TERZA CONFERENZA ANNUALE FIRE

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1 TERZA CONFERENZA ANNUALE FIRE Roma Aprile 2014 I CERTIFICATI BIANCHI A SOSTEGNO DEI RECUPERI TERMICI DA PROCESSO INDUSTRIALE Marco Baresi, Institutional Relations Manager Turboden

2 Recuperi termici da processo industriale Valorizzazione del calore residuato da processo industriale oggi disperso in atmosfera

3 Recuperi termici da processo industriale con tecnologia ORC processo industriale riduzione dei consumi calore residuo gas, liquidi, vapori ORC Organic Rankine Cycle energia elettrica generatore energia termica a bassa temperatura scambiatore recupero calore energia termica processo, utenze termiche civili e industriali

4 Temperature Copyright Turboden S.r.l. All rights reserved Temperature What is the ORC? Cycle it is a thermodynamic cycle EXPANDER Rankine it is theoretically given by 2 isobar and 2 adiabatic thermodynamic transformations EVAPORATOR Organic it exploits an organic working fluid FEED PUMP CONDENSER The principle is based on a turbo-generator working as a normal steam turbine to transform thermal energy into mechanical energy and finally into electric energy through an electric generator. Instead of the water steam, the ORC system vaporizes an organic fluid, characterized by a molecular mass higher than water, which leads to a slower rotation of the turbine and lower pressure and erosion of the metallic parts and blades Efficiency: 98% of incoming thermal power is transformed, into electric power (around 20%) and heat (78%), with extremely limited thermal leaks, only 2 % due to thermal isolation, radiance and losses in the generator; the electric efficiency obtained in non-cogeneration cases is much higher (more than 24% of the thermal input) Water / Steam Organic fluid Entropy Entropy 4

5 ORC vs. tradizionali cicli a vapore Features Alta efficienza della turbina (~ 85%) Basso numero di stadi Basso stress meccanico della turbina (bassa velocità periferica, temperatura moderata) Assenza erosione pale (no liquido) e ridotta corrosione di scambiatori e piping Piccolo salto entalpico + Elevata portata volumetrica Bassi giri al minuto della turbina Accoppiamento diretto al generatore elettrico (1500/1800/3000/3600 RPM) Vantaggi operativi Start-stop semplificato Automatizzato, operatore non richiesto Bassa rumorosità Alta disponibilità Buoni rendimenti a carico parziale O&M minimi Lunga vita 5

6 Le applicazioni ORC Biomassa Geotermia elettricità Solare Termodinamico Recupero Calore 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. unità standard da 200 kwe a 10 MWe soluzioni personalizzate > 10 MWe 6

7 Impianti Turboden nel mondo Applicazione taglia impianti In costruzione Totale MW no. MW no. MW no. MW Biomassa legnosa Geotermia Recupero da motori Recupero Oil&Gas Recupero Cemento e Refrattari Recuperi Metallurgia Recupero Vetro Recupero trattamento rifiuti Totale impianti Turboden Paese plants Country plants Germania 82 Nord America 6 Italia 74 Russia 7 Austria 32 Turchia 3 Altri in Europe 68 Resto del mondo 7 7

8 Efficienza nell industria con i recuperi termici TEE: strumento per l industria Delibera AEEG EEN 9/11 28 Ottobre 2011 Progetti a consuntivo «Utilizzo di calore di recupero per la generazione di energia elettrica» 8

9 Un opportunità per il rilancio dell industria gli studi italiani Fonte Benefici attesi da recuperi termici con tecnologia ORC Novembre 2012 AGICI - Osservatorio Internazionale per le Rinnovabili Giugno 2013 Strumento di politica industriale per il rilancio dell industria italiana Smart Energy Project Ottobre 2013 Beneficio sistema paese 1,7 Miliardi in 17 anni con il 50% di penetrazione sul potenziale Primato tecnologico italiano 9

10 Un opportunità per il rilancio dell industria gli studi europei Fonte HREII e HREII Demo (Italia) ADEME (Francia) Novembre 2012 Benefici attesi H-REII quantificare il potenziale di recupero calore nelle industrie energivore italiane promuovere policy di efficienza energetica in Italia e diffondere best practice H-REII DEMO estendere il modello ad altri Paesi UE ( Francia e Regno Unito!) realizzazione il primo dimostratore di recupero calore da forno elettrico siderurgico (EAF) con ORC da 3 MWe Il meccanismo Italiano di incentivazione dei recuperi termici rappresenta una eccellenza mondiale In Francia in fase di definizione policy dedicate ECOFIS (Regno Unito) Marzo 2014 Il potenziale economicamente recuperabile dall industria inglese ammonta a oltre 7 TWh/anno 10

11 in Italia? 11

12 Il caso studio in vetreria Scambiatore di calore per sistema di recupero ORC in serie alla torre di Quenching Camino Torre di Quenching Ventilatore DeNOx, DeSOx, ESP 12

13 Business plan: recupero in vetreria vetro piano CAPEX: OPEX e tasse: Potenza netta: 1 MWe Ore di funzionamento: 8000 h/a Energia prodotta: 8000 MWh/a Costo del capitale: 7 % Progetto ante delibera 578/2013/R/EEL Payback Time ipotizzato : 5 anni TIR a 18 anni: 21% Avviato nel 2012 Risparmio: 1496 tep/a TEE : TEE/a Valore energia elettrica (*): 130 /MWh Oneri Generali di sistema (*): 50 /MWh Dopo delibera 578/2013/R/EEL (dicembre 2013) Esborso oneri di sistema: /anno Impatto su cash flow applicazione retroattiva! Payback Time (con pagamento oneri): 12 anni TIR a 18 anni: 10% DCF con oneri DCF senza oneri NPV con oneri NPV senza oneri -4-6 (*): al netto dello sconto energivori previsto dall art

14 Il caso studio in fonderia Sorgente: olio diatermico per raffreddamento del cubilotto Potenza in ingresso ORC da olio diatermico: Circa 3,1 MW Temperatura Olio: 232 C Potenza termica all acqua di raffreddamento: 2,6 MW Potenza ORC netta: 400kWe Andamento portata della sorgente di calore [m 3 /h]

15 Business plan: recupero in fonderia CAPEX: OPEX e tasse: Potenza netta: 400 kw Ore di funzionamento: 6000 h/a Energia prodotta: 2400 MWh/a Costo del capitale: 7 % Progetto ante art. 39 «sconto energivori» Valore energia elettrica: 140 /MWh Payback Time (no pagamento oneri) : 9 anni TIR a 18 anni: 13% Risparmio: 449 tep/a TEE : 1508 TEE/a Valore energia elettrica (*): 126 /MWh Oneri Generali di sistema (*): 50 /MWh Dopo art. 39 «sconto energivori» Valore energia elettrica: 126 /MWh Payback Time (sconto energivori) : 11 anni TIR a 18 anni: 10% Payback Time (con pagamento oneri): 16 anni TIR a 18 anni: 7% DCF con oneri DCF senza oneri NPV con oneri NPV senza oneri

16 Recuperi termici: la supply chain Materials Components Project End Users Steel Iron Primary Heat Exchanger (steam, thermal oil, molten salts) Finance Industry Aluminum Copper ORC systems, Steam turbines Consulting Employment Cement Glass Generators Condenser Engineering and plants Research & Development Plastic Wood Evaporative Systems Electrical components Project Management Emissions reduction 16

17 Conclusioni J.M. Barroso to the European Council, Marzo 2014 recupero calore opportunità di politica industriale efficienza energetica competitività delle imprese altamente energivore sostenibilità economica e ambientale innovazione 17

18 Conclusioni ma sono necessarie azioni di indirizzo e supporto policy & quadro regolatorio è corretto che l industria paghi gli oneri di sistema sull energia acquistata per il processo e li paghi anche su quella generata dai fumi di scarto per autoconsumo? i TEE devono rappresentare una leva per investimenti strutturali in efficienza energetica nell industria Italiana finanza dedicata per efficienza energetica fondo investimenti + garanzie per industrie altamente energivore (mid caps e grandi imprese) formazione disseminazione best practice 18

19 Grazie per l attenzione! Marco Baresi, Institutional Relations Manager Turboden

20 Back up slides

21 Oltre 30 anni di esperienza Prof. Mario Gaia matura esperienza nel campo degli ORC all interno del suo gruppo di ricerca presso il Politecnico di Milano 1976 primo prototipo di ORC per solare termodinamico Turboden installa impianti ORC a biomassa, soprattutto in Austria, Germania e Italia Turboden progetta di entrare in nuovi mercati, con un focus sul Nord America Prime applicazioni di recupero calore MHI acquisisce la maggioranza di Turboden. Gli azionisti italiani rimangono alla guida dall azienda Oggi Più di 250 impianti ORC nel mondo, 200 in marcia Prof. Mario Gaia fonda Turboden per produrre e realizzare turbogeneratori ORC Turboden sviluppa progetti di ricerca nelle applicazioni solare, geotermia e recupero di calore 1998 Primo impianto ORC a biomassa in Svizzera (300 kw) 2009 Turboden raggiunge i 100 impianti venduti United Technologies Corp. (UTC) acquisisce la maggioranza delle quote di Turboden. PW Power Systems supporta Turboden in nuovi mercati fuori dall Europa UTC esce dal mercato dell energia, sottoscrivendo un alleanza strategica con Mitsubishi Heavy Industries PW Power Systems diventa una società del Gruppo MHI 21

22 Oltre 30 anni di esperienza 1984 Turbogeneratore ORC 40 kw el per applicazione solare a Perth, Australia 2008 Turbogeneratore ORC per recupero calore da 3 MW, Belgio 1987 Turbogeneratore ORC a biomassa da 3 kw el, Milano 2009 Primi 100 impianti e 100MW el installati 2010 Primo impianto oltreoceano 1988 Impianto geotermico ORC da 200 kw el in Zambia 2013 Oltre 250 impianti ORC nel mondo 22

23 TEMPERATURA Principio termodinamico: il Ciclo ORC TURBINA POTENZA ELETTRICA GENERATORE OLIO DIATERMICO EVAPORATORE RIGENERATORE ACQUA CONDENSATORE ENTROPIA POMPA 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. 23

24 Realizzazioni Turboden settore cemento Cimar - Italcementi Group Site: CIMAR ITALCEMENTI GROUP (Morocco) Clinker production capacity: ton/day Heat source: PH exhaust gas at 330 C Cooling: water condenser + air-coolers No water consumption ORC electric power: 2 MWe In operation since 4 th quarter 2010 Working hours: h Availability: >98% The plant is being hybridized with CSP (Concentrated Solar Power) taking advantage of the ORC extra capacity AGC Glass Europe Site: Cuneo - Italy Client: GEA Process Eng Final Client: AGC Glass Europe Started up: March 2012 Heat source: 500 C from glass production process Heat carrier: thermal oil Cooling: water condenser + air-coolers Electric power: 1.3 MWel

25 Realizzazioni Turboden settore cemento Holcim Romania Holcim Group Client: Holcim Romania - Alesd Clinker production capacity: 4000 ton/day Heat source: exhaust 360 C (PH) and hot 250 C (CC) Thermal oil (PH) and pressurized water (CC) heat recovery loops Cooling: water condenser + wet cooling tower ORC electric power: ~ 4 MWe Started up: July 2012 (8000 working hours) Availability: >98% Holcim Slovakia Holcim Group Site: Rohoznik (Slovakia) Client: Holcim Slovensko A.S. Started up: February 2014 Heat Source: exhaust gas from PH and CC Heat carrier: thermal oil Cooling: water condenser + wet cooling tower Electric power: 5 MWe (PH): preheating system, (CC): clinker cooler

26 Realizzazioni Turboden: refrattari e alluminio Refractories RHI Group Austria Site: Radenthein - Austria Client: RHI GROUP Refractory production capacity: 250 ton/day Heat source: refractory ovens exhaust 500 C Gas cooled down to ca. 150 C ORC electric power: ca. 1 MWe In operation since 1 st quarter 2009 Aluminum Undisclosed customer Site: Germany Client: not disclosed Heat source: exhaust gas from scrap melting rotary furnace Heat transfer: thermal oil ORC electric power: 1.7 MWe Expected start up: 4 th quarter 2014

27 Realizzazioni Turboden: scambio diretto da laminatoio acciaio Billet reheating furnace at steel rolling mill Client: NatSteel Tata Group Site: Singapore Started up: February 2013 Heat source: exhaust gas from LFO 400 C Direct exchange between exhaust gas and working fluid ORC electric power: ~ 0.7 MW 4 th Direct exchange ORC unit in operation 27

28 Realizzazioni Turboden: turbine a gas Gas Compressor Station Trans Gas Heat recovery from Solar CENTAUR gas turbine in a Gas Compressor station in Canada Gas Turbine prime power: 3.5 MWe Gas Turbine efficiency: 28% ORC electric power: 1 MWe General Contractor: IST (Innovative Steam Technologies) Final Client: TransGas In operation since IV quarter 2011 Gas Compressor Station Polympex Heat recovery from Solar TITAN 130 gas turbine in a Gas Turbine Power Plant (GTPP) in Russia (Moscow region) Gas Turbine prime power:: 25 MWe Gas Turbine efficiency: 30% ORC electric power: 3 MWe Direct exchange cogenerative solution ORC thermal power 15 MWth of hot water at 90 C General Contractor: Energo development LCC Final Client: Polympex Expected start up: 4 th quarter 2014

29 Realizzazioni Turboden: trattamento rifiuti Waste To Energy Mirom, Belgium Heat recovery from pressurized water boiler in waste incinerator Customer: MIROM (Roeselare - Belgium) Source: hot water at 180 C (back at 140 C) Cooling source: air coolers ORC electric power: 3 MWe Net electrical efficiency: 16.5% Availability: >98% In operation since 2 nd quarter 2008 Waste Gasifier ITC Turkey Heat recovery from exhaust gas from the waste gasifier Plant site: Ankara (Turkey) Heat carrier: thermal oil Application: power only ORC electric power: 5.5 MWe ORC efficiency: up to 25% Final Client: ITC-KA Enrji Uretim Sanavi Ve Ticaret A.S. In operation since 1 st quarter 2014 Another 5.5 MWe ORC unit to be installed: expected start up: 2 nd quarter 2015