1 Climatizzazione del centro agroalimentare di Bologna e riscaldamento invernale dell insediamento IACP-Pilastro mediante l impiego di fonti rinnovabili ING. E. PARISINI P.I. MASSIMO GRANDI ING. F. MAZZACURATI SEABO S.p.A. BOLOGNA INQUADRAMENTO GENERALE La realizzazione del sistema di teleriscaldamento CAAB (CENTRO AGRO ALIMENTARE BOLOGNA) Quartiere Pilastro è frutto di un iniziativa promossa da SEABO S.p.a (Società Energia Ambiente Bologna) nell ottica di un proficuo e razionale utilizzo di fonti energetiche alternative per le esigenze della città. Gli impianti realizzati consentono di fatto di recuperare calore dall Incenerimento dei rifiuti urbani e di renderlo disponibile ad una serie di utenze di tipo Terziario e Civile per il riscaldamento invernale, la produzione acqua sanitaria nonché la climatizzazione estiva. Il sistema di recupero energetico preesistente installato nell ambito dell impianto d incenerimento rifiuti della Seabo era costituito sostanzialmente da generatori di vapore che sfruttando il calore prodotto dalla combustione dei rifiuti solidi urbani alimentavano una turbina bistadio collegata ad un alternatore di potenzialità pari a 7MWe. Le nuove installazioni descritte nella presente relazione permettono anche di utilizzare Il vapore spillato a 127 C e ad una pressione di circa 2 2,5 ata a valle del primo stadio turbina per produrre acqua surriscaldata (Tmax. 120 C ) ad uso teleriscaldamento. Il prelievo avviene in modo proporzionale alla richiesta del utenza fino al raggiungimento del valore massimo consentito dal ciclo a vapore che nel caso in cui siano in funzione tutti i 3 forni dell inceneritore è di 24.000.000 Kcal/h. Il sistema integrativo di nuova realizzazione è costituito essenzialmente da: un sistema principale di produzione di energia termica localizzato presso l inceneritore SEABO di via del FRULLO; un sistema di pompaggio primario installato presso i locali a valle del sistema di produzione; una rete di distribuzione calore realizzata con tubazioni precoibentate ed interrate; una serie di sottocentrali di scambio termico variamente configurate a servizio essenzialmente della sede Seabo di Via del Frullo, di un impianto Seabo di decompressione del gas naturale, dei padiglioni del Centro agroalimentare, del Quartiere Pilastro;
2 Climatizzazione del centro agroalimentare di Bologna e riscaldamento invernale un ulteriore sistema di produzione acqua surriscaldata, localizzato all interno della centrale termica ad olio combustibile preesistente a servizio del quartiere Pilastro, con funzioni di emergenza per l alimentazione dei padiglioni del centroagroalimentare (non dotati di sistemi alternativi al teleriscaldamento) nel caso di indisponibilità di calore dell inceneritore. SISTEMA PRINCIPALE DI PRODUZIONE DI ENERGIA TERMICA LOCALIZZATO PRESSO L INCENERITORE SEABO a) presso l'inceneritore Seabo di via del Frullo, sono presenti: N 1 turbina a due stadi azionata dal vapore prodotto da generatori che sfruttano il calore recuperato dala combustione dei rifiuti, azionante un alternatore da (ª7 Mwe); N 2 generatori di acqua surriscaldata (scambiatori condensatori), alimentati con vapore a 127 C e a 1,5 2,5 ata, spillato dalla turbina in quantità proporzionale alla richiesta fino al raggiungimento del valore massimo consentito. Tali generatori, di potenzialità di 12 Gcal/h cadauno, (per un totale quindi di 24 Gcal/h), producono l'acqua surriscaldata destinata al teleriscaldamento ad una temperatura che può raggiungere i 120 C. esistente Di nuova installazione Poiché la sede Seabo di via del Frullo necessita per usi interni di una potenzialità di 4 Gcal/h, ne consegue che dei 24 Gcal/h prodotti, la rete di teleriscaldamento è in grado di distribuire a tutte le sottocentrali esterne alimentate, calore per una potenzialità massima di circa 20 Gcal/h. I generatori di cui sopra alimentano tutte le sottocentrali collegate in modo da permettere il servizio di riscaldamento e la produzione di acqua calda sanitaria durante il periodo invernale, mentre durante il periodo estivo alimentano solo le sottocentrali per le quali è previsto il servizio di refrigerazione e la produzione di acqua calda sanitaria. Nel funzionamento invernale i livelli di temperatura dell acqua surriscaldata per l alimentazione degli scambiatori sono di 115 C per la mandata e 75 C per il ritorno, mentre nell esercizio estivo i livelli di temperatura per l alimentazione degli assorbitori a Bromuro di Litio, sono di 115 C per la mandata e 85 C per il ritorno. Nel caso in cui il servizio lo richieda, la temperatura di mandata dell acqua surriscaldata può essere portata a 120 C aumentando in questo modo il salto termico e quindi l energia termica a disposizione a parità di portata. Poiché la qualità dell acqua della rete di teleriscaldamento deve essere controllata in termini di contenuti di particelle solide e di aggressività, (per preservare la durata e l affidabilità degli impianti realizzati), sono stati installati sempre all interno dei locali dell inceneritore, i seguenti impianti di trattamento acqua : un addolcitore a scambio ionico che tratta l acqua per il riempimento e per i reintegri, un gruppo di dosaggio prodotti chimici, per controllare il ph e l ossigeno disciolto
3 sia dell acqua di reintegro che in quella di rete, un sistema di filtrazione in by-pass rispetto alla tubazione principale, collegato direttamente sul ritorno della rete di teleriscaldamento in grado di filtrare in circa 2 giornate di funzionamento, tutta l acqua contenuta nel sistema di teleriscaldamento. SISTEMA DI POMPAGGIO PRIMARIO. E localizzato in una sala pompe seminterrata ai margini dell area aziendale di via del Frullo. Esso risulta sostanzialmente costituito da: N 2 pompe, di nuova installazione, portata 600 mc/h, prevalenza 10 Bar; N 2 pompe, esistenti, portata 60 mc/h, prevalenza 30 m.c.a.; Il sistema di pompaggio è completo poi dei quadri e della strumentazione (valvole, trasmettitori di portata e di pressione) necessari per realizzare le seguenti logiche di gestione, ovvero: regolazione della velocità di rotazione delle pompe appartenenti alla prima coppia tramite inverter per l adeguamento del regime di rotazione alla caratteristica del circuito di teleriscaldamento, variabile in relazione all entità del prelievo effettuato dall utenza. E previsto il funzionamento di una sola pompa per volta; avviamento automatico della pompa di riserva su segnale di bassa pressione in mandata; protezione di minima portata pompe, per valori inferiori a quello ottenibile attraverso variazione del regime di rotazione con apertura di opportuno ramo di by-pass tra tubazioni di mandata e ritorno; scambio gruppo pompe, per la gestione dell arresto gruppo pompe principali e avviamento gruppo pompe secondarie in funzione della richiesta decrescente dell utenza; RETE DI DISTRIBUZIONE CALORE. Lo sviluppo complessivo della rete di teleriscaldamento ammonta a circa 4500 m di doppia tubazione. La dorsale principale del sistema di teleriscaldamento è stata progettata meccanicamente per una temperatura massima di 140 C. e una pressione massima di 16 bar, idraulicamente per distribuire le portate necessarie considerando ad una velocità massima in rete non superiore a 3 m/sec.. L isolamento dei tubi di teleriscaldamento è costituito da uno strato circonferenziale in schiuma di poliuretano protetto da un tubo guaina in polietilene ad alta densità. La conducibilità termica della coibentazione è estremamente ridotta tale da non consentire una diminuzione di temperatura del circuito a regime superiore a 2 C., nella condizione di portata massima in assenza di prelievo dalle utenze. La rete di teleriscaldamento è stata posata ad una profondità minima di 1 m. Per l assorbimento delle dilatazioni termiche dovute alle variazioni di temperatura alle quali la rete è sottoposta durante l esercizio, e di conseguenza per limitare le sollecitazioni indotte, sono stati installati lungo la rete idonei giunti monouso. Questi, dopo avere garantito la dilatazione della rete in fase di riscaldamento, sono
4 Climatizzazione del centro agroalimentare di Bologna e riscaldamento invernale stati saldati in una configurazione tale da limitare le tensioni massime di esercizio a valori inferiori a 150 N/mmq. La rete posata è dotata di un sistema di allarme perdite o infiltrazioni dall esterno, sensibile alle variazioni di conducibilità dell isolamento indotte dall eventuale presenza di umidità. Tale sistema consente da poter intervenire prima che si verifichino danni rilevanti, localizzando tempestivamente la zona interessata alla presenza di acqua. Il sistema di allarme è essenzialmente costituito da due fili di rame annegati nelle schiuma di poliuretano, che svolgono il ruolo di sensori di umidità, e da una serie di centraline che hanno lo scopo di recepire e quindi di segnalare ad una sala controllo remota l avvenuto guasto. SOTTOCENTRALI DI SCAMBIO TERMICO Tutte le sottocentrali sono adibite al servizio di riscaldamento tramite scambiatori a piastre. Alcune di esse ubicate all interno dell area CAAB/Facoltà di Agraria sono adibite anche al servizio di condizionamento estivo tramite impianti ad assorbimento costituiti da generatore frigorifero, torre di raffreddamento, pompe di circolazione e sistemi ausiliari. Le sottocentrali alimentate dalla rete di teleriscaldamento, sono quelle di seguito elencate. *(1) - s/cle tipo A per solo riscaldamento - s/cle tipo B per riscaldamento e preparazione acqua sanitaria - s/cle tipo C per riscaldamento e refrigerazione (con assorbitore alimentato con acqua surriscaldata) - C* (con assorbitore ad acqua calda)
5 Si sottolinea che le sottocentrali 3 e 5 (rispettivamente CENTRO MACELLAZIO- NE E LAVORAZIONE CARNI e MERCATO ITTICO ) non sono per il momento state realizzate e che è stato necessario apportate modifiche al progetto impiantistico originario delle installazioni a servizio del CAAB per adeguarlo alle variazioni subite in corso d opera dalle infrastrutture. FUNZIONAMENTO DELLE SOTTOCENTRALI. Tutte le sottocentrali sono gestite da un moderno sistema di telecontrollo, distribuito presso le varie utenze, che riferisce ad una unità centrale, tramite l ausilio di una rete di comunicazione a fibre ottiche, collocata presso la centrale a servizio del quartiere PILASTRO. SERVIZIO DI RISCALDAMENTO. Le sottocentrali sono dotate di una coppia di scambiatori a piastre, l uno di riserva all altro, ciascuno in grado di ricevere dalla rete ed erogare agli impianti secondari la massima potenzialità richiesta dall utenza. La regolazione della temperatura dell acqua del circuito secondario e quindi della potenza ceduta all utenza è effettuata mediante un sistema locale a plc installato all interno del quadro elettrico. Prelevando il valore della temperatura dell acqua di mandata sul secondario, il plc provvede a regolare l apertura e la chiusura della valvola motorizzata di regolazione collocata sul primario ottenendo così la variazione di portata del fluido necessaria a garantire l energia richiesta dall utenza. Sul primario di ogni scambiatore è poi installata una valvola di sicurezza tipo onoff per isolare lo scambiatore ed evitare l eccessivo riscaldamento del fluido sul secondario, mentre a monte della valvola di regolazione, è installato un contacalorie di tipo fiscale collegato al plc di regolazione. Con il dato di portata ricevuto, associato ai valori di temperatura dell acqua di ingresso ed uscita dal primario della sottocentrale rilevati da due apposite sonde di temperatura anch esse collegate al plc, il sistema provvede al calcolo della potenza termica assorbita dalla sottocentrale. Se il valore istantaneo calcolato risulta maggiore di un certo limite (corrispondente alla massima potenzialità erogabile dalla singola sottocentrale stabilita in modo da evitare sbilanciamenti sul servizio erogato da tutto il sistema), e tale condizione persiste per un tempo superiore ad una soglia impostata, il plc limita l apertura della valvola di regolazione al fine di riportare la portata (e quindi la potenza erogata) entro i limiti stabiliti. In maniera del tutto analoga il plc manda in chiusura la valvola di regolazione nel momento in cui la portata istantanea rilevata risulta inferiore alla soglia di sensibilità del misuratore, (questo per evitare quantificazioni errate del servizio erogato). SERVIZIO DI REFRIGERAZIONE. In questo caso sul primario è presente una coppia di derivazioni: oltre a quella necessaria per alimentare il circuito scambiatori di cui si è detto, ne è stata realizzata un altra per l alimentazione del circuito di un assorbitore per la produzione di acqua refrigerata.
6 Climatizzazione del centro agroalimentare di Bologna e riscaldamento invernale Su tali derivazioni è stata installata una coppia di valvole on-off che gestiscono lo scambio del servizio estivo-invernale. L assorbitore è regolato mediante una valvola proporzionale come già visto per gli scambiatori ed è accoppiato, tramite pompe dedicate, con una o più torri di raffreddamento a più stadi (da 4 a 6 ), dotate di motori a due velocità e funzionanti a seconda della necessità della sottocentrale. Le pompe sono funzionanti una di riserva all altra ed una volta attivate rimangono in esercizio continuo per tutto il periodo di funzionamento dell assorbitore. Una sonda di temperatura collegata al sistema controlla la temperatura dell acqua di ritorno dalle torri. In funzione del valore prelevato il plc gestisce l esercizio delle torri con le seguenti modalità: per temperature inferiori ai 25 C queste vengono escluse; per temperature superiori ai 25 C l acqua passa attraverso le torri di raffreddamento che operano a regimi minimi; all aumentare della temperatura viene comandata la partenza a gradini delle varie sezioni delle torri, che funzioneranno a pieno regime per t.= 31 C. L acqua refrigerata viene prodotta dagli assorbitori ad una temperatura di 7 C. Per temperature del primario inferiori a 75 C l assorbitore non può funzionare. Un puntuale riepilogo delle potenzialità degli impianti realizzati (confrontati con quelle di progetto) è dettagliato nella TABELLA I di seguito riportata:
7 TABELLA POTENZIALITÀ SOTTOCENTRALI
8 Climatizzazione del centro agroalimentare di Bologna e riscaldamento invernale IMPIANTI DI TELERISCALDAMENTO UBICATI ALL INTERNO DELLA CENTRALE TERMICA DEL PILASTRO. Presso la centrale del Pilastro sono presenti Nel funzionamento normale, il Pilastro è ricevitore di energia termica dal Frullo, tramite gli scambiatori da 8.6 Gcal/h funzionanti in parallelo. Questi alimentano con acqua calda la rete di teleriscaldamento del relativo quartiere, sostituendo il servizio erogato da 3 caldaie da 6 Gcal/h ciascuna, di costruzione relativamente recente, alimentate ad olio combustibile. In sostituzione di una quarta caldaia obsoleta, è stata installata una nuova caldaia/generatore di acqua surriscaldata ad olio diatermico, alimentata a gas naturale. La nuova caldaia, di potenzialità 8.6 GCal/h rese all'acqua, può servire in emergenza per fornire calore alla rete in caso di indisponibilità dei generatori principali installati presso l inceneritore (es. manutenzioni forni). Pertanto, ogni qual volta l inceneritore non risulta in grado di alimentare la rete TLR, viene attivato un automatismo che arresta le pompe di spinta principali, avvia sia la caldaia ad olio diatermico che il pompaggio associato per garantire in circolazione opposta il servizio alle sottocentrali del CAAB e dell Università degli Studi in quanto sprovviste di fonti energetiche alternative. Contestualmente vengono disconnesse dalla rete le sottocentrali SEABO CABINA GAS (che ha la possibiltà di funzionare in maniera autonoma tramite generatori di calore tradizionali alimentati a gas metano) e QUARTIERE PILASTRO, con l attivazione in parallelo dellle caldaie ad olio combustibile preesistenti. Nel caso in cui l inceneritore risulti in grado di erogare solo una parte del calore complessivamente necessario, è stata eseguita una modifica al circuito scambiatori per avere la possibilità di esercire le caldaie ad olio combustibile in serie al circuito scambiatori stesso, integrando in questo modo l energia termica residua disponibile in rete a valle dell alimentazione delle sottocentrali CAAB ed Università con quella necessaria per alimentare il Quartiere Pilastro.
9 FABBISOGNI D ENERGIA TERMICA A REGIME I fabbisogni di energia termica dell utenza vengono per quanto detto di fatto soddisfatti tramite i generatori dell inceneritore (potenza termica di base), e tramite la centrale termica del Quartiere Pilastro (integrazione/soccorso). Gli insediamenti allacciati alla rete di teleriscaldamento hanno le caratteristiche tecniche ed i fabbisogni energetici seguenti: QUARTIERE PILASTRO: Volumetria riscaldata: 530.000 mc; Numero unità immobiliari: 1.500; Tipologia servizio: riscaldamento invernale; Energia termica annua erogata: 25.000.000 Mcal; Potenza termica di punta: 12 Gcal/h; Avviamento teleriscaldamento: Gennaio 1997. Nota: Dal 2001 è prevista una riqualifica degli impianti che consentirà la centralizzazione del sistema di produzione dell acqua sanitaria con conseguente dismissione dei bollitori rapidi a gas esistenti; tale operazione determinerà un ulteriore fabbisogno energetico del comparto stimabile in 4.000.000 Mcal/anno. b) CENTRO AGROALIMENTARE ED UNIVERSITA Volumetria riscaldata: 300.000 mc; Tipologia servizio: riscaldamento invernale e raffrescamento estivo tramite gruppi ad assorbimento; Energia termica annua erogata per riscaldamento: 5.500.000 Mcal; Energia termica annua erogata per raffrescamento: 3.500.000 Mcal; Potenza termica di punta riscaldamento: 6 Gcal/h Potenza termica di punta raffrescamento: 3,85 Mfrig/h; Avviamento teleriscaldamento: Novembre 1999. Nota: nei prossimi 4-5 anni sono previsti ulteriori insediamenti con un aumento della volumetria riscaldata/raffrescata di circa il 70-80%. BILANCIO ENERGETICO A) SISTEMA DI PRODUZIONE COMBINATA: Consumi annui di combustibile: - RSU: 0 TEP (fonte energetica rinnovabile); - Olio BTZ centrale Quartiere Pilastro (funzione soccorso): 300.000 kg pari a 294 TEP; Consumi di energia elettrica pompaggio: - 300.000 kwh pari a 69 TEP; Produzione di energia termica tramite turbogruppo/centrale IACP: - 34.000.000 Mcal pari a 3.400 TEP; Produzione energia termica elettrica turbogruppo: - 35.000.000 kwh pari a 8.005 TEP;
10 Climatizzazione del centro agroalimentare di Bologna e riscaldamento invernale CONSUMO TOTALE: 294 + 69 = 363 TEP B) SISTEMA TRADIZIONALE Il sistema tradizionale considerato si basa sulla produzione separata di: energia elettrica mediante centrale termoelettrica ENEL Trade (consumo specifico medio di 2.287 kcal/kwh); energia termica per riscaldamento mediante impianti centralizzati con rendimento medio stagionale del 77%; energia per il raffrescamento fornita tramite gruppi elettrici aventi COP medio 3,5. - Produzione elettrica 35.000.000 kwh x 2.287 kcal/kwh / 107 = 8.005 TEP - Produzione energia termica riscaldamento 30.500.000 Mcal x 1000 / (0,77 x 107) = 3.960 TEP - Produzione energia raffrescamento 3.500.000 Mcal x 1000 x 2.287 kcal/kwh = 265 TEP 860 x 3,5 x 107 CONSUMO TOTALE: 8.005 + 3.960 + 265 = 12.230 TEP C) RISPARMIO ENERGETICO: Il risparmio energetico annuo è pari a: 12.230 363 = 11.867 TEP BENEFICI AMBIENTALI La realizzazione dell intervento ha reso possibile un miglioramento delle condizioni ambientali, sia a livello locale sia a livello nazionale, per effetto delle sottoelencate modificazioni dei flussi energetici: - Quartiere Pilastro: minore consumo di olio combustibile BTZ pari a 3.000.000 kg/anno (300.000 kg anziché 3.300.000), equivalenti a 2.940 TEP; - Centro Agroalimentare: mancato consumo di gas metano utilizzato in impianti di riscaldamento centralizzati pari a 870.000 Smc/anno (mancata realizzazione centrali termiche), equivalenti a 718 TEP; - Centro Agroalimentare: mancato consumo di energia elettrica per raffrescamento estivo tramite gruppi elettrici pari a 1.165.000 kwh/anno equivalenti a 265 TEP; - Pompaggio rete teleriscaldamento: maggiore consumo di energia elettrica pari a 300.000 kwh/anno equivalenti a 69 TEP; - Produzione energia elettrica da turbogruppo inceneritore: pari a 35.000.000 kwh/anno equivalenti a 8.005 TEP grazie al vapore generato dalla combustione di RSU nei forni di incenerimento; I flussi energetici succitati determinano complessivamente, tenendo conto dei fat-
11 tori di emissione unitari riportati nella sottostante tabella, le seguenti emissioni evitate: 1. 117 ton. di NOx; 2. 257 ton. di SO 2 ; 3. 36.150 ton. di CO 2 Tabella fattori di emissione dei sistemi di produzione di energia: 1] RSU = rifiuti solidi urbani introdotti in n.3 forni inceneritori per la produzione del vapore che alimentano il turbogruppo [2] Efficienza lorda sistema termoelettrico nazionale: 2.050 kcal/kwh; Efficienza netta sistema termoelettrico nazionale 2.135 kcal/kwh; Efficienza all utenza sistema termoelettrico nazionale 2.287 kcal/kwh;