Cogenerazione di piccola potenza da biomassa

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1 Cogenerazione di piccola potenza da biomassa Romano Giglioli Dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione dell Università di Pisa Pisa, 15 giugno 2005

2 Piccola generazione o microgenerazione Convenzionalmente si intende la generazione di energia elettrica prodotta con piccoli impianti di potenza inferiore a 2 MW normalmente connessi alla rete elettrica locale. E una componente della categoria più vasta denominata GENERAZIONE DISTRIBUITA 1

3 Cogenerazione Intesa come : produzione combinata di energia elettrica e calore 2

4 Trigenerazione cogenerazione in cui il calore è utilizzato sia per riscaldare che per raffreddare 3

5 Impianto sperimentale dell Università di Pisa 4

6 EFFETTO SCALA IMPIANTI DI COGENERAZIONE A METANO /kwe prezzo specifico Efficienza totale Prezzo specifico Efficienza elettrica efficienza potenza elettrica MWe

7 La cogenerazione di piccola potenza da biomassa Permette l utilizzazione di risorse locali disponibili in quantità modesta Riduce la logistica di trasporto ed accumulo del combustibile con benefici economici, energetici e ambientali Riduce il rischio e la complessità contrattuale di approvigionamento del combustibile Migliora l utilizzazione del calore cogenerato 6

8 Principali tecnologie utilizzate Stato fisico del combustibile da biomassa Ciclo vapore Motore a combustione interna Turbina a gas Celle a combustibile ad alta temperatura gassoso Caldaia tradizionale Diesel modificati Turbine ad alta velocità Reformer liquido Caldaia tradizionale Diesel / Motori ad etanolo Turbine ad alta velocità Reformer solido Caldaia tradizionale Gassificatore e diesel modificato Gassificatore e turbine ad alta velocità Gassificatori speciali per la produzione di gas ad alto contenuto di H2 7

9 Tecnologie per l utilizzo delle biomasse allo stato solido Sia che si usi il ciclo a vapore o si utilizzi un gassificatore, gli impianti sono: - costosi /kwe - a bassa efficienza elettrica 8-16 % e necessitano di un presidio operativo 8

10 Sistemi ad aria a combustione esterna Sono sistemi in sperimentazione che presentano vantaggi per la costruzione e per l operatività (non necessitano di presidio) Tecnologie attualmente in sperimentazione : - caldaia e motore Stirling efficienza elettrica % costo circa 4000 /kwe - caldaia e turbina a gas ad alta velocità efficienza elettrica % costo circa 2500 /kwe 9

11 Microturbina a gas con combustione esterna tradizionale con combustione esterna alternatore 2 compressore 3 turbina 4 recuperatore 5 sistema caldaia 6 camera di combustione

12 Vantaggi Utilizzo della biomassa al posto di combustibili più costosi e/o ambientalmente più aggessivi Diritto ai Titoli di Efficienza Energetica (certificati bianchi) Diritto ai certificati verdi 11

13 Impianto sperimentale METALREF Biomassa : pellets o cippato Potenza caldaia : 500 kwt Turbina Eliot giri/min Potenza elettrica : 80 kw 12

14 Rilievi sperimentali Potenza elettrica: 38,5 kwe (prove aprile 2005) Consumo metano (kg/h) y = -3E-05x 2-0,0064x + 36,975 R 2 = 0, kg/h (-70%) P38kW Poli. (P38kW) Temperatura focolare ( C) 13

15 Obiettivo Turbina modificata Turbec a velocità variabile

16 Obiettivo 2006 Impianto con turbina a gas TURBEC da 100 kwe a giri variabili Caldaia a biomassa, pellet o cippato, da 500 kwt Rendimento elettrico: 20% Rendimento complessivo: 80% Costo impianto: 2500 /kwe Vendita eccedenze en. el. a 65 /MWh Vendita certificati verdi: 100 /MWh Produzione ceneri: 4% Costo smaltimento ceneri: 10 /tonn Costo biomassa: /tonn Costo manutenzione: 20 /MWh Vendita Titoli Efficienza Energetica: 10 /MWht 15

17 Utile lordo [ /a] vs pot. elettrica [kw] pellets, solo elettr. cippato, solo elettr. scarti industr., solo elettr. pellets, elettr.+term. cippato, elettr.+term. scarti ind., elettr.+term

18 Impianto di trigenerazione Principio di funzionamento Uscita fumi Energia termica (60kWt) Scambiatore (95 C) sottoforma di acqua calda fumi/acqua (90 C; 2.4l/s) Scarico (300 C) Chiller ad assorbimento Acqua fredda (7 C; 1.5l/s) Compressore Ingresso aria Energia elettrica (28kWe) 6 C.C Turbina Gas Metano (12Nmc/h) 5 1 alternatore 2 compressore 3 turbina 4 recuperatore 5 sistema caldaia 6 camera di combustione

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