Efficienza Energetica: Primo Combustibile per l Economia Europea

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1 Efficienza Energetica: Primo Combustibile per l Economia Europea L esperienza di Turboden Marco Baresi Institutional Relations Manager Key Energy - Workshop Italcogen Rimini, 5 Novembre 2015 Con il patrocinio di

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 nel 1980 a Milano dall Ing. Mario Gaia, Professore Associato di Termodinamica coinvolto nella ricerca sulle tecnologie per l energia rinnovabile e, in particolare, nello studio dei sistemi ORC (da Organic Rankine Cycle) presso il Politecnico di Milano. Attualmente è Honorary Chairman di Turboden e alcuni dei suoi studenti più brillanti sono figure chiave all interno della società. Fin dagli anni della sua fondazione, la realizzazione di turbogeneratori basati sulla tecnologia ORC 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 UTC Corp., leader mondiale nella progettazione, costruzione e manutenzione di motori per aviazione, sistemi di propulsione spaziale e turbine a gas industriali, per sviluppare soluzioni basate su tecnologia ORC per la generazione di energia elettrica da fonti rinnovabili e da recupero calore in tutto il mondo. Nel 2013 UTC esce dal mercato dell energia, sottoscrivendo un alleanza strategica con Mitsubishi Heavy Industries. Nel 2013 Mitsubishi Heavy Industries acquisisce Pratt & Whitney Power Systems (oggi PW Power Systems) e l affiliata Turboden. Oggi MHI, con Turboden e PW Power Systems, sarà in grado di fornire una gamma ancora più ampia di prodotti e servizi per i sistemi di generazione termica ed elettrica. Nel 2013 Turboden certifica il proprio Sistema di Gestione per la Qualità secondo ISO 9001:

3 35 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 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) 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 300 impianti ORC nel mondo, oltre 240 in marcia 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 3

4 Cosa facciamo Biomassa Recupero Calore Waste to energy* Geotermia elettricità 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. Solare Termodinamico soluzioni Turboden da 200 kw a 10 MW elettrici per singole unità * termovalorizzazione dei rifiuti 4

5 Impianti ORC Turboden nel mondo 5

6 Applicazione ORC - Biomassa Biomassa Recupero Calore Waste to energy* Geotermia 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 200 kw elettrici ed i 15 MW elettrici. * termovalorizzazione dei rifiuti 6

7 Impianto ORC cogenerativo a biomassa 7

8 Impianti a biomassa combustibili e applicazioni Pellet CCHP* UTENTI TERMICI Segheriee industriadel legno Pannelli MDF Rete TLR REFERENZE BIOMASSA Cogenerativi (Combined Heat and Power - CHP) Trigenerativi (CCHP*) MW TAGLIE > 3 MW 0,2-1 MW 238 Other 25 TOTAL 268 COMBUSTIBILI Biomassa legnosa (segatura, cippato, corteccia, legno trattato) Altra biomassa (fanghi biologici, paglia, scarti di potature, bucce di cereali, etc.) Rifiuti Power only 1-2 MW * Combined Cooling Heating Power 8

9 Applicazione ORC Recupero Calore Biomassa Recupero Calore Waste to energy* Geotermia Solare Termodinamico Recupero Calore Gli impianti ORC Turboden consentono di produrre elettricità recuperando il calore disperso da processi industriali, motori e turbine a gas. La potenza dei turbogeneratori è generalmente compresa tra i 200 kw elettrici ed i 15 MW elettrici. * termovalorizzazione dei rifiuti 9

10 Cos è il recupero di calore da processi industriali Processo industriale Valorizzazione del calore residuale da processo industriale oggi disperso in atmosfera Riduzione consumi Energia elettrica Organic Rankine Cycle Scambiatore recupero calore calore residuo gas, liquidi, vapori utenze termiche civili e industriali energia termica energia elettrica 10

11 Il progetto WHAVES ( ) Recuperodi calorein acciaierie, cementifici, vetrerie Processo industriale.e modelli finanziari innovativi Whavespartecipaa EEFIG Organic Ranking Cycle Scambiatore Fumi esausti Usi termici finali civili e industriali Gruppodi lavoropermanentedella Commissione Europea per la promozione degli investimenti in efficienza energetica Energia Termica Energia Elettrica 11

12 SAVE THE DATE 16 Dicembre: Webinar WHAVES 12

13 Innovazione: recupero di calore in siderurgia Recupero del calore di scartoda forno ad arco elettrico Periodo estivo: calore di scarto convoglioall ORCper la generazionedi energia elettrica Periodo invernale: parte del calore convogliataallarete di teleriscaldamento locale Calore recuperato: 10 MWthallarete TLR 1,9 MWea ORC ORI MARTIN acciaieria Teleriscaldamento comunale 13

14 Recupero di calore da forno ad arco elettrico Exhaust gasses from steel melting process Waste heat boiler Waste heat recovered conveyed to Brescia District heating Steel production process Electric Arc Furnace Waste heat recovery system Reduction of energy costs Thermal energy ORC unit 10 MW th district heating 1.9 MW power Electric energy Tot CO 2 emissions saved: 10,000 ton/year 14

15 Esempi recenti di recupero calore da processi industriali Recupero da cementificio Cliente: Carpatcement Holding Heidelberg Group Sito: Fieni, Dâmboviţa County, Romania Data di avvio: luglio 2015 Potenza elettrica ORC: ca. 3.8 MW Capacità di produzione del clincker: 3,500 ton/giorno Fonte di calore: gas 370 C (PRS) e acqua 290 C (CC) Olio diatermico come fluido vettore Recupero da vetreria Cliente: undisclosed Sito: Provincia di Pordenone Data di avvio: maggio 2015 Potenza elettrica ORC: 0.5 MW 15

16 Proposte per il potenziamento dei recuperi termici I recuperi termici con ORC generano benefici multipli Fonte: IEA maggiore competitività delle imprese energivore ricadute ambientali positive occupazione rilancio degli investimenti innovazione tecnologia Proposte di policy per il potenziamento dei recuperi termici Vita utile dell incentivo CB pari almeno a 15 anni Riconoscimento di un fattore di premialità pari 1,5-2 (benefici multipli, capex elevato, ) Inoltre chi genera elettricità da recuperi termici per autoconsumo è sottoposto a una doppia imposizione di oneri di sistema. I recuperi termici non classificati come Sistemi Efficienti di Utenza (SEU). Perché? Un approccio multidisciplinare all efficienza energetica rivela una vasta gamma di impatti positivi 16

17 Grazie per l attenzione! Marco Baresi Institutional Relations Manager marco.baresi@turboden.it

18 Back up slides

19 Il primo recupero di calore da forno elettrico siderurgico acciaio forno arco elettrico (EAF) riduzione dei consumi energia elettrica 67% gas di scarico scambiatore recupero calore In esercizio da Dicembre % ORC 3 MWe Energia termica ~ 30 t/h di vapore a 27 bar C utenza termica industriale 19

20 Il progetto WHAVES ( ) Waste Heat Valorisation for more Sustainable Energy Intensive IndustrieS Obiettivi «successore» dei progetti H-REII ( ) H-REII DEMO ( ) standardizzare i sistemi di recupero di calore da processo siderurgico con tecnologia ORC diffondere i risultati in altri settori industriali promuovere modelli innovativi di finanziamento degli interventi di recupero di calore da processo industriale

21 Esempi di Waste to Energy 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 MW 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: 2 ORC units of 5.5 MW each ORC efficiency: up to 25% Final Client: ITC-KA Enrji Uretim Sanavi Ve Ticaret A.S. First unit in operation since February 2014, second unit under construction

22 I benefici dei recuperi con ORC in Italia Maggiore competitività Aumento dei margini da riduzione dei costi per le imprese che recuperano Settore Incremento Marginalità Chimica + 2% Prodotti per l edilizia + 12% Metallurgia + 5% Vetro + 11% fonte: Energy Strategy Report 2012, elaborazioni su dati ISTAT, MiSE, AIDA Tecnologia italiana da esportare Esiste una filiera italiana che realizza tecnologie di recupero strategica per l export Efficienza energetica e sostenibilità ambientale Emissioni evitate da mancato acquisto di energia elettrica

23 Turboden Società del Gruppo MHI Energia e Ambiente Macchinari, Attrezzature e Infrastrutture Energia e Ambiente Il più grande segmento di MHI Più di 12 miliardi di dollari (anno fiscale 2013) Mitsubishi Heavy Industries una delle aziende dell industria pesante leader nel mondo, con un utile consolidato di oltre 32 miliardi di dollari (anno fiscale 2013). Fondazione 7 luglio, 1884 Fornisce soluzioni ottimali per i settori legati all energia tra cui energia termica, energia nucleare e energia rinnovabile, in diverse aree ambientali e per impianti chimici e altre infrastrutture industriali. Aviazione Commerciale e Sistemi di Trasporto Fornisce sistemi avanzati per il trasporto terrestre, marittimo e aereo, inclusi aerei civili, navi commerciali e reti di transito. Fornisce un ampia gamma di prodotti per le basi dello sviluppo industriale, come macchine utensili, movimentazione di materiali, macchinari per l edilizia, sistemi di condizionamento e refrigerazione. Sistemi Spaziali e di Difesa Integrata Fornisce sistemi avanzati per la difesa terrestre, aerea e marittima, incluse navi, aerei da difesa, sistemi di lancio e veicoli speciali, così come servizi legati allo spazio. 23

24 Principio termodinamico: il Ciclo ORC TURBINA POTENZA ELETTRICA TEMPERATURA ENTROPIA OLIO DIATERMICO EVAPORATORE POMPA GENERATORE RIGENERATORE ACQUA CONDENSATORE 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. 24

25 Perché un fluido organico con elevata massa molecolare anziché acqua? Acqua ACQUA Molecole piccole che viaggiano ad alta velocità Erosione di parti metalliche e delle palette della turbina Turbina pluristadio ad alta sollecitazione meccanica FLUIDI ORGANICI CON ELEVATA MASSA MOLECOLARE Fluido organico Flusso elevato e più lento Maggiore diametro della turbina Minore usura nel tempo di palette e parti metalliche 25

26 Vantaggi ORC vs vapore Steam Rankine Cycle Organic Rankine Cycle (ORC) Temperature Temperature Thermodynamic features and consequences Operation and maintenance costs High enthalpy drop Superheating needed Risk of blade erosion Entropy Water treatment required Highly skilled personnel needed High pressures and temperatures in the cycle Small enthalpy drop No need to superheat No supercritical pressure No risk of blade erosion Entropy Non-oxidizing working fluid with no corrosion issues Minimum personnel and O&M (1) Completely automatic (2) No blow down Other features Convenient for large plants and high temperatures Low flexibility with significantly lower performances at partial load High flexibility and good performances at partial load High availability (average >98%) Possibility to work at low temperatures (90+ C) (1) Standard maintenance: 2-3 days per year (2) Fast start-stop procedure (ca. 20 min), partial load operation (down to 10% of nominal load) 9

27 Il progetto WHAVES Progetto di Policy ~ 100 audit energetici in aziende energivore Progetto DEMO Impianto di recupero di calore da EAF Feralpi Progetto di disseminatione finanza promozione best practices modellistica modelli innovativi di finanziamento Policy nazionale Policy europea 27

28 Il progetto PITAGORAS Sustainable urban Planning with Innovative and low energy Thermal And power Generation from Residual And renewable Sources Project co-funded by EU programme FP7- Energy Smartcities Tot budget: 14.4M Duration: 4 years (Nov 2013 Oct 2017) Partners: Spain (3) Austria (4) Germany (1) Italy (2) Poland (1) Czech Republic (1) 2 demonstrators: Brescia (Italy) Graz (Austria) PITAGORAS «successor» of the projects H-REII ( ) H-REII DEMO ( ) WHAVES ( ) 7

29 Il progetto PITAGORAS ConsteelEAF (85 t) with evaporative cooling & steam production (Tenova) Start-up: expected in October 2015 Summer case: All steam conveyed to ORC Winter case: Most steam used for district heating Steam at ORC inlet: ~ 16 t/h of steam at 15 bar g-200 C ORC gross power: ~ 1.9 MWe The ORC operates with a steam flow rate between 2 and 16 t/h, automatically adapting to the EAF melting cycle. 9