Energia da biomasse legnose: tecnologie per la generazione distribuita sul territorio Marco Baratieri CONVEGNO La gestione della fascia boschiva nel territorio pedemontano vicentino Vicenza: 21.11.2013
Consumo e produzione di energia A L T O A D I G E C O N S U M O
Consumo e produzione di energia A L T O A D I G E P R O D U Z I O N E
Biomasse: potenzialitá M O N D O S C E N A R I Generazione di energia (TWh) [ Enea, 2010 ]
Biomasse: potenzialitá A L T O A D I G E A T T U A L E Migliaia di m Thousand of m³ per 3 / anno year 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 Produzione Biomass biomassa coming da from local filiere energy locali chain Biomass richiesta demand di biomassa Domestic usi domestici requirements District teleriscaldamento heating Industrial industria sector Forest foreste sector Riparian vegetazione vegetation ripariale Agricultural residui agricoli residues
Biomasse: potenzialitá A L T O A D I G E U P G R A D E Migliaia di m Thousand of m³ per 3 / anno year 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 Biomass biomassa coming da from local filiere energy locali chain upgrade Biomass richiesta demand di biomassa Domestic usi domestici requirements District teleriscaldamento heating Industrial industria sector Forest foreste sector Riparian vegetazione vegetation ripariale Agricultural residui agricoli residues
Biomasse: potenzialitá A L T O A D I G E U P G R A D E Migliaia di m Thousand of m³ per 3 / anno year 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 Produzione Biomass biomassa coming da from local filiere energy locali chain Biomass richiesta demand di biomassa Domestic usi domestici requirements District teleriscaldamento heating Industrial industria sector Forest foreste sector Riparian vegetazione vegetation ripariale Agricultural residui agricoli residues
Biomasse: potenzialitá & tecnologie Tutti mi hanno consigliato di comprare una caldaia grossa o una casa piú piccola Cosí io ho fatto entrambe le cose!
Tecnologie di produzione Sistemi «tradizionali»: combustione Produzione di solo calore (10 MWt 100kWt) biomassa combustione fumi scambiatore trattamento fumi calore residui: - ceneri rete di teleriscaldamento
Tecnologie di produzione Sistemi «tradizionali»: combustione Cogenerazione (1 MWel 250 kwel) biomassa combustione fumi generatore di vapore trattamento fumi vapore residui: - ceneri turbina a vapore energia elettrica calore rete di teleriscaldamento COGENERAZIONE
Tecnologie di produzione Sistemi «tradizionali»: combustione Caldaia a carica dall alto potenzialitá combustibile 20 250 kw cumuli di: - ciocchi - residui (cippato) scambiatore camera di post-combustione carica preparazione no zona di gassificazione aria primaria aria secondaria scarico fumi dispositivi per turbolenza scarico ceneri
Tecnologie di produzione Sistemi «tradizionali»: combustione Caldaia a carica dal basso potenzialitá 20 6000 kw scambiatore combustibile - cippato - pettets - residui tagliati - segature camera di post-combustione ciclone preparazione omogeneo in pezzatura aria secondaria scarico ceneri aria primaria carica
Tecnologie di produzione Sistemi «tradizionali»: combustione Caldaia a griglia potenzialitá > 1 MW scambiatore combustibile - cippato - pettets - residui tagliati - segature camera di post-combustione ciclone preparazione omogeneo in pezzatura aria secondaria scarico ceneri carica aria primaria griglia
Tecnologie di produzione Sistemi «tradizionali»: combustione Caldaia «a sigaro» (per biomasse erbacee) potenzialitá combustibile preparazione > 2 MW biomasse erbacee (paglia) in «balle» carica ( balle ) scambiatore griglia griglia di di post-combustione fumi aria
Tecnologie di produzione Sistemi «tradizionali»: combustione Caldaia per biomasse polverizzate potenzialità combustibile preparazione 0,5-50 MW residui di lavorazione (trucioli, segatura ) triturazione bruciatore carica aria primaria aria terziaria aria secondaria ricircolo scarico ceneri
Tecnologie di produzione Sistemi «tradizionali»: combustione Combustore a letto fluido potenzialità combustibile preparazione > 10 MW - cippato - residui tagliati triturazione Fumi aria aria carica carica carica aria aria aria Letto fluido bollente con scambiatore Letto fluido bollente a stadi senza scambiatore
Tecnologie di produzione «Upgrade»: gassificazione Cogenerazione (1MWel 50kWel) biomassa gassificazione syngas trattamento syngas motore a comb. Int. residui - tar - char - ceneri energia elettrica calore UPGRADE COMBUSTIBILE COGENERAZIONE rete di teleriscaldamento
Tecnologie di produzione «Upgrade»: gassificazione biomassa gassificazione syngas trattamento syngas motore a comb. Int. residui - tar - char - ceneri energia elettrica calore UPGRADE COMBUSTIBILE COGENERAZIONE
Tecnologie di produzione «Upgrade»: gassificazione VANTAGGI RISPETTO A biomassa gassificazione syngas TRASPORTO E DISTRIBUZIONE trattamento syngas RENDIMENTO DI COMBUSTIONE [ LIQUIDO ] Vs [ SOLIDO ] [ GAS ] motore a comb. Int. [ LIQUIDO ] Vs [ SOLIDO ] [ GAS ] UPGRADE COMBUSTIBILE residui - tar - char - ceneri EMISSIONI TAGLIA / RENDIMENTO UTILIZZO DEL GAS energia elettrica CONTROLLO MIGLIORE MOTORI C.I. TURBINE A calore GAS SISTEMI AD ELEVATA EFFICIENZA COGENERAZIONE PRODUZIONE DI LIQUIDI
Tecnologie di produzione «Upgrade»: gassificazione gassificante gassificante gassificante
Tecnologie di produzione «Upgrade»: gassificazione BFB letto fluido bollente CFB letto fluido ricircolato EF
Tecnologie di produzione «Upgrade»: gassificazione Cogenerazione (1MWel 50kWel) 1) Motore alternativo (Layout 1) 2) Turbina a gas (CCGT) (Layout 2) 3) Cella a combustibile (Layout 3)
Tecnologie di produzione «Upgrade»: gassificazione Cogenerazione (1MWel 50kWel) 100% 30 % - teorico! 80% Layout 1 Layout 3 Bisogna tener conto di: 60% 40% 30 % 20% Layout 2 Layout 3 Layout 1 Layout 2 - rendimento di conversione (scostamento dall equilibrio termodinamico) - perdite e autoconsumi 0% rendimento Global efficiency totale rendimento elettrico Electric efficiency = 25 %
Tecnologie di produzione «Upgrade»: gassificazione Cogenerazione (1MWel 50kWel) Elementi di criticitá variabilitá del combustibile (umiditá, pezzatura ) elevate temperature e ambiente chimico aggressivo pulizia del syngas sistemi di cogenerazione Conseguenze-interazioni gassificatore poco versatile (automazione spinta) problemi di durabilitá, per fenomeni di corrosione ed usura del reattore (leghe metalliche speciali) affidabilitá perdita di efficienza costi di esercizio (smaltimento condensati, tar) affidabilitá del sistema
Casi studio: teleriscaldamento Impianti di teleriscaldamento a biomassa in Alto Adige (2008) Fonte: Ufficio Risparmio Energetico Provincia Bolzano
Casi studio: teleriscaldamento MONITORAGGIO
Casi studio: teleriscaldamento MONITORAGGIO riduzione della temperatura miglioramento efficienza media della rete teleriscaldamento -10 C rete +1-2 % rendimento elettrico ORC
Casi studio: gassificazione Impianti di gassificazione a biomassa in Alto Adige (2012) tipo 1 tipo 2 tipo 3 tipo 4 tipo 5 Fonte: TIS-Innovation Park, Bolzano
Casi studio: gassificazione MONITORAGGIO cippato filtro scambiatore elettricitá reattore syngas calore motore coclea aria ventilatore
Casi studio: gassificazione CARATTERIZZAZIONE PROCESSO
Casi studio: gassificazione VALUTAZIONI TECNICO-ECONOMICHE 350,0 Potenza termica [kw] 300,0 250,0 200,0 150,0 100,0 50,0,0 0 2000 4000 6000 8000 Ore di funzionamento [h]
Casi studio: gassificazione VALUTAZIONI TECNICO-ECONOMICHE Flussi di cassa attualizzati isolamento: 0 cm isolamento: 5 cm isolamento: 15 cm con incentivi senza incentivi Tempo (anni)
Casi studio: gassificazione VALUTAZIONI TECNICO-ECONOMICHE Ricavi [ /kw el ] Calore utile / calore generato (%) calore senza incentivi elettricitá incentivo base Parameter Value IC, gasifier + engine [ /kw el ] 4500 IC, engine [ /kw el ] 500 maintenance cost [ /kwh el ] 0.050 biomass cost [ /t] 165 base incentive [ /kwh el ] 0.229 cogeneration bonus [ /kwh el ] 0.040 heat valorization [ /kwh th ] 0.057 electricity revenue (GSE)* [ /MWh el ] 0.120 real interest rate [%] 3.00
CONVEGNO La gestione della fascia boschiva nel territorio pedemontano vicentino Vicenza: 21.11.2013 Grazie per l attenzione! Energia da biomasse legnose: tecnologie per la generazione distribuita sul territorio Marco Baratieri