Stato delle tecnologie: I moduli ORC Turboden per applicazioni a Biomassa

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1 Alessandro Guercio Biomasse ad uso energetico: un'opportunità per lo sviluppo sostenibile del territorio Auditorium ENEA Centro Ricerche Saluggia - 3 luglio 2012 Codice doc. Aggiornamento: 02/07/2012 Stato delle tecnologie: I moduli ORC Turboden per applicazioni a Biomassa

2 Agenda La società e i prodotti Turboden La cogenerazione a biomassa con moduli ORC: il teleriscaldamento e la produzione del pellet di legno Gli sviluppi normativi Casi applicati 2

3 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. 3

4 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 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 6 Copyright Turboden S.r.l. All rights rerved

7 Mercato Europeo ORC p>300kw Le principali applicazioni ORC Turboden in Europa sono in cogenerazione a biomassa 30% Traditional markets (1) New markets (2) 70% (1) Italy, Germany, Austria, Switzerland (2) Mainly Eastern Europe, Northern Europe, US, Russia 7

8 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

9 Turboden - Fatti & Persone (Aggiornamento: Febbraio 2012) 9

10 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 10

11 Copyright Turboden S.r.l. All rights rerved Impianto ORC in un processo di cogenerazione da biomassa 11

12 12 Il ciclo termodinamico 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. Copyright Turboden S.r.l. All rights rerved

13 13 I vantaggi tecnici ed operativi del ciclo ORC 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

14 Biomassa Combustibili & Applicazioni Combustibili Biomassa legnosa: segatura, cippato, corteccia, legno trattato Altra biomassa (fanghi biologici, paglia, scarti di potature, bucce di cereali, etc.) Rifiuti Utenti Termici Essiccazione legname in segherie Essiccazione segatura per produzione pellet Preriscaldo aria per produzione MDF Reti di teleriscaldamento Refrigerazione Serre 14

15 Cogenerazione a biomassa: teleriscaldamento SENZA ORC BIOMASSA CALDAIA A BIOMASSA Acqua fredda Acqua calda UTENTE TERMICO Energia elettrica CON ORC BIOMASSA CALDAIA A BIOMASSA Olio diatermico Acqua fredda UTENTE TERMICO 15

16 La produzione del Pellet In Italia il consumo di pellet di legno al 2012 si stima essere pari a c.a 2 M ton/anno, con una produzione interna stimata in c.a 600k ton/anno. La quasi totalità della produzione interna avviene in impianti che utilizzano energia elettrica dalla rete e combustibili fossili per il processo di essiccazione della segatura. Il pellet così prodotto si carica di un peso ambientale già all origine. La cogenerazione a biomassa al servizio della produzione di pellet permette di utilizzare i residui quali cortecce e ramaglie per generare l energia elettrica e il calore necessari al processo produttivo. 16

17 Cogenerazione a biomassa: la produzione del pellet I moduli CHP producono calore sotto forma di acqua calda ad elevata temperatura utilizzato in essiccatoio a nastro tramite uno scambiatore acqua/aria Nessun cambiamento nel resto del processo produttivo La produzione di pellet avviene grazie alla elettricità e al calore cogenerato a partire dai residui della lavorazione 17

18 La normativa italiana per impianti a biomassa D. Lgs. n. 28 del 3 marzo 2011 (recepimento 2009/28/CE e decreti attuativi (bozza di decreto elettrico) Introduzione del contingente massimo annuo controllato tramite i registri Differenziazione dell incentivo in base a: Tipologia di biomassa Taglia dell impianto Introduzione dei bonus: Cogenerazione Teleriscaldamento Emissioni Riduzione effetto serra Biomassa da filiera 18

19 Investimenti e utilizzo delle risorse L investimento necessario per una centrale termica da 1MW di potenza elettrica e 4 MW di potenza termica è pari a circa 5M. L investimento per la rimanente parte dell impianto è funzione della tipologia di applicazione. In caso di TLR lo sviluppo della rete costa mediamente /km. Un impianto di questo tipo può produrre c.a 6500MWh di elettricità netta annualmente che con i dati contenuti nella nuova bozza di decreto elettrico genera dei ricavi pari a c.a 1,6M /anno (ipotesi 0,24 /kwh). La valorizzazione dell energia termica è funzione della tipologia e della dimensione dell utenza termica. Il fabbisogno di biomassa combustibile è pari a c.a t/anno, che valorizzata con un prezzo di acquisto pari a 50 /ton redistribuisce sul territorio c.a /anno. 19

20 Casi applicati: il TLR di Tirano T.C.V.V.V. - Il precursore! Ciente: T.C.V.V.V. spa Applicazione: teleriscaldamento Luogo: Tirano (SO) Italy Modello ORC: T1100 CHP Avviamento: giugno 2003 Potenza elettrica: 1,1 MWel Potenza termica: 4,8 MWth Temperatura acqua: C Tipo biomassa: cippato Estensione della rete: 31 km Numero di utenze allacciate: 716 Popolazione servita (stima): 7000 abitanti ca t/anno di CO 2 risparmiata valorizzazione risorse locali e fonti rinnovabili partenariato diffuso, oltre 230 soci 20

21 Casi applicati: Produzione pellet Piopmen - Filiera a ciclo chiuso nel parco del Ticino Cliente: Azienda Agricola Piopmen I Leprotti Applicazione: Produzione di Pellet Luogo: Abbiategrasso (MI) Italy Modello ORC: T200 CHP Avviamento: giugno 2010 Potenza elettrica: 238 kw Potenza termica: 1,2 MW Temperatura dell acqua (in/out): C Tipo di biomassa: cippato t/anno di CO 2 risparmiata legname da Consorzio forestale del Ticino e da altre aziende nel raggio di km 21

22 Alessandro Guercio 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