Dai residui vegetali, urbani e zootecnici energia per il territorio

Transcript

1 Dai residui vegetali, urbani e zootecnici energia per il territorio Tecnologie ed Applicazioni Energetiche Delle Biomasse Agroforestali Foligno Palazzo Trinci 25 Ottobre 2007 Relatore Prof. Ing. Franco Cotana Direttore del Centro Ricerca Biomasse Università di Perugia Cogenerazione a biomasse: Progetti del CRB 1. FACEB-ERAP ERAP Energia Rinnovabile ed aria pulita 1 MW e + 5 MW t (300 minicentrali in Italia nei prossimi 10 anni, 20 minicentrali in Umbria) 2. Gassificazione da 60 kw e a 800 kw e COGENERAZIONE(MICRO) Gassificatore per cippato 20% Umidità 3. Biogas - ERAARZ da 40 kwe a 800 KWe COGENERAZIONE (MICRO) (Energia Rinnovabile per le Aziende Agricole derivante da Reflui Zootecnici) (Az. Zootecnica Provincia di Terni) 4. Potature - ERAASPV da 100 a 400 kw t CALORE + VAPORE (MICRO) (Energia Rinnovabile per le Aziende Agricole derivante da Scarti Potature dei Vigneti) (Azienda Vitivinicola Provincia di Perugia) 5. Olio vegetale 200 kwe kwt dalla filera girasole o soia. (Impiego di olio vegetale in motori appositi per la cogenerazione) 6. Co-Combustione Combustione con carbone di biomassa secca da Sorgo da Fibra, Canna, Pioppo, SRF, ramaglie, potature 7. Co-Combustione Combustione con GAS Naturale di biogas (eventuale e syngas da gassificazione di biomasse e carbone) 8. Bioetanolo II Generazione dalla filiera Legno-cellulosa impiego di Celle a Combustibile 9. BioPolimeri

2 1. PROGETTO FACEB: FILIERA AGROFORESTALE PER CENTRALI A BIOMASSA DI PICCOLA TAGLIA 1. PROGETTO FACEB-ERAP ENERGIA RINNOVABILE E ARIA PULITA : PROGETTO 1 MWE E 4 MWT OGNI 100 KM

3 Analisi tecnica dell impianto Dati tecnici centrale Potenza elettrica lorda Potenza termica Rendimento elettrico Produzione elettrica Produzione termica Energia elettrica prodotta Energia termica prodotta Investimento Ricavi annui stimati (primi 8 anni) Payback period 1 MW 5 MW 0, ore/anno ore/anno MWh/anno MWh/anno 10 milioni 2,5 milioni 6 (4,5) anni Caratteristiche Biomassa Quantità ton/anno PCI medio kj/kg Contenuto ceneri 6 % Produzione ceneri 900 ton/anno Analisi tecnica dell impianto Biomassa in ingresso Quantità = ton/anno PCI medio = 13 MJ/kg Caratteristiche tecniche dell impianto Potenza elettrica lorda 1,1 MW Potenza termica lorda 5 MW Ceneri 900 ton/anno Energia Energia elettrica = 6300 MWh/anno Energia termica = MWh/anno

4 Sistema automatico per la raccolta e la cippatura Sistema automatico raccolta e cippatura biomassa Edifici e coperture Sistema di essiccazione Sistema di gassificazione Sistema di conversione dell energia Sistema automatico per la raccolta e la cippatura Sistema automatico raccolta e cippatura biomassa Costo N operatori Produttività t/h

5 Sistema automatico per la raccolta e la cippatura Macchina per la raccolta, trinciatura e pre-essiccazione della biomassa Sono state realizzate delle prove di trinciatura e convogliamento di biomassa impiegando macchinari attualmente presenti sul mercato.

6 Minicentrali Esempio Città di Castello: circa il 10% del consumo energetico elettrico e termico della città Centrale a biomassa a Ciclo Rankine Organico: SCHEMA DI PRINCIPIO

7 PIATTAFORMA ORC PIATTAFORMA ORC

8 LAYOUT D IMPIANTO LAYOUT D IMPIANTO

9 2. GASSIFICAZIONE 2. Progetto Energia GAS-BIOCOGEN: Tecnologie di conversione energetica: Gassificatore CARATTERISTICHE Ore funzionamento annue Potenza elettrica netta 60 kw Potenza termica netta 60 kw Rendimento elettrico 25 % - 30 % Costi specifici Costo di investimento /kw Ricavi annui totali stimati Payback period 5/6 anni Consumo biomassa 360 ton/anno

10 Coclea di carico Motore Pulizia gas Alimentazione del gassificatore 1 Kg di biomassa in input: Cippato di legno 1 kwh elettrico Insilato di mais Sorgo da fibra

11 3. PROGETTO ERAARZ: ENERGIA RINNOVABILE PER LE AZIENDE AGRICOLE DERIVANTE DA REFLUI ZOOTECNICI PROGETTO ERAARZ Azienda agricola dispone di 200 CAPI BOVINI di peso vivo pari a 1800 q 6 tonnellate giorno di deieizioni Azienda agricola dispone di STOCCHI DI MAIS: 100 kg/giorno TECNOLOGIA DI IMPIANTO DI DIGESTIONE ANAEROBICA: Impianto di co-digestione Digestore di tipo Plug-flow Condizioni di termofilia (45 C) Tempo di ritenzione di 15 giorni Schema semplificato Configurazione costruttiva compatta mobile e modulare

12 SCHEMA D IMPIANTO CARATTERISTICHE Ore funzionamento annue Potenza elettrica netta Costi specifici Costo di investimento Ricavi annui totali stimati Payback period kw /kw /6 anni 4. PROGETTO ERAASPV: ENERGIA RINNOVABILE PER LE AZIENDE AGRICOLE DERIVANTE DA SCARTI DI POTATURA DEI VIGNETI

13 PROGETTO ERAASPV Studio della filiera del recupero energetico delle potature presso un azienda vitivinivicola umbra Obiettivi del progetto: 1. Autonomia energetica dell azienda 2. Risparmio di energia da fonte primaria fossile 3. Sviluppo di sistemi di conversione dell energia da biomassa 4. Sviluppo dell indotto legato alla filiera. La filiera si articola nelle seguenti fasi: raccolta della potatura stoccaggio cippatura conversione energetica RACCOLTA DELLE POTATURE Le potature sono state raccolte con una macchina rotoimbalatrice. Superficie a vigneto: 200 ha Produzione potatura: 0,5-0,7 t/ha Biomassa disponibile: circa 100 tonnellate/anno PCI db = kj/kg

14 STOCCAGGIO Balle di potatura: ESSICCAZIONE NATURALE CIPPATURA CARRO MISCELATORE: Macchine usate in zootecnia

15 CONVERSIONE ENERGETICA Combustione Caldaia ad olio diatermico Potenza nominale Temperatura olio diatermico Pressione olio diatermico Porta olio diatermico 40 kw 280 C 10 bar 30 m 3 /h N 6 Macchine frigorifere assorbimento da 13 kw Temperatura acqua refrigerata - 10 C Fabbisogni termici e frigoriferi CONVERSIONE ENERGETICA DELLA BIOMASSA ACQUA CALDA 85 C (riscaldamento locali e produzione acqua calda sanitaria) ACQUA REFRIGERATA -10 C (Processo di vinificazione) ACQUA FREDDA 7 C (condizionamento estivo dei locali) VAPORE (processi sterilizzazione delle bottiglie) Consumo gasolio l/anno Costo realizzazione impianto Consumo GPL Consumo elettrico per gruppi frigo l/anno 1010 MWh/anno Costo annuo produzione cippato Risparmio economico annuo 100 /t /anno Risparmio gasolio Risparmio GPL l/anno l/anno Ricavo annuo (al netto delle spese) /anno Risparmio energia elettrica Risparmio economico annuo (compresi i certificati bianchi) CONSUMI E RISPARMI 18 MWh/anno /anno Tempo di ritorno dell investimento Durata dell impianto ANALISI ECONOMICA 8-9 anni 15 anni

16 5. OLIO VEGETALE 5. Olio vegetale Impianto di produzione di olio vegetale da semi di girasole abbinato ad un motore a combustione interna, alimentato dallo stesso olio prodotto, con sezione di cogenerazione per la produzione di energia elettrica ed energia termica

17 5. Olio vegetale IMPATTO AMBIENTALE VANTAGGI AMBIENTALI STUDIO DI FATTIBILITÀ DI UN IMPIANTO DI TRIGENERAZIONE ALIMENTATO AD OLIO VEGETALE La ristrutturazione della Rocca di S.Apollinare (Marsciano PG) prevede la realizzazione di un impianto di trigenerazione alimentato ad olio vegetale. L impianto consentirà quindi la produzione di: -Energia elettrica; -Acqua calda per il riscaldamento locali ed utilizzo sanitario; -Acqua refrigerata per il condizionamento estivo.

18 Layout Stoccaggio e cogeneratore ANALISI ECONOMICA COSTI FISSI OPERE CIVILI IMPIANTO PRODUZIONE BIOCOMBUSTIBILE E COGENERATORE MACCHINA AD ASSORBIMENTO E RETE DI DISTRIBUZIONE TOTALE IMPORTO IVA IVA IVA IVA 1) IPOTESI DI FUNZIONAMENTO DI 4000 ore/anno COSTI COSTO MATERIA PRIMA (22 /q q) COSTO GESTIONE IMPIANTO (1 persona + manutenzione) TOTALE RICAVI ENERGIA ELETTRICA AL GESTORE DI RETE E CERTIFICATI VERDI ( kwh/anno 0,2 /kwh) RISPARMIO METANO DA PROD. CALORE E FREDDO IN TRIGENERAZIONE (400 MWh/anno 70 /MWh) VENDITA PANI COME MANGIMI ZOOTECNICI (1 850 q/anno 10 /q) TOTALE IMPORTO /anno + IVA /anno + IVA /anno + IVA IMPORTO /anno + IVA /anno + IVA /anno + IVA /anno + IVA

19 2) IPOTESI DI FUNZIONAMENTO DI 7000 ore/anno COSTI FISSI OPERE CIVILI IMPIANTO PRODUZIONE BIOCOMBUSTIBILE E COGENERATORE MACCHINA AD ASSORBIMENTO E RETE DI DISTRIBUZIONE TOTALE IMPORTO IVA IVA IVA IVA COSTI COSTO MATERIA PRIMA (22 /q q) COSTO GESTIONE IMPIANTO (1 persona + manutenzione) TOTALE RICAVI ENERGIA ELETTRICA AL GESTORE DI RETE E CERTIFICATI VERDI ( kwh/anno 0,2 /kwh) RISPARMIO METANO DA PROD. CALORE E FREDDO IN TRIGENERAZIONE (500 MWh/anno 70 /MWh) VENDITA PANI COME MANGIMI ZOOTECNICI (3 250 q/anno 10 /q) TOTALE IMPORTO /anno + IVA /anno + IVA /anno + IVA IMPORTO /anno + IVA /anno + IVA /anno + IVA /anno + IVA LA CO-COMBUSTIONE DI BIOMASSE AGROFORESTALI NELLE CENTRALI A CARBONE

20 Co-combustione con carbone per la produzione di energia elettrica Impiego della biomassa agro-forestale in centrali elettriche a carbone di grande taglia (300 MW-600 MW), caratterizzate da rendimenti elevati (>38%) VANTAGGI La co-combustione al 5-15% potenzialmente potrebbe incrementare in 3-4 anni la potenza elettrica prodotta da biomassa da attuali 400 MW a MW Maggiori benefici economici per l intera filiera: possibile prezzo di acquisto di SRF a bocca di centrale utilizzando solo l 80% del valore dei certificati verdi attorno /ton Ridotti investimenti per i proprietari delle centrali: solo area di stoccaggio ed eventuale essiccazione Trasporto ferroviario e navale Biomasse in Co-combustione con carbone

21 LA CO-COMBUSTIONE DI BIOGAS E GAS NATURALE IN IMPIANTI A CICLO COMBINATO

22 BIOETANOLO DI SECONDA GENERAZIONE

23 Cippato di legno Residui di paglia Zuccheri elementari Località Ottawa (Canada) Ornskoldsvik (Svezia) Spagna Danimarca Maniwa (Giappone) Osaka (Giappone) Proprietario Iogen University of Umea, University of Lulea Abengoa Bioenergy Authority for energy; DTU, Novozymes, Energi E2 Mitsui Shipbuilding Co. LTD Bio-ethanol Japan Kansai Co. LTD Produzione 1 Mgal / anno 500 L / giorno 500 ML / anno ton di residui / anno 2 ton di residui / giorno 80 ton di residui / giorno Anno Tipologia di biomassa Maize and herbaceuos Legno Paglia Paglia Residui legnosi dell industria edile Residui legnosi

24 fine Relatore Prof. Ing. Franco Cotana Direttore del Centro Ricerca Biomasse - Università di Perugia