MODALITA DI PRODUZIONE DELL ENERGIA ELETTRICA

Transcript

1 ALLEGATO 3.A MODALITA DI PRODUZIONE DELL ENERGIA ELETTRICA Autorizzazione Integrata Ambientale Impianto IPPC SEDAMYL S.p.A. (AIA n.1018 del 12/10/2007) Comune SALUZZO INDICE 1 di 17

2 PREMESSA... 3 CARATTERISTICHE PRINCIPALI DELL IMPIANTO COSTITUZIONE DI MASSIMA DELL IMPIANTO POTENZA TERMICA IMMESSA CON IL COMBUSTIBILE POTENZA ELETTRICA E POTENZA TERMICA COGENERATE RENDIMENTO ELETTRICO E GLOBALE DI IMPIANTO MODALITÀ DI FUNZIONAMENTO COGENERATIVE DELL IMPIANTO DATA PREVISTA DI ENTRATA IN ESERCIZIO... 7 DESCRIZIONE DEL CICLO PRODUTTIVO PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO COMPONENTI PRINCIPALI TURBINA A GAS CALDAIA ANCILLARY EQUIPMENTS RECUPERO TERMICO COMBUSTIBILI UTILIZZATI E CONSUMI RELATIVI di 17

3 PREMESSA La Sedamyl Spa intende realizzare una nuova centrale di cogenerazione CHP4. La nuova centrale di cogenerazione sarà costituita da un turbogas/alternatore alimentato con gas naturale (metano) e da una caldaia a recupero. Viene inoltre prevista la realizzazione di un impianto di post-combustione dimensionato per fornire, una produzione di vapore a 21 e 52 bar saturi. Di seguito la centrale cogenerativa in progetto per la produzione dell energia viene descritta nel suo complesso, secondo le linee guida fornite dalla Provincia di Cuneo - Settore Risorse Energetiche. Il ciclo produttivo viene anche descritto nella relazione tecnica sulle emissioni in atmosfera -Allegato 2- nel capitolo 4 (cfr. fase 1 - paragrafi 4.2, 4.3, 4.4). Si evidenzia che si presenta codesto progetto per l approvazione Provinciale all installazione della centrale per quanto concerne gli aspetti di energia e di emissioni in atmosfera. L impianto verrà installato nei 5 anni di futura vigenza dell AIA. Attualmente non si sa stabilire una data. Pertanto non si presenta ancora il progetto per l ottenimento del Permesso di Costruire, a cui si provvederà quando si renderà realizzabile la centrale. 3 di 17

4 CARATTERISTICHE PRINCIPALI DELL IMPIANTO 1 Costituzione di massima dell impianto Il nuovo gruppo di cogenerazione CHP4 comprenderà le seguenti apparecchiature principali (cfr. tavola n.5 e 6 di progetto): - n 1 turbogas completo di turbocompressore, camera di combustione e turbina a gas; - n 1 alternatore; - n 1 trasformatore di salita. - n 1 post-combustore è dimensionato per fornire una produzione di vapore a 21 e 52 bar saturi; - n 1 caldaia a recupero, che utilizza i gas di scarico del turbogas; - n 1 camino di by-pass caldaia per gestione transitori; - n 1 camino in uscita caldaia; - n 1 batteria per recupero termico e successivo camino di uscita dei fumi; - n 1 sala controllo - accessori vari, quali strumentazione di controllo ubicati in sala controllo. 2 Potenza termica immessa con il combustibile Il combustibile utilizzato sarà il gas naturale (metano) acquistato dalla società di gestione della rete locale. In genere, per il metano si considera un Potere Calorifico Inferiore (PCI) pari a circa kcal/nm 3 pari a kj/nm 3. 3 Potenza elettrica e potenza termica cogenerate Si precisa che la turbina non viene mai usata in assenza di assetto cogenerativo. La potenza elettrica generata è pari a omissis kwe. La potenza termica immessa nell impianto è pari a omissis kwt + omissis kwt (post combustore). 4 di 17

5 Bilancio di energia e di massa Riportiamo di seguito una tabella indicativa delle potenzialità termiche massime (MWt) dei turbogas e delle caldaie attualmente installate (situazione attuale) e quelle in progetto (situazione futura). E stata inoltre riportata una situazione di utilizzo futuro. In quanto la Ditta non necessiterà e non sfrutterà mai l intera produzione di vapore installata. omissis Si evidenzia che le caldaie Girola e CCT e il CHP1 sono impianti mantenuti come back up per le emergenze. Questo, al fine di far fronte alle necessità aziendali in fase manutentiva degli altri impianti. In seguito alla realizzazione del CHP4, si prevede la dismissione futura della centrale di cogenerazione CHP1, compatibilmente con le necessità produttive aziendali. Riportiamo di seguito una tabella indicativa del bilancio di massa e di energia dello stabilimento indicandone: il combustibile in ingresso mediamente consumato e l energia termica ed elettrica generata dai vari impianti in previsione delle installazioni future. omissis 5 di 17

6 Si precisa che per i calcoli riportati in tabella è stato considerato un Potere Calorifico Inferiore (PCI) del metano pari a kcal/nm3 pari a kj/nm3. L energia immessa in rete verrà riassorbita dallo stabilimento di Busca dove, oltre all attuale assorbimento elettrico è previsto un aumento dei consumi in vista della progettazione di un nuovo mulino. Inoltre, nel bilancio di energia non si è tenuto conto dell ulteriore beneficio ambientale dato dal fatto che la Sedamyl ha in progetto l ampliamento del TELERISCALDAMENTO della zona limitrofa allo stabilimento (lato sud). Infatti, si è previsto che la nuova caldaia possa donare una potenza termica di circa 500 kwt iniziali, che in un secondo tempo, aumentare sino a 1000 kwt. Il calore verrà fornito da una apposita sezione della nuova caldaia, che sarà posta in coda all'economizzatore della caldaia stessa. Si utilizzerà pertanto una quota di calore che altrimenti andrebbe al camino. 4 Rendimento elettrico e globale di impianto Il rendimento elettrico dell impianto è pari a: (potenza elettrica generata dal TG4) /potenza termica del combustibile in ingresso = 34,9% Il rendimento globale dell impianto, invece, è pari a: (potenza elettrica generata dal TG4 + potenza termica generata dalla caldaia a recupero + potenza termica generata dal post combustore) /potenza termica del combustibile in ingresso = 86.5% 5 Modalità di funzionamento cogenerative dell impianto Con riferimento alla richiesta di specificare le modalità di funzionamento ai sensi della Del.42/02, si sottolinea che il nuovo impianto è esattamente realizzato con le finalità indicate in tale delibera e cioè la produzione interconnessa di energia elettrica e termica: questo prima di tutto per questioni meramente economiche (non convengono 6 di 17

7 le produzioni di energia orientate solo alla produzione elettrica o solo alla produzione termica). La Delibera n. 42/02 introduce l indice di risparmio di energia IRE definito come il rapporto tra il risparmio di energia primaria conseguito dalla sezione di cogenerazione rispetto alla produzione separata delle stesse quantità di energia elettrica e termica e l'energia primaria richiesta dalla produzione separata. Questo indice è definito tramite una formula nella quale sono presenti anche dei coefficienti che tengono conto delle migliori tecnologie attualmente presenti. Il limite termico LT è invece definito come il rapporto tra l'energia termica utile prodotta e l'effetto utile complessivamente generato, pari alla somma dell'energia elettrica netta e dell'energia termica utile prodotte. Per beneficiare di riconoscimento di impianto cogenerativo ai sensi della Del. 42/02 devono risultare IRE>5% (per sezioni esistenti), IRE>10% (per nuove sezioni) e LT>22% (dopo ultimo aggiornamento con Del. 296/05). Per il nuovo impianto in progetto, i predetti indici a sé stanti sarebbero rispettivamente pari a 26% (indice IRE) e 60% (limite termico LT), quindi ampiamente superiori ai minimi richiesti. L impianto sarà in realtà integrato nella rete elettrica e termica dello stabilimento Sedamyl, già attualmente cogenerativo, contribuendo a migliorarne gli indici. 6 Data prevista di entrata in esercizio Si precisa che l impianto verrà realizzato nel medio periodo nell arco di vigenza dell AIA, ma in funzione delle esigenze produttive e delle disponibilità di investimenti aziendali. Seguiranno comunicazioni aggiuntive alle autorità, al riguardo. 7 di 17

8 DESCRIZIONE DEL CICLO PRODUTTIVO 7 Principi di funzionamento Riportiamo di seguito uno schema di flusso del ciclo di funzionamento della centrale di cogenerazione che verrà installata. Gas input Ossigeno Turbogas Energia elettrica Camino di bypass Fumi caldi (O 2 residuo) Gas input Post-Firing Caldaia a recupero Camino principale Energia termica Batteria recupero termico Camino Il ciclo combinato gas-vapore si basa su di un turbogas composto da un compressore che immette l'aria comburente calettato alla turbina e all'alternatore. L'aria immessa brucia in una camera di combustione e i fumi di scarico vengono utilizzati per ottenere lavoro meccanico in turbina. La centrale di cogenerazione con turbina a gas e caldaia a recupero sarà dotata di sistema di post-combustione. I fumi caldi in uscita dal turbogas contengono ossigeno residuo; un bruciatore inserito nel condotto posto tra il turbogas e la caldaia a 8 di 17

9 recupero sfrutta parte di tale ossigeno per bruciare il gas metano aggiuntivo ivi inserito. Una successiva caldaia a recupero utilizza i fumi caldi uscenti dalla turbina per generare vapore. In genere le centrali cogenerative hanno il vantaggio di un minor impatto ambientale in termini di emissioni, poiché sfruttano combustibili leggeri quali appunto il gas metano, oltre che un minor utilizzo di acqua per la condensazione. Inoltre, hanno un rendimento molto più alto delle centrali termoelettriche tradizionali, in quanto i fumi in uscita sono utilizzati per la creazione di vapore ad uso industriale. Le caratteristiche delle turbine a gas le rendono adatte alla produzione di grandi quantità di energia con ingombri assai limitati. 8 Componenti principali Con riferimento all immagine successiva, vengono descritte di seguito le principali componenti che caratterizzano il nuovo gruppo di cogenerazione. Nuovo Impianto di Cogenerazione 9 di 17

10 8.1 TURBINA A GAS La turbina a gas è il cuore del sistema. In essa l energia chimica del combustibile (potere calorifico) è trasformata in energia meccanica (coppia e numero di giri) ed in energia termica (calore contenuto nei fumi). La scelta del fornitore della turbina a gas sarà influenzata in maniera decisiva dalla qualità delle emissioni in atmosfera garantite dal costruttore. Tra le macchine presenti sul mercato attuale nella taglia di 6.65 MWe. Dati principali: - Costruttore: non ancora individuato - Potenza utile in sito= omissis kwe - Temperatura fumi = 510 C - Numero di giri = omissis rpm - Heat input: omissis MWt Il generatore produce l energia ad una tensione di omissis V ed alla frequenza di 50 Hz. E dotato di due coppie polari ed il sistema di eccitazione è di tipo brushless. Il diverter è una serranda comandata da un pistone ad aria e può deviare i fumi o al camino di by-pass o alla caldaia. Nella Figura successiva schematizziamo il core engine cioè il motore vero e proprio. 10 di 17

11 I componenti principali sono i seguenti: a) cassa di aspirazione aria b) albero con due cuscinetti a strisciamento c) compressore assiale d) camere di combustione disposte radialmente e) espansore (o turbina) a stadi. 8.2 CALDAIA Nell impianto di cogenerazione viene effettuato il recupero fumi del turbogas dalla caldaia. La ditta è in fase di scelta del fornitore della caldaia, ma le specifiche tecniche sono già state definite. Schema riassuntivo Camera di combustione FUMI 1050 C / 13 bar Espansione in turbina Lavoro meccanico FUMI 510 C / 0.2 bar Energia termica La caldaia a recupero utilizza parte del calore contenuto nei fumi per produrre vapore saturo. 11 di 17

12 Dati principali: Produzione nominale = omissis Pressione di esercizio = 21 e 52 bar saturi Temperatura fumi al camino = 88 C circa Il gas necessario per la combustione verrà prelevato dalla linea del metanodotto esistente a 23 bar che rifornisce lo stabilimento. L aria comburente è aspirata e filtrata da una batteria di filtri che verranno posti sul tetto del capannone in cui sarà ubicato l impianto. Essa passa tra le palette del compressore assiale subendo una compressione che la porta da pressione atmosferica a circa 13 bar. A causa della compressione la temperatura sale a circa 270 C. A questo punto entra nella camera di combustione, si miscela con il gas e brucia. La temperatura raggiunta è di 1050 C nel punto più caldo. L energia chimica posseduta dal gas metano si è trasformata in energia termica posseduta dai fumi. Questi vanno ad espandersi sulle palette della turbina, producendo lavoro. L energia meccanica ceduta all albero serve in parte per far ruotare il compressore della turbina, ed in parte per far ruotare il generatore di corrente. In uscita dalla turbina i fumi sono alla temperatura di circa 510 C. La caldaia è composta da: corpo principale per produrre vapore saturo a 21 e 52 bar serie di recuperatori termici di coda. Il corpo caldaia principale produrrà vapore saturo a 21 e 52 bar e sarà collegato alla rete di stabilimento. Le sezioni di recupero termico in coda sono costituite da: 1. economizzatore che preriscalda l acqua di alimento del corpo evaporante e del bollitore 2. preriscaldatore dell acqua inviata al degasatore termo-fisico che ha lo scopo di minimizzare il consumo di vapore del degasatore stesso 3. rete teleriscaldamento: tale sistema è in grado di restituire i fumi alla ciminiera alla temperatura di 90 C spingendo il rendimento globale del ciclo 12 di 17

13 termico a valori molto elevati. La rete di teleriscaldamento vedrà come utilizzatori alcune utenze di Sedamyl e utenze pubbliche. 8.3 ANCILLARY EQUIPMENTS Sono tutti quei sistemi a complemento del core engine. Elenchiamo di seguito i sistemi principali: 1) Sistema di regolazione della portata del gas Costituito da 2 valvole di regolazione poste in cascata: la prima provvede ad una prima riduzione della pressione del gas, la seconda effettua la regolazione fine. Siccome la macchina funziona, tranne che all accensione, a portata d aria costante (in quanto l albero ruota sempre a giri), le valvole danno più o meno gas a seconda del carico che si vuole dare alla macchina. 2) Sistema di movimentazione delle palettature statoriche Le prime 4 corone di palettature statoriche non sono fisse, ma le palette possono ruotare intorno al proprio asse (vedi immagine sottostante) mediante un sistema di leveraggi asservito ad un pistoncino pneumatico. Palette del compressore del turbogas Il sistema di controllo muove tali palette all avviamento, in modo da lasciare passare meno aria. Poi, man mano che la turbina sale di giri, le palette ruotano per lasciare passare più aria. In base alla potenza richiesta 13 di 17

14 all albero esse modulano la propria apertura, con lo stesso effetto dei turbocompressori a geometria variabile utilizzati nei motori automobilistici. 3) Riduttore di giri Deve ridurre i giri della turbina ai giri indispensabili per produrre corrente a 50 Hz nel generatore. Esso è di tipo epicicloidale, cioè con albero motore e albero condotto sullo stesso asse, con 3 satelliti disposti a ) Sistema di raffreddamento del cabinato acustico e del generatore Sia il generatore che il cabinato acustico vengono raffreddati con aria aspirata dall ambiente esterno; essa è prelevata dall esterno del fabbricato e filtrata, mentre l espulsione avviene tramite condotti insonorizzati. 5) Sistema elettronico di controllo e regolazione L impianto è dotato di sensori in grado di misurare le principali variabili. Tali informazioni vengono poi gestite da un computer il quale, in base ai rilevamenti effettuati, decide di conseguenza le azioni da intraprendere per il governo della macchina. 8.4 RECUPERO TERMICO Il risparmio energetico è fondamentale nel contenimento dei costi operativi, in special modo in un industria della tipologia di Sedamyl Spa, dove i costi energetici rappresentano la voce di costo maggiore. 14 di 17

15 La ditta necessita di recupere il calore presente nel fumo di scarico della caldaia principale (quelle a valle del turbogas 4). Il progetto prevede : - il prelievo dei fumi dalla ciminiera mediante ventilatore centrifugo ; - il convogliamento dei fumi a una batteria di scambio termico costituita da tubi alettati ; - una ciminiera di evacuazione dei fumi ; - un circuito ad acqua calda per il trasferimento del calore ; - batterie di scambio termico acqua calda/aria per il preriscaldo dell aria utilizzabile da un eventuale essicatore o per uso interno; Utilizzando il circuito intermedio ad acqua calda è possibile trasferire il calore recuperato anche a distanza, in quanto l acqua è facilmente pompabile con minimo dispendio di energia EMISSIONE SONORE Il ventilatore centrifugo è del tipo a bassa prevalenza. La sua velocità di rotazione è molto contenuta allo scopo di avere emissione sonora trascurabile. In ogni caso il ventilatore verrà incapsulato in un box insonorizzato. Le pompe di circolazione dell acqua calda sono anch esse a bassa velocità di rotazione ed emissione sonora trascurabile RISPARMIO ENERGETICO ATTESO La temperatura dei fumi in uscita dal camino del CHP4 è in media sui 120 C. La batteria di recupero termico sarà in grado di abbattere tale temperatura sino a 55 C in inverno e 65 C in estate. Si assume quindi una temperatura media dei fumi in uscita di 60 C. La portata dei fumi è di circa 25 kg/sec. Il recupero teorico ottenibile è quindi (assumendo un Cp dei fumi di 0.25 Kcal/Kg C) di 25 x 0.25 x (120-60) x 3600 = Kcal/h equivalente a circa 158 Smc/h di gas naturale. Si ha quindi un risparmio teorico annuo (ipotizzando di utilizzare l impianto a pieno regime per 6000 h/anno e assumendo un costo del gas naturale di 0.3 /Smc) di 158 x 6000 x 0.3 = 285 k /anno. 15 di 17

16 Tale risparmio va diminuito dall energia elettrica necessaria per il ventilatore centrifugo (37 kwe) e per il pompaggio dell acqua (15 kwe) e cioè = 52 kwe 52 x 6000 h x 0.07 = 22 k /anno ( assumendo 0.07 /Kwh il costo dell energia elettrica ) Il risparmio netto annuale è quindi di circa 260 k /anno EMISSIONI IN ATMOSFERA CAMINI AGGIUNTI BATTERIA RECUPERO TERMICO Visto la previsione di installare una batteria di recupero termico i fumi uscenti dalla ciminiera della caldaia verranno captati e deviati allo scambiatore, che a sua volta gli rilascerà in atmosfera su un nuovo camino. I fumi in uscita da tale camino sono gli stessi che prima venivano espulsi dalla ciminiera della caldaia. Hanno quindi le stesse caratteristiche come valori di inquinanti CO e NOx. La temperatura di uscita è ovviamente minore (scopo del progetto). Le ciminiere aggiunte hanno un diametro più piccolo rispetto quelle delle caldaie. La velocità dei fumi all uscita delle ciminiere aggiunte è pari a 20 m/sec per permettere una buona dispersione degli stessi. Si precisa che il misuratore in continuo degli inquinanti (SME) è collocato all inizio della ciminiera di uscita caldaia (in un tratto ancora all interno dell edificio): dunque la batteria per recupero termico non influenza in nessun modo le misurazioni dello SME in quanto i fumi aspirati dall impianto in progetto sono passati prima nel tratto di ciminiera su cui è collocato il prelievo dello SME. 16 di 17

17 9 Combustibili utilizzati e consumi relativi Di seguito una tabella indicativa del quantitativo annuo di farina processata nel ciclo produttivo della Sedamyl Spa di Saluzzo, del consumo annuo di metano (unico combustibile di stabilimento) e dell energia assorbita dell intero stabilimento Sedamyl di Saluzzo. omissis I dati relativi agli anni 2010, 2011 (in verde) sono quelli effettivi di produzione, mentre i dati relativi agli anni 2012, 2013 (in giallo) sono stimati. Qualora fosse installato il CHP4 si pensa di aumentar la produttività di farina lavorata. Per le ore di funzionamento si consideri che i nuovi impianti funzioneranno in continuo. Volendo decurtare le ore di fermo macchina per manutenzione, si possono considerare mediamente 8400 ore di funzionamento annue del turbogas. 17 di 17