2G Energy AG. La produzione in cogenerazione modulata sul fabbisogno. Dr. Ing. (PhD) Alessandro Zivelonghi,

Transcript

1 KEY ENERGY Rimini Fiera, 8 novembre G Energy AG La produzione in cogenerazione modulata sul fabbisogno. Dr. Ing. (PhD) Alessandro Zivelonghi,

2 CogenDay by ASCOMAC Cogena MOTORI 2G: CHP e SMART GRID Ing. Alessandro Zivelonghi 2G-Italia KEY ENERGY - Rimini Fiera, 8 novembre

3 Indice 1. Presentazione 2G Energy AG 2. Variazione del ruolo del biogas nella svolta energetica 3. Effetti della produzione modulata sul fabbisogno - Controllo / software - Meccanica 4. Esiti

4 Indice 1. Presentazione 2G Energy s.p.a. 2. Variazione del ruolo del biogas nella svolta energetica 3. Effetti della produzione modulata sul fabbisogno - Controllo / software - Meccanica 4. Esiti

5 Dati di riferimento di 2G Energy s.p.a. Fondata nel 1995 Quartier generale a Heek/ Münsterland Produttore di ICE-CHP a gas naturale e biogas per impianti cogenerativi fino a kw di potenza elettrica Solution Provider: Sviluppo, progettazione, produzione, vendita, service Il più alto rendimento per le taglie fino a 500kW Fatturato 2011: 167,3 Mio. EUR Personale mondiale ammonta 470 ca impianti in più di 20 paesi

6 Sguardo d assieme di 2G Energy AG 100% 90% 80% 90% 100% 100% 100% 100% 49% 2G Energietechnik GmbH 2G Home GmbH 2G Drives GmbH 2G Solutions of Cogeneration S.L. 2G Italia Srl 2G Energy Ltd. 2G Polska Sp. z o.o. 2G Manufacturing Inc. 2G Cenergy Power Systems Technologies Inc. Dal 1995 Dal 1999 Dal 2010 Dal 2008 Dal 2011 Dal 2011 Dal 2011 Dal 2012 Dal 2009

7 Portafoglio prodotti Prodotto Potenza Combustibile G-Box kw Gas naturale kw Biogas 2G-KWK-Serie kw Gas naturale/biogas kw Gas naturale/biogas kw Gas naturale/biogas

8 indice 1. Presentazione 2G Energy s.p.a. 2. Normativa tedesca e variazione del ruolo del biogas 3. Integrazione CHP in Smart Grid - Controllo / software - Meccanica 4. Esiti

9 Biogas e la EEG 2012 Numero impianti biogas negli ultimi anni quasi quintuplicato Pietra miliare: EEG 2000 e s.m.i. EEG 2004 / EEG 2009 Boom in tutta la branca del biogas Più di persone impiegate nel settore biogas in Germania Classificazione approssimativa: < 500 kw / > 500 kw

10 Storia degli impianti biogas in Germania Fonte: Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe e.v.

11 Confronto CHP prima / oggi B i o g a s fi n o a l B i o g a s d a l h Le sacre 8000 ore Produzione di energia Modulata sul fabbisogno

12 Indice 1. Presentazione 2G Energy s.p.a. 2. Normativa tedesca rinnovabili e variazione del ruolo del biogas 3. Integrazione CHP in Smart Grid - Controllo / software - Meccanica 4. Esiti

13 La cogenerazione garantisce sicurezza di approvigionamento di energia In rosso: Fabbisogno elettrico 2010 In verde: Fornitura eolico/ solare Fonte: Clean Energy Sourcing GmbH Prof. Dr.-Ing. habil. Ingo Stadler / Westfalen Wind GmbH Jahresverlauf

14 Elettricità del CHP nelle centrali virtuali (VKW) Contratto con trader energetici Integrazione nell unità di controllo Vendita energia elettrica Interfaccia con la sala controllo ROUTER SALA CONTROLLO TRADER DI ENERGIA ELETTRICA MERCATO LIBERO - BORSA

15 Conseguenze immediate per i MCI-Cognerativi (ICE-CHP ) Tecnologia di controllo - Possibilità di accesso - Conformità requisiti SRL (rampa 0-100% < 5 min) Meccanica - Start/Stop più frequenti - Funzionamento parzializzato

16 Software- Tecnica di regolazione 406 Per soddisfare i requisiti di controllo di potenza richiesti dal mercato, il CHP deve essere in grado di raggiungere la piena potenza in meno di 5 minuti. Esiste anche un incentivo inferiore che prevede l accensione del CHP in meno di 15 minuti.

17 Regolazione del motore Mantenimento al minimo della sollecitazione meccanica dei componenti in modulazione Ottimizzazione del punto di innesco e dell energia di innesco in base alla qualità del gas Rampa di potenza ridotta Regolazione individuale dei parametri di funzionamento

18 Spostamento del punto di innesco Preparazione alla regolazione di potenza Regolazione del motore Modifica individuale del punto di innesco (PI) in base al funzionamento del motore, esempio: PI: 12 pre PMS PI: 16 pre PMS PI: 20 pre PMS 200 1/min 800 1/min /min

19 Preriscaldamento Tramite il circuito di utenza Elettrico

20 CHP ai carichi parziali dal 50% fino 100% della potenza Rendimento 2G-KWK-250BG Potenza elettrica: 250 kw Potenza termica:290 kw Rendiemto elettrico: 38,8 % Rendimento termico: 45,0 % Potenza elettrica

21 CHP ai caichi parziali dal 50% fino 100% della potenza Rendimento Potenza elettrica: 250 kw Potenza termica:265 kw Rendimento elettrico: 41,0 % Rendiemnto termico: 43,5 % 2G-KWK-250BG al 50% del carico: 35,8 % agenitor 306 al 50% del carico: 36,8 % Potenza elettrica

22 Paragone rendimenti elettrici gas otto-ice

23 Dilatazione del pistone in funzione del carico Potenza elettrica nominale: 450 kw 450 kw elettrici 300 kw elettrci 150 kw elettrici Dm + 0,268mm Dm + 0,235mm Dm + 0,207mm 100% 66% 33% 1,5MPa; T=535,15K 1,0MPa; T=505,15K 0,5MPa; T=480,15K

24 Compensazione delle perdite di rendimento ai carichi parziali il Top Land Ring Posizionamento del Top Lan Ring

25 Il concetto Top Land Ring: riduzione fabbisogno d olio Consumo d olio motore di base: fino a 1,5 g/kwh Soluzione 2G con Top-Land-Ring: 0,3 g/kwh (funzionamento per più di 4000 Bh) Termine inserimento nella produzione fine Q1 2013

26 Perdite del motore a gas Otto Energia immessa (100%) Con potenze crescenti il rapporto si sposta a favore della potenza meccanica. Gas di scarico Combustione incompleta Leckagen Raffreddamento Rinnovo della carica Attrito Potenza meccanica

27 Ottimizzazione della regolazioen di potenza- l acceleratore tramite wastegate Wastegate Apertura 100% valvola farfalla basse perdite di carico in ingresso alla camera di combustione Wastegate (agenitor 206) Wastegate (agenitor 312)

28 Effetti sullo scambiatore di calore

29 La piccola differenza: motori stazionari e automobilistici... avvicinamento alle richieste I cuscinetti dei prossimi motori auto con sistema di start-stop automatico veranno progettati per pù di cicli di avviamento. Fonte: Federal Mogul: Kurbelwellenlager für Motoren mit Start-Stopp-System / MTZ Ausgabe 12 Dez Corrispondente in 10 anni di funzionamento 6.000h/a a 100 cicli di avviamento al giorno. 10 clicli di avviamento al giorno non comporteranno nessun tipo di usura rilevante ai cuscinetti del motore. Ipotesi: Impiego di moderni cuscinetti Sputter e lubrificante di elevata qualità. Cuscinetto radente biella (Standard) Cuscinetto biella trattato con processo PVD (Ottimizzazione)

30 Comportamento ai carichi parziali- condensazione qualità del gas decisiva ai carichi parziali e ai start/ stop Filtro a carboni attivi Raffreddamento del biogas

31 Innalzamento del rendimento dei motori a gas fino a 500 kw la serie agenitor di 2G Rapporto di compressione adattato al tipo di gas combustibile Variazione geometria del pistone (innovazione brevettata) Variazione della geometria della camera di combustione Ottimizzazione termodinamica Sviluppo di propri componenti del motore Sviluppo di propri componenti costruttivi

32 Le sfide dei continui Start/Stop: Carico sui cuscinetti Attrito iniziale Coefficiente di attrito Attrico misto Punto di stacco Campo idrodinamico Numero di giri Diagramma di Stribeck -Fatica superficiale- Quelle: adaptiert aus Stribeck (1902)

33 Problema della formazione di solfuri Acido solfidrico nel biogas Ossidazione a anidride solforosa nel motore Ossidazione nel catalizzatore In caso di condensazione-> Formazione di acido solforico nei gas di scarico

34 Acido solforico Punto di rugiada Punto di rigiada [ C] Concentrazione SO3 [ppm]

35 Indice 1. Presentazione 2G Energy s.p.a. 2. Variazione del ruolo del biogas nella svolta energetica 3. Effetti dell equa produzione - Controllo / software - Meccanica 4. Esiti

36 Conclusione Cogenerazione è una pietra d angolo decisiva per l approvvigionamento energetico in ottica smart-grid La svolta energetica è decisa Cambia il ruolo del biogas nel mix energetico del futuro Produzione modulata anzichè funzionamento in continuo La tecnologia ICE-CHP è pronta per rispondere alle crescenti esigenze energetiche Meccanica del CHP Ruolo del CHP nella svolta energetica Software del CHP

37 Vi ringrazio per l attenzione 2G-Italia Alessandro Zivelonghi Mail: a.zivelonghi@2-g.it Internet: