COGENERAZIONE DISTRIBUITA CON MICROTURBINE A GAS M. Pinelli ENERGY SYSTEM RESEARCH GROUP ENDIF Engineering Department in Ferrara University of Ferrara (ITALY) michele.pinelli@unife.it - tel. 0532 974889 Workshop Fonti energetiche alternative Ferrara, 30 Ottobre, 2006 Agenda La Microcogenerazione Distribuita (micro Combined Heat and Power) Le Microturbine a Gas Perchè Microturbine a Gas Ipotesi di ricerca 1
Micro Cogenerazione Distribuita Micro Cogenerazione Distribuita (MicroCHP): produzione combinata di energia elettrica e termica con generatori di bassa potenza (< 1 MW) dislocati sul territorio La MicroCHP rappresenta una delle opportunità di maggiore interesse per affrontare le questioni energetiche attuali liberalizzazione del mercato dell energia impatto ambientale certezza dell approvvigionamento sfruttamento delle risorse locali (biocombustibili) Alta efficienza di conversione del combustibile (fino all 80 %) Bassi costi di investimento Basse emissioni Micro Cogenerazione Distribuita 2
Micro Cogenerazione Distribuita Micro Cogenerazione Distribuita Micro Cogenerazione Distribuita (MicroCHP) può essere effettuata utilizzando numerose soluzioni per quanto riguarda i motori primi Motori a combustione interna Turbine a gas MicroTurbine a gas Sistemi fotovoltaici Celle a combustibile (Fuel Cells) Motori Stirling Consolidate Emergenti Tra le tecnologie emergenti, le MicroTubine a Gas sono tra le più avanzate anche da un punto di vista commerciale 3
MicroTurbine a Gas Con MicroTurbina a Gas si identificano le turbina a gas di piccola/piccolissima taglia ( P el = 30 kw 600 kw) Costituita essenzialmente da compressore centrifugo (monostadio) camera di combustione (continua) turbina centripeta (monostadio) recuperatore Recupero di calore per aumentare il rendimento Calore perduto concentrato nei gas di scarico MicroTurbine a Gas compressore camera di combustione turbina 4
MicroTurbine a Gas Turbec (100 kw) MicroTurbine a Gas Capstone (30-60 kw) Bowman (80 kw) Elliot (100 kw) Ingersoll-Rand (70 kw) 5
Turbec (100 kw) MicroTurbine a Gas Capstone (30-60 kw) Bowman (80 kw) TURBEC S.p.A. Cento (FE) Elliot (100 kw) Ingersoll-Rand (70 kw) Perché MicroTurbine a Gas Alto rapporto potenza/peso e potenza/ingombro MGT Capstone C30 6
Perché MicroTurbine a Gas Alto rapporto potenza/peso e potenza/ingombro Turbec T100 in an Hotel Perché MicroTurbine a Gas Modulare 50 MicroTurbine Capstone C30 al Lopez Canyon Power Plant 7
Perché MicroTurbine a Gas Modulare Robustezza in ambienti difficili MGT Perché MicroTurbine a Gas Modulare Robustezza in ambienti difficili Rumore e vibrazioni contenute e bassi costi di manutenzione Rumore 70-80 db(a)@1m Intervallo di manutenzione Attuale 8 000 h Target 11 000 h Costi di manutenzione (sperim.) 0.01 /kwh 8
Perché MicroTurbine a Gas Modulare Robustezza in ambienti difficili Rumore e vibrazioni contenute e bassi costi di manutenzione Emissioni ridotte Perché MicroTurbine a Gas - Emissioni NO x @15%O 2 CO@15%O 2 50 650 mg/nm 3 300 500 mg/nm 3 20 40 mg/nm 3 10 50 mg/nm 3 MicroTurbina Motore a c.i. MicroTurbina Motore a c.i. 9
Perché MicroTurbine a Gas Modulare Robustezza in ambienti difficili Rumore e vibrazioni contenute e bassi costi di manutenzione Emissioni ridotte Adattabile a combustibili di natura diversa (bio-oli, bio-gas) Perché MicroTurbine a Gas - Biogas Tollerabilità ad un vasto range di composizione del biogas (ma comunque CH 4 > 35 %) Rendimento pressoché costante al variare della % di CH 4 Buona tollerabilità al contenuto di H 2 S nel combustibile Tollerabilità all H 2 S Microturbina 3000 7000 ppm Motore a c.i. < 250 ppm 10
Perché MicroTurbine a Gas Modulare Robustezza in ambienti difficili Rumore e vibrazioni contenute e bassi costi di manutenzione Emissioni ridotte Adattabile a combustibili di natura diversa (bio-oli, bio-gas) Adatta per applicazioni cogenerative La maggior parte del calore di scarto è ad alta temperatura ( 300 C) ed è concentrata nei fumi Applicazioni MicroTurbine a Gas Serre Piscine Applicazioni industriali Cogenerazione in applicazioni residenziali Ospedali Università 11
Perché no MicroTurbine a Gas Rendimenti elettrici della macchina da migliorare (η 30 %) anche se per le taglie basse Motori a c.i e MicroTurbine a Gas sono comparabili Prezzo della macchina ancora elevato ( 1000 /kw el ) anche se in costante diminuzione con previsione in breve di arrivare almeno a 500 /kw el Necessità di studio sulle MicroTurbine a Gas Il Department of Energy (DOE) ha tracciato le linee guida per lo sviluppo dell MicroTurbine a Gas Sviluppi sui materiali per migliorare le prestazioni di alcuni componenti chiave (combustore ma anche recuperatore di calore) Monitoraggio delle installazioni esistenti per acquisire conoscenza sui margini di sviluppo Modellizzazione della combustione per studiare l efficienza dei combustori in termini di emissioni e di flessibilità di alimentazione (ad es. idrogeno) Integrazione della MTG con i siti di produzione e con la rete elettrica 12
Ricerca al Dipartimento di Ingegneria Studio di camere di combustione di Micro Turbine a Gas con codici termofluidodinamici tridimensionali Simulazione numerica per lo studio della fiamma e per la previsione delle emissioni con alimentazione a combustibili alternativi (biogas, syngas, ecc.) Distribuz. di temperatura per una camera di combustione di una turbina da 100 kw el Ricerca al Dipartimento di Ingegneria Studio di sistemi cogenerativi basati su digestione anaerobica con utilizzo di Micro Turbine a Gas Cogenerazione domestica 13
Ricerca al Dipartimento di Ingegneria Studio di sistemi cogenerativi basati su digestione anaerobica con utilizzo di Micro Turbine a Gas Cogenerazione in impianti di piccola-media taglia Ricerca al Dipartimento di Ingegneria Studio di sistemi cogenerativi basati su digestione anaerobica di RSU (Rifiuti Solidi Urbani) RSU da smaltimento da digestione anaerobica 14
Ricerca al Dipartimento di Ingegneria Studio di sistemi cogenerativi basati su digestione anaerobica di RSU (Rifiuti Solidi Urbani) Impianto di selezione di Ostellato Il progetto è stato ammesso a finanziamento della Regione Emilia Romagna per un importo di 250.000, pari al massimo ammissibile L importo complessivo della realizzazione dell impianto è di 675.400 (37% sul totale) Ricerca al Dipartimento di Ingegneria Studio di sistemi cogenerativi basati su digestione anaerobica di RSU (Rifiuti Solidi Urbani) Impianto di selezione di Ostellato esistente, comprensivo dell ampliamento della sezione di digestione anaerobica 15