SOSTENIBILITA ED EFFICIENZA DELL ENERGIA DA BIOMASSE IN PIEMONTE La compatibilità ambientale locale degli impianti a biomassa Torino, 17 novembre 2011 POLITECNICO DI TORINO DITAG Prof. Giuseppe GENON Ing. Deborah PANEPINTO
Principali forme di conversione energetica delle biomasse Conversione delle biomasse in energia 2 differenti tipologie legate, per lo più, alla composizione molecolare e al contenuto d acqua: PROCESSI TERMOCHIMICI Rapporto C/N superiore a 30, umidità inferiore al 30 % Tutte le biomasse vegetali (legna e derivati, paglia, ) PROCESSI BIOCHIMICI Rapporto C/N inferiore a 30, umidità superiore al 30 % Culture acquatiche, alcuni sottoprodotti agricoli, reflui zootecnici, urbani, industriali
Principali forme di conversione energetica delle biomasse PROCESSI TERMOCHIMICI COMBUSTIONE produzione di energia termica produzione combinata di energia termica ed elettrica CALDAIA GASSIFICAZIONE / PIROLISI produzione di energia termica produzione combinata di energia termica ed elettrica CALDAIA, MOTORE, TURBINA A GAS Rendimenti maggiori
Schemi tecnologici
Schemi tecnologici
Schemi tecnologici origine delle emissioni
Schemi tecnologici origine delle emissioni
Schemi tecnologici polveri POLVERI
Schemi tecnologici polveri POLVERI
Schemi tecnologici polveri POLVERI
Schemi tecnologici polveri POLVERI
Schemi tecnologici ossidi di zolfo OSSIDI DI ZOLFO
Schemi tecnologici ossidi di zolfo OSSIDI DI ZOLFO
Schemi tecnologici ossidi di azoto OSSIDI DI AZOTO
Schemi tecnologici ossidi di azoto OSSIDI DI AZOTO
Schemi tecnologici ossidi di azoto OSSIDI DI AZOTO
Schemi tecnologici ossidi di azoto OSSIDI DI AZOTO
Schemi tecnologici ossidi di azoto OSSIDI DI AZOTO
Schemi tecnologici CO, VOC, metalli CO, VOC, METALLI
Procedura di verifica VERIFICA DELLA COMPATIBILITA AMBIENTALE BILANCIO AMBIENTALE MODELLI DI DISPERSIONE ESTERNALITA
Bilancio ambientale Energia elettrica immessa in rete sostituisce una quota della produzione elettrica centralizzata sostituisce i relativi impatti Erogazione calore in teleriscaldamento consente di sostituire il funzionamento delle centrali termiche delle utenze sostituisce i relativi impatti BILANCIO AMBIENTALE = Emissioni introdotte emissioni evitate IMPIANTO Il risultato del bilancio ambientale non è vero indice della qualità dell aria modelli di dispersione e ricaduta degli inquinanti
Modelli di dispersione e ricaduta degli inquinanti Parametri in ingresso Flusso inquinanti, altezza del camino, condizioni meteorologiche, condizioni morfologiche, EFFETTIVA MODIFICAZIONE DELLA QUALITA DELL ARIA In caso di peggioramento del bilancio emissivo non è detto che a tale valore corrisponda, in fase di modellizzazione, un peggioramento della qualità dell aria il rapporto numerico tra concentrazione inquinante in ambiente e flusso emissivo relativo ad un unico grosso impianto con punto di emissione posto ad altezza rilevante (e quindi con relative emissioni disperse ad una quota maggiore rispetto a quelle derivanti dalle caldaie domestiche) è differente ed in particolare in genere inferiore rispetto al corrispettivo dato da più piccoli impianti che emettono ad una quota più bassa
Esternalità
ESEMPIO Verifica di compatibilita di un Impianto a Biomasse
Esempio Impianto a biomassa, verifica di compatibilità Caratteristiche tecniche Combustibile Tecnologia Recupero energetico Disponibilità Trattamento delle emissioni Polveri NOx SOx Biomasse differenti flussi residui di biomassa (legno e scarti legnosi) Combustione su griglia Boiler e turbina a vapore 7.800 h/a ESP (Precipitatore Elettrostatico) SNCR (Selective No Catalytic Reduction) Iniezione di CaOH Dati energetici Potenza termica lorda Potenza termica disponibile Potenza termica massima Potenza termica massima richiesta 14,6 MW 13 MW 7,15 MW 6,8 MW
Esempio Impianto a biomassa, verifica di compatibilità La finalità dell impianto è di operare in condizioni cogenerative, producendo: Energia elettrica da immettere nella rete elettrica nazionale Energia termica destinata a soddisfare le esigenze locali mediante una rete di teleriscaldamento (secondo differenti ipotesi di allacciamento)
Esempio Impianto a biomassa, verifica di compatibilità Ipotesi 1: l intera volumetria del comune (utenze pubbliche e private) sarà allacciata alla rete di teleriscaldamento (senza distinzione tra residenti e non residenti, volumetrie effettivamente allacciabili o meno); Ipotesi 2: la volumetria del comune (utenze pubbliche e private) effettivamente allacciabile sarà allacciata alla rete di teleriscaldamento (senza distinzione tra residenti e non residenti); Ipotesi 3: la volumetria complessiva dei residenti sarà allacciata alla rete di teleriscaldamento (senza distinzione tra effettivamente allacciabili e non allacciabili); Ipotesi 4: la volumetria complessiva dei residenti effettivamente allacciabili sarà allacciata alla rete di teleriscaldamento
t/y Esempio Impianto a biomassa, verifica di compatibilità Ipotesi 1 Impianto a biomassa (+) Caldaie a metano (-) Caldaie a legna (-) Bilancio ambientale Polveri [t/a] 2,5 0,12 1,21 + 1,17 NOx (SNCR) [t/a] 46,3 2,93 0,57 + 42,8 NOx (SCR) [t/a] 27,8 2,93 0,57 + 24,3 SOx [t/a] 51,5 0,03 0,08 + 51,39 CO [t/a] 51,5 1,48 12,35 + 37,67 VOC [t/a] 5,15 0,27 2,035 + 2,85 60 50 40 30 20 10 0 Dust NOx (SNCR) NOx (SCR) SOx CO VOC Biomass plant (+) Methane boilers (-) Wood boilers (-) Environmental balance
t/y Esempio Impianto a biomassa, verifica di compatibilità Ipotesi 2 Impianto a biomassa (+) Caldaie a metano (-) Caldaie a legna (-) Bilancio ambientale Polveri [t/a] 2,5 0,09 0,94 + 1,47 NOx (SNCR) [t/a] 46,3 2,24 0,44 + 43,62 NOx (SCR) [t/a] 27,8 2,24 0,44 + 25,12 SOx [t/a] 51,5 0,022 0,064 + 51,4 CO [t/a] 51,5 1,14 9,5 + 40,86 VOC [t/a] 5,15 0,21 1,57 +3,37 60 50 40 30 20 10 0 Dust NOx (SNCR) NOx (SCR) SOx CO VOC Biomass plant (+) Methane boilers (-) Wood boilers (-) Environmental balance
t/y Esempio Impianto a biomassa, verifica di compatibilità Ipotesi 3 Impianto a biomassa (+) Caldaie a metano (-) Caldaie a legna (-) Bilancio ambientale Polveri [t/a] 2,5 0,04 0,08 + 2,38 NOx (SNCR) [t/a] 46,3 1,04 0,04 + 45,22 NOx (SCR) [t/a] 27,8 1,04 0,04 + 26,72 SOx [t/a] 51,5 0,01 0,006 + 51,48 CO [t/a] 51,5 0,52 0,83 + 50,15 VOC [t/a] 5,15 0,1 0,14 + 4,91 60 50 40 30 20 10 0 Dust NOx (SNCR) NOx (SCR) SOx CO VOC Biomass plant (+) Methane boilers (-) Wood boilers (-) Environmental balance
t/y Esempio Impianto a biomassa, verifica di compatibilità Ipotesi 4 Impianto a biomassa (+) Caldaie a metano (-) Caldaie a legna (-) Bilancio ambientale Polveri [t/a] 2,5 0,025 0,05 + 2,43 NOx (SNCR) [t/a] 46,3 0,64 0,023 + 45,64 NOx (SCR) [t/a] 27,8 0,64 0,023 + 27,14 SOx [t/a] 51,5 0,006 0,0034 + 51,49 CO [t/a] 51,5 0,32 0,504 + 50,68 VOC [t/a] 5,15 0,06 0,083 + 5 60 50 40 30 20 10 0 Dust NOx (SNCR) NOx (SCR) SOx CO VOC Biomass plant (+) Methane boilers (-) Wood boilers (-) Environmental balance
Esempio Impianto a biomassa, verifica di compatibilità Dal punto di vista delle emissioni di gas serra, l impianto sempre vantaggioso: la CO2 prodotta dalla combustione della biomassa è bilanciata dalla quantità assorbita dalla biomassa stessa durante il suo accrescimento Nel dettaglio il quantitativo totale di CO2 evitata grazie al recupero energetico è di circa 7.400 t/a: 1.200 t/y evitate grazie al recupero di energia termica; 6.200 t/y evitate grazie al recupero di energia elettrica
[ /y] Esempio Impianto a biomassa, verifica di compatibilità Esternalità danno ambientale su scala locale (Ipotesi 1) 400000 350000 SNCR SCR 300000 250000 200000 150000 100000 50000 0 Polveri NOx SOx Ctot
[ /y] Esempio Impianto a biomassa, verifica di compatibilità Esternalità danno ambientale su scala globale (Ipotesi 1) 250000 200000 150000 100000 50000 0-50000 -100000-150000 -200000-250000 -300000 Polveri NOx SOx CO2 Ctot SNCR SCR
Esempio Impianto a biomassa, verifica di compatibilità Concentrazione media annua totale delle polveri (differenza tra impatto aggiunto dall impianto a biomassa ed impatto evitato grazie allo spegnimento delle caldaie)
Esempio Impianto a biomassa, verifica di compatibilità Concentrazione media annua totale degli NOx (sistema SNCR) (differenza tra impatto aggiunto dall impianto a biomassa ed impatto evitato grazie allo spegnimento delle caldaie)
Esempio Impianto a biomassa, verifica di compatibilità Concentrazione media annua totale degli NOx (sistema SCR) (differenza tra impatto aggiunto dall impianto a biomassa ed impatto evitato grazie allo spegnimento delle caldaie)
Esempio Impianto a biomassa, verifica di compatibilità Concentrazione media annua totale ossidi di zolfo (differenza tra impatto aggiunto dall impianto a biomassa ed impatto evitato grazie allo spegnimento delle caldaie)
Conclusioni Per la valutazione della compatibilità ambientale degli impianti a biomassa si hanno a disposizione tre strumenti principali: bilancio ambientale, esternalità e modelli di dispersione e ricaduta degli inquinanti L effettiva convenienza (nonché accettabilità) da un punto di vista ambientale degli impianti alimentati a biomassa è legata alla possibilità di cessione di tutta l energia termica prodotta (e conseguentemente allo spegnimento di un certo qual numero di caldaie). In questo modo infatti le emissioni prodotte dall impianto sono bilanciate dalla quota di emissioni evitate grazie allo spegnimento delle caldaie domestiche
GRAZIE PER L ATTENZIONE La compatibilità ambientale locale degli impianti a biomassa giuseppe.genon@polito.it deborah.panepinto@polito.it