonti rinnovabili e da recupero di calore da processi industriali. La società è stata fondata a Milano nel 1980 dall ing. Mario Gaia, ex professore presso il Dipartimento di Energetica del Politecnico di Milano e oggi Amministratore Delegato, che nel corso degli anni ha coinvolto in azienda alcuni dei suoi studenti più brillanti. Fin dagli anni della sua fondazione, la realizzazione di turbogeneratori basati su una speciale tecnologia detta ORC (da Organic Rankine Cycle) per produrre energia elettrica da fonti rinnovabili e da calore di scarto è stata per Turboden un autentica vocazione e costituisce l elemento principale della propria mission. Nel 2009 entra a far parte di Pratt & Whitney (UTC Corp.), leader mondiale nella progettazione, costruzione e manutenzione di motori per aviazione, sistemi di propulsione spaziale e turbine a gas industriali. Oggi Tuboden è inserita nella divisione Pratt & Whitney Power Systems (PWPS), per sviluppare soluzioni basate su tecnologia ORC per la generazione di energia elettrica da fonti rinnovabili e da recupero calore in tutto il mondo. 2

3 Fortune 50 corporation 16 più grande produttore USA $54.3B di vendite nel 2010 Presente in 195 paesi dipendenti United Technologies Corporation UTC Power UTC Hamilton Carrier Research Sikorsky Otis Fire & Security Sundstrand Center EPC Service Large Engines After market Marine Mobile Power Wind Power ORC Technology 3

4 Cosa facciamo Biomassa Geotermia elettricità Solare Termodinamico Recupero Calore unità standard da 600 kw a 6 MW soluzioni personalizzate fino a 15 MW calore Turboden progetta e sviluppa turbogeneratori basati sulla tecnologia ORC (Organic Rankine Cycle) per la produzione di energia elettrica e termica partendo da varie fonti rinnovabili e dal calore di scarto, particolarmente indicati per la generazione distribuita. Copyright Turboden S.r.l. All rights rerved 4

5 oltre 30 anni di esperienza 1984 turbogeneratore ORC 40 kwel per applicazione solare a Perth, Australia 1987 turbogeneratore ORC a biomassa da 3 kwel, Milano 1988 impianto geotermico ORC da 200 kwel in Zambia 2008 turbogeneratore ORC per recupero calore da 3 MW, Belgio 2009 primi 100 impianti e 100MW elettrici installati 2010 Primo impianto oltreoceano 2011 Oltre 200 impianti ORC nel mondo 5

6 Il principio termodinamico: il ciclo ORC Il turbogeneratore utilizza l olio diatermico ad alta temperatura per preriscaldare e vaporizzare un adatto fluido organico di lavoro nell evaporatore (8 3 4). Il vapore organico espande nella turbina (4 5), che è direttamente collegata al generatore elettrico attraverso un giunto elastico. Il vapore passa attraverso il rigeneratore (5 9) e in questo modo preriscalda il fluido organico (2 8). Il vapore viene poi condensato nel condensatore (raffreddato dall acqua di raffreddamento) (9 6 1). Il liquido organico viene infine pompato (1 2) nel rigeneratore e da qui nell evaporatore, completando così la sequenza di operazioni nel circuito chiuso. 6

7 Perché un fluido organico con elevata massa molecolare anziché acqua? ACQUA FLUIDI ORGANICI CON ELEVATA MASSA MOLECOLARE Acqua Fluido organico Molecole piccole che viaggiano ad alta velocità Erosione di parti metalliche e delle palette della turbina Turbina pluristadio ad alta sollecitazione meccanica Flusso elevato e più lento Maggiore diametro della turbina Minore usura nel tempo di palette e parti metalliche Copyright Turboden S.r.l. All rights rerved 7

8 Il turbogeneratore ORC Turboden vantaggi Vantaggi tecnici Alta efficienza del ciclo termodinamico Elevata efficienza della turbina (fino 90 %) Bassa sollecitazione meccanica della turbina, dovuta alla bassa velocità periferica Basso numero di giri della turbina, tale da consentire il collegamento diretto al generatore elettrico senza interposizione di riduttore di giri Mancanza di erosione delle palette della turbina, dovuta all assenza di umidità negli ugelli Vantaggi operativi / risultati Semplicità nelle procedure di avviamento Funzionamento automatico e continuo Minima richiesta di manutenzione Funzionamento silenzioso Elevata affidabilità (Admont più di 55,000 ore di funzionamento, affidabilità > 98%) Funzionamento a carico parziale fino al 10% della potenza nominale Alta efficienza anche a carico parziale Richiesta di personale: circa 3-5 ore / settimana Lunga vita della macchina Copyright Turboden S.r.l. All rights rerved 8

9 Layout - alcuni esempi Layout TURBODEN 7 Layout TURBODEN 10 Layout TURBODEN 18 Copyright Turboden S.r.l. All rights rerved 9

10 10 Copyright Turboden S.r.l. All rights rerved 3

11 Applicationi ORC - Biomassa Biomassa Recupero Calore Geotetermia Solare Termodinamico Biomassa Gli impianti cogenerativi con ORC Turboden consentono di produrre con ottima efficienza ed estrema semplicità di esercizio energia elettrica e calore da biomassa legnosa. La potenza dei turbogeneratori è generalmente compresa tra i 600 kw e i 6 MW elettrici. 11

12 Copyright Turboden S.r.l. All rights rerved Impianto ORC in un processo di cogenerazione da biomassa 12

13 Applicazioni ORC - Recupero di Calore Biomassa Recupero Calore Geotetermia Solare Termodinamico Recupero di Calore Gli ORC Turboden consentono di produrre energia elettrica recuperando calore da processi industriali e in cicli combinati. La potenza dei turbogeneratori Turboden in questo ambito è generalmente compresa tra i 600 kw e i 10 MW elettrici. 13

14 Applicazioni HR / Fonti energetiche Sorgenti gassose gas di scarico da motori a combustione interna (ORC come bottom cycle di motori Diesel e a gas e turbine a gas) gas esausti da forni in acciaierie gas esausti dai processi di produzione di cemento, vetro e altri materiali non ferrosi gas esausti da inceneritori di rifiuti (civili/industriali) Sorgenti liquide Sorgenti in fase vapore flussi di liquidi caldi presenti in raffinerie acqua di raffreddamento (o altri fluidi) di processi industriali acqua di raffreddamento delle camicie dei motori a combustione interna vapori organici da condesare nelle raffinerie surplus di vapore da processi di produzione (es. processo di produzione della carta) vapore di raffreddamento di processi industriali (es. produzione dell acciaio) 14

15 Applicazioni ORC - Geotermia Biomassa Recupero Calore Geotetermia Solare Termodinamico Geotermia Gli ORC Turboden consentono di produrre energia elettrica da risorse geotermiche a temperatura medio-bassa, generalmente tra i 90 C e I 180 C. La tecnologia ORC è particolarmente adatta per lo sfruttamento di fonti geotermiche a medio-bassa entalpia. Convenienza economica per potenze elettriche installate fino a 15 MW e temperatura dell acqua sopra i 90 C 15

16 Soluzioni commerciali di Turboden Temperatura dell acqua geotermica compresa tra 90 C C Potenze fino a 15 MW el Unità multiple per impianti più grandi Alta efficienza del ciclo Ciclo a doppio livello per massimizzare lo sfruttamento della sorgente Minima richiesta di manutenzione Possibilità di selezionare fluidi di lavoro non infiammabili 16

17 Applicazioni ORC - Solare Termodinamico Biomassa Recupero Calore Geotetermia Solare Termodinamico Solare Termodinamico I turbogeneratori ORC Turboden consentono di trasformare l energia termica raccolta dai collettori solari in energia elettrica, attraverso un ciclo termodinamico ad elevata efficienza. L utilizzo di turbogeneratori ORC Turboden in applicazioni solari termodinamiche risulta economicamente conveniente a partire da una potenza elettrica installata di 1 MW. 17

18 Costo specifico ( /kwh) La tecnologia Solare termodinamica MERCATO SOLARE Ambito Residenziale (fino a 1 MW) Applicazioni Industriali (fino a 20 MW) Utility scale (fino a 500 MW) 18

19 Impianto Solare Termodinamico con ORC Olio diatermico caldo Potenza elettrica Olio diatermico freddo Schema semplificato di un impianto ibrido solare termodinamico con ORC Turboden 19

20 Tecnologie solari a media temperatura Concentratori parabolici lineari di piccole dimensioni Collettori lineari Fresnel Esempio: HOLANIKU, Kona (Hawaii) - Keahole Solar Power, Sopogy Esempio: KIMBERLINA, Bakersfield (California) - Areva 20

21 Soluzioni Turboden a media temperatura unità Turboden HR INPUT - Olio diatermico TURBODEN 10 HR TURBODEN 14 HR TURBODEN 18 HR TURBODEN 22 HR TURBODEN 27 HR TURBODEN 35 HR TURBODEN 40 HR Temperatura nominale (in/out) C 270 / / / / / / / 170 Potenza termica in ingresso kw OUTPUT - Acqua di raffreddamento Temperatura nominale (in/out) C 25 / / / / / 50 25/ / 52 Potenza termica all acqua kw PRESTAZIONI Potenza elettrica attiva lorda kw Efficienza elettrica lorda 19,9% 20,2% 20,3% 20,2% 20.1% 20.5% 20.3% Autoconsumi elettrici kw Potenza elettrica attiva netta kw Efficienza elettrica netta* 19,1% 19,2% 19,6% 19,5% 19.2% 19.5% 19.4% (*) Rapporto tra la Potenza elettrica attiva netta e la Potenza termica in ingresso dall olio diatermico 21

22 Tecnologie solari ad Alta Temperatura Concentratori parabolici lineari di grandi dimensioni Ricevitore puntuale su Torre Esempio: ANDASOL 1, Granada (Spagna) - ACS Cobra Esempio: PS 10, Siviglia (Spagna) - Abengoa 22

23 Soluzioni Turboden ad Alta Temperatura unità Turboden HRS TD 12 HRS TD 24 HRS TD 32 HRS* INPUT Olio diatermico Atteso Guarantito Atteso Guarantito Atteso Guarantito Temperatura nominale (in/out) C 305 / / / / / / 215 Potenza termica in ingresso kw OUTPUT Acqua di raffreddamento Temperatura nominale (in/out) C 25 / / / / / / 39 Potenza termica all acqua kw PRESTAZIONI Potenza elettrica attiva lorda kw Efficienza elettrica lorda 25,8 % 24,7 % 25,4 % 24,2 % 25,5% 24,5 % Autoconsumi elettrici kw Potenza elettrica attiva netta kw Efficienza elettrica netta** 24,8 % 23,6 % 24,4 % 23,1 % 24,5% 23,4 % Generatore elettrico Asincrono trifase, Asincrono trifase, Asincrono trifase, 50 Hz, L.V. (660 V) 50 Hz, M.V. (6 kv) 50 Hz, M.V. (6 kv) (*) Dati preliminari (**) Rapporto tra la Potenza elettrica attiva netta ie la Potenza termica in ingresso dall olio diatermico 23

24 Effiienza dei collettori solari [%] Vantaggi dei turbogeneratori ORC Turboden LS-2 collector, vacuum receiver IST collector Range di lavoro della tecnologia ORC Differenza tra temperatura media del fluido termovettore e temperatura ambiente [ C] Prestazioni calcolate con: Radiazione solare diretta = 900 W/m 2, Angolo d incidenza= 0 Curve di efficienza dei collettori solari da SANDIA Reports 24

25 Vantaggi dei Turbogeneratori ORC Turboden Vantaggi operativi (applicazioni a medie temperature). - Maggiori prestazioni dei collettori solari; - Possibilità di utilizzare collettori solari a basso costo; - Utilizzo di oli diatermici a basso costo; - Utilizzo di oli diatermici classificati come non tossici e non nocivi (secondo le direttive 67/548/CEE e 1999/45/CE); - Possibilità di implementare schemi impiantistici semplici: usando l olio diatermico sia come fluido termovettore che come mezzo di accumulo termico. 25

26 Referenze Impianto solare da 5.5 MW in costruzione Tipo d impianto: Solare termodinamico con accumulo termico ad olio Developer: Sopogy Località: Honolulu, Hawaii Data di avviamento: inizio 2012 Superficie netta dei collettori: circa m 2 Fonte di calore: olio minerale a 270 C nominali Sistema di raffreddamento: torri evaporative Accumulo termico: circa30 MWh, 2 serbatoi con olio diatermico Potenza elettrica totale lorda: 6 MW Efficienza elettrica lorda: 20.5% 26

27 Caso Studio Impianto ibrido Solare termodinamico da 1 MW Assunzioni Tecniche: 1. Collettori solari: parabolici lineari LS-2 (prestazioni secondo il report SANDIA: Test results SEGS LS-2 Solar Collector ) 2. Power Block: turbogeneratore ORC Turboden 12 HRS (Potenza nominale: 1 MW el ) 3. Fluido termovettore: Olio diatermico (Therminol 62 o simili) 4. Accumulo termico: Singolo serbatoio ad olio diatermico 5. Sistema di combustione della Biomassa: Sistema di combustione a griglia mobile con caldaia ad olio combustibile 6. Località: Sicilia (DNI: 1872 kwh/m 2 anno) 27

28 Potenza termica[kw] Analisi di funzionamento: Caso Studio Impianto ibrido Solare termodinamico giorno 1 giorno 2 giorno 3 giorno 4 giorno 5 giorno 6 giorno 7 Potenza termica in 1 settimana Th. Power from SUN Th. Power from BIOMASS Th. Power to ORC Th. Power from STORAGE

29 Caso Studio Impianto ibrido Solare termodinamico Principali dati d impianto - Dimensioni campo solare: circa m 2 - Numero di collettori solari: 288 unità - Lunghezza delle stringhe: circa 140 m - Numero di collettori per linea: 8 - Capacità nominale dell accumulo termico: 17 MWh th (3.6 ore equivalenti) - Potenza nominale della caldaia a Biomassa: 1.7 MW th (biomassa in ingresso *= 820 kg/h) (*) Assumendo: potere calorifico inferiore biomassa = 2.6 kwh/kg e rendimento caldaia =

30 Caso Studio Impianto ibrido Solare termodinamico Potenza in uscita: 1 MW el Layout preliminare di un impianto ibrido solare termodinamico basato su Turboden 12 HRS 30

31 Caso Studio Impianto ibrido Solare termodinamico Prestazioni dell impianto: - Produzione di energia elettrica lorda: 5320 MWh el /anno - Autoconsumo: 535 MWh el /anno - Produzione di energia elettrica netta (SOLARE): 2410 MWh el /anno (50.4%) - Produzione di energia elettrica netta (BIOMASSA): 2375 MWh el /anno (49.6%) - Fattore di carico annuale: 54 % - Efficienza di conversione Solare-Elettrica (punto di progetto): 15.9 % 31

32 Caso Studio Impianto ibrido Solare termodinamico Analisi economica: Power Block ,7% Sistema Biomassa ,2% 14,6% Sistema di accumulo termico ,8% 33,8% BOP Campo Solare Total investment

33 Caso Studio Impianto ibrido Solare termodinamico Analisi economica: Assunzioni: - Remunerazioni energia da SOLARE: - Feed-in premium: 250 /MWh el (25 anni) - Vendita dell energia: 90 /MWh el - Remunerazioni energia da BIOMASSSA : - Tariffa omnicomprensiva: 280 /MWh el (15 anni) Risultati: Ricavi vendita energia SOLARE: Ricavi vendita energia da BIOMASSA : Costi O&M + approvigionamento Biomassa: Flusso di cassa (per i primi 15 anni): Flusso di cassa (dal 16 anno):

34 Caso Studio Impianto ibrido Solare termodinamico Valore Attuale Netto PBT: 8.3 anni VAN (15 anni): TIR (15 anni): 12.5% VAN (25 anni): TIR (25 anni): 13.9% anni Ipotesi: Contributo a Fondo Perduto = 10% dell Investimento; Tasso di interesse = 5% 34

35 Turboden - Un caso di successo 35

36 I punti di forza di Turboden R&D Marketing/Vendite Design Produzione Manutenzione Partecipazione a programmi di ricerca nazionali ed europei Cooperazione con Università europee e centri di ricerca Ottimizzazione cicli termodinamici Selezione e controllo fluidi di lavoro Progettazione termofluido-dinamica; Programmazione e controllo del software di supervisione Valutazione della fattibilità tecnicoeconomica di impianti ORC Offerte personalizzate per massimizzare gli obiettivi economici e ambientali Sostegno per il raggiungimento di incentivi pubblici per energie rinnovabili Progettazione meccanica componenti totalmente in house Proprietary design e costruzione propria di turbine ottimizzate ORC STRUMENTI Programmi termofluido-dinamici FEA - Finite Element Analysis 3D CAD-CAM Analisi vibrazionale Fornitori selezionati di materiali e componenti Controllo qualità & project management Moduli montati in fabbrica per minimizzare tempi di montaggio in situ Avviamento e commissioning Manutenzione, assistenza tecnica e gestione parti di ricambio Monitoraggio a distanza & ottimizzazione della gestione degli impianti Numerosi brevetti o

37 Turboden - Fatti & Persone (Aggiornamento: Febbraio 2012) 37

38 Note

39 Note

40 Turboden s.r.l. Via Cernaia, Brescia, Italia tel fax info@turboden.it C.F./P.I. IT capitale sociale i.v. R.I.: C.C.I.A.A. di Brescia REA