Le moderne tecnologie di produzione e distribuzione di energia termica ed elettrica negli impianti alimentati a biomassa Page 1 REV.2 del MARZO 2013 Le moderne tecnologie di produzione e distribuzione di energia termica ed elettrica negli impianti alimentati a biomassa

Page 2 REV.2 del MARZO 2013 Argomenti trattati ● La tecnologia delle caldaie a biomassa ● Le tecniche delle generazione di energia elettrica ● I sistemi di abbattimento delle emissioni nocive ● La distribuzione dell’’energia termica

Le moderne tecnologie di produzione e distribuzione di energia termica ed elettrica negli impianti alimentati a biomassa Page 3 REV.2 del MARZO 2013 IL COMBUSTIBILE Le caldaie a biomassa di dimensioni medie e grandi(> 1MW)utilizzano combustibile legnoso a ridotta granulometria, perché: - 1 si evita un massiccio utilizzo di idrocarburi per la combustione di supporto. -2 si contengono le emissioni nocive. -3 si possono utilizzare sistemi di caricamento automatici Negli impianti a biomassa del Trentino Alto Adige è utilizzato quasi esclusivamente cippato di legno vergine, residuo di prima lavorazione di segheria e/o proveniente dalla pulizia del bosco. Il cippato è un prodotto legnoso formato da scaglie della dimensione compresa tra 5 e 50 mm, prodotto per taglio.

Le moderne tecnologie di produzione e distribuzione di energia termica ed elettrica negli impianti alimentati a biomassa Page 4 REV.2 del MARZO 2013 CARATTERISTICHE ENERGETICHE DEL COMBUSTIBILE Il contenuto energetico del cippato dipende principalmente da due fattori: 1- dalla specie del legno utilizzato quindi dalla quantità di lignina, cellulosa, resina. 2- dall’umidità del materiale legnoso. Negli impianti a biomassa si utilizza prevalentemente cippato di conifera (soprattutto abete e larice). Il contenuto di umidità normalmente varia dal 50% del materiale appena tagliato al 15/20% del materiale essicato.

Le moderne tecnologie di produzione e distribuzione di energia termica ed elettrica negli impianti alimentati a biomassa Page 5 REV.2 del MARZO 2013 CARATTERISTICHE GENERATORI DI CALORE I generatori di calore a biomassa si distinguono tra loro per: 1- modalità di caricamento del combustibile 2- tecnologia di combustione; 3- vettore termico; 4- modalità di controllo della combustione; 5- taglia (di serie 1 –10 MW)

Le moderne tecnologie di produzione e distribuzione di energia termica ed elettrica negli impianti alimentati a biomassa Page 6 REV.2 del MARZO 2013 SISTEMI DI ESTRAZIONE DEL CIPPATO DA SILOS DI CARICAMENTO Piccoli impianti con silos circolari ( o quadrati) 1- agitatore a molle di svuotamento con canale da trasporto; 2- coclea orizzontale ad avanzamento forzato;

Le moderne tecnologie di produzione e distribuzione di energia termica ed elettrica negli impianti alimentati a biomassa Page 7 REV.2 del MARZO 2013 SISTEMI DI ESTRAZIONE DEL CIPPATO DA SILOS DI CARICAMENTO Sistemi di estrazione da silos di grandi dimensioni Viene montato un sistema di bielle, che trasportano il combustibile con movimenti alternati in avanti e indietro verso il lato frontale del serbatoio. La propulsione avviene tramite cilindri idraulici, alimentati da un gruppo idraulico. L'ulteriore trasporto del materiale di camera di combustione avviene attraverso sistemi di trasporto a coclea o a spintori oleodinamici

Le moderne tecnologie di produzione e distribuzione di energia termica ed elettrica negli impianti alimentati a biomassa Page 8 REV.2 del MARZO 2013 TECNOLOGIE DI COMBUSTIONE La combustione del cippato può avvenire in caldaie a griglia fissa o mobile. Le caldaie a griglia fissa hanno solitamente potenze inferiori e si adattano peggio al variare delle caratteristiche fisiche (dimensioni e umidità) del cippato; hanno però un costo minore. Le caldaie a griglia mobile consentono l'avanzamento del combustibile mediante griglia mobile inclinata, per un efficace controllo dello spessore del letto anche in condizioni di rammolimento e parziale fusione delle ceneri. Il risultato è un’ottima combustione e una considerevole decantazione delle polveri dei fumi già in caldaia. La griglia mobile è costruita in modo da non presentare organi di movimento soggetti a rotture o ad usure che impongano interventi di manutenzione. La griglia è divisa in più sezioni dove viene immessa l’aria comburente che può quindi essere regolata finemente a tutti i carichi, evitando che a basse potenze parte della sua superficie si scopra e l’aria segua vie preferenziali al di fuori del combustibile, penalizzando la miscelazione dei gas e di conseguenza la buona combustione.

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Le moderne tecnologie di produzione e distribuzione di energia termica ed elettrica negli impianti alimentati a biomassa Page 11 REV.2 del MARZO 2013 VETTORE TERMICO In funzione dell’utilizzo dell’energia termica (alimentazione diretta rete di teleriscaldamento o produzione di energia elettrica) una caldaia a biomassa opportunamente configurata può utilizzare come vettore termico: : acqua calda-vapore;-olio diatermico.

Le moderne tecnologie di produzione e distribuzione di energia termica ed elettrica negli impianti alimentati a biomassa Page 12 REV.2 del MARZO 2013 SISTEMI DI PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA DA BIOMASSA Le tecnologie consolidate oggi disponibili per produrre energia elettrica a partire dalla biomassa sono: - motore a pistoni a vapore; - turbogeneratore ORC; - turbina a vapore.

Le moderne tecnologie di produzione e distribuzione di energia termica ed elettrica negli impianti alimentati a biomassa Page 13 REV.2 del MARZO 2013 MOTORE A VAPORE (Spilling) Sfruttano la tecnologia delle vecchie locomotive a vapore e sono prodotti da una ditta tedesca (Spilling Energie System GmbH–Hamburg) Caratteristiche: - Motore a vapore ad espansione senza olio. - Rendimento buono anche ai carichi parziali, ottenuto con controllo volumetrico; - Semplicità di conduzione;- Campo di pressioni: 6 –60 bar; Taglie: 25 – kW; N. giri: 750, 900, 1.000, /min;

Le moderne tecnologie di produzione e distribuzione di energia termica ed elettrica negli impianti alimentati a biomassa Page 14 REV.2 del MARZO 2013 Turbogeneratore ORC ( Organic Rankine Cycle ) Il turbogeneratore ORC è un sistema che permette la produzione contemporanea di energia elettrica e calore sotto forma di acqua calda ad 80 –90 °C. L’impianto deve essere accoppiato ad una centrale termica ad olio diatermico. Il circuito ad olio diatermico che alimenta il turbogeneratore, raggiunge temperature attorno ai300°C e riscalda tramite uno scambiatore di calore il vero e proprio fluido di processo, ovvero un olio siliconico. Quest’ultimo va ad azionare una turbina cheesegue un ciclo Rankine a circuito chiuso. Il ciclo è simile a quello di una convenzionale turbina a vapore, la principale differenza sta nel fluido organico ad alta massa molecolare. Il turbogeneratore ha un rendimento elettrico netto pari a circa il 18-20%e termico del 77-80%,con perdite termiche ed elettriche intorno al 2-3%. Il fluido organico di esercizio è preriscaldato nell’evaporatore (scambiatore di calore a fascio tubiero), successivamente, i vapori del fluido espandono nella turbina e poi condensano a diversi livelli di temperatura. Infine la condensa è pompata in ritorno all’evaporatore, chiudendo il ciclo termodinamico. Le sorgenti fredde e calde non sono direttamente in contatto né con il fluido di esercizio né con la turbina.

Le moderne tecnologie di produzione e distribuzione di energia termica ed elettrica negli impianti alimentati a biomassa Page 15 REV.2 del MARZO 2013 Turbogeneratore ORC( Organic Rankine Cycle )

Le moderne tecnologie di produzione e distribuzione di energia termica ed elettrica negli impianti alimentati a biomassa Page 16 REV.2 del MARZO 2013 TURBINA A VAPORE Esistono varie tipologie di turbine a vapore; quelle più interessanti per le applicazioni negli impianti a biomassa sono: - Turbine a condensazione - Turbine a contropressione - Turbine a derivazione

Le moderne tecnologie di produzione e distribuzione di energia termica ed elettrica negli impianti alimentati a biomassa Page 17 REV.2 del MARZO 2013 CONFRONTO TRA I SISTEMI DI GENERAZIONE

Le moderne tecnologie di produzione e distribuzione di energia termica ed elettrica negli impianti alimentati a biomassa Page 18 REV.2 del MARZO 2013 CONFRONTO TRA I SISTEMI DI GENERAZIONE

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Le moderne tecnologie di produzione e distribuzione di energia termica ed elettrica negli impianti alimentati a biomassa Page 20 REV.2 del MARZO 2013 LE EMISSIONI NOCIVE

Le moderne tecnologie di produzione e distribuzione di energia termica ed elettrica negli impianti alimentati a biomassa Page 21 REV.2 del MARZO 2013 SISTEMI DI ABBATTIMENTO DELLE EMISSIONI NOCIVE :FILTRI A MULTICICLONE Sono progettati per la separazione di polveri con granulometria relativamente elevata. La sua classica applicazione è come prefiltro separatore. In tali sistemi si sfrutta un ingresso tangenziale dei fumi ed un’uscita assiale in modo che le particelle grossolane, a causa della maggiore inerzia, precipitino lungo le pareti delseparatore. I fumi e le particelle a minore granulometria seguono inizialmente una spirale discendente per poi risalire assialmente verso l'uscita

Le moderne tecnologie di produzione e distribuzione di energia termica ed elettrica negli impianti alimentati a biomassa Page 22 REV.2 del MARZO 2013 SISTEMI DI ABBATTIMENTO DELLE EMISSIONI NOCIVE: ELETTROFILTRO I filtri elettrostatici sfruttano la possibilità di caricare elettricamente le di polvere o di liquido e raccoglierle successivamente su un elettrodo captatore. Ciò viene ottenuto sottoponendo le particelle ad un campo elettrico ad alta tensione. Le polveri, o le goccioline, depositandosi sull’elettrodo di raccolta formano uno strato che diminuisce l’intensità del campo elettrico e che pertanto deve essere periodicamente rimosso. La rimozione delle polveri può avvenire per vibrazione (elettrofiltria secco) o tramite un leggero velo d’acqua od altro liquido (elettrofiltriad umido).

Le moderne tecnologie di produzione e distribuzione di energia termica ed elettrica negli impianti alimentati a biomassa Page 23 REV.2 del MARZO 2013 RECUPERO DI CALORE ATTRAVERSO LA CONDENSAZIONE

Le moderne tecnologie di produzione e distribuzione di energia termica ed elettrica negli impianti alimentati a biomassa Page 24 REV.2 del MARZO 2013 IL TRASPORTO DELL'ENERGIA TERMICA Lo schema della rete: - Ad albero: semplice, economico ma più vulnerabile ai guasti; -Ad anello: maggiore lunghezza e diametri mediamente maggiori, più costoso, ma offre più sicurezza - in caso di guasto; - A maglia: sistema molto affidabile ma di difficile gestione in caso di guasto (sezionamento della rete)

Le moderne tecnologie di produzione e distribuzione di energia termica ed elettrica negli impianti alimentati a biomassa Page 25 REV.2 del MARZO 2013 LE TUBAZIONI Le moderne reti di distribuzione del calore sono composte da coppie di tubazioni in acciaio (mandata e ritorno) opportunamente isolate e protette, già in fase di costruzione.Esse sono posate direttamente nel sottosuolo come le reti idriche o del gas. Per diametri modesti si utilizzano da qualche anno anche condotte in materiale flessibile, disponibile in rotoli di parecchie decine di metri.

Le moderne tecnologie di produzione e distribuzione di energia termica ed elettrica negli impianti alimentati a biomassa Page 26 REV.2 del MARZO 2013 LE SOTTOCENTRALI DI UTENZA La sottocentrale di utenza è il dispositivo attraverso il quale l’utente preleva l’energia termica dalla rete. E’ costituita da uno scambiatore a piastre, che separa il circuito dell'impianto di teleriscaldamento e il circuito dell'impianto di riscaldamento utente. Le sottocentrali sono generalmente prefabbricate e le loro dimensioni sono contenute; in genere si montano nel preesistente locale caldaia. Ogni sottocentrale è equipaggiata con un misuratore dell'energia ceduta (contatore), una valvola di regolazione e limitazione della portata nel circuito primario, valvole di intercettazione e di sicurezza ed altri accessori di regolazione. La lettura dei contatori e la conseguente fatturazione possono essere completamente computerizzate

Le moderne tecnologie di produzione e distribuzione di energia termica ed elettrica negli impianti alimentati a biomassa Page 27 REV.2 del MARZO 2013 INCENTIVI AGLI IMPIANTI A BIOMASSA ● Credito di imposta (sull’energia termica venduta) ● Credito di imposta (sulla potenza allacciata) ● Titoli di efficienza energetica ● Certificati verdi ● Contributi provinciali

Le moderne tecnologie di produzione e distribuzione di energia termica ed elettrica negli impianti alimentati a biomassa Page 28 REV.2 del MARZO 2013 CONSIDERAZIONI FINALI In questa presentazione è stato mostrato come cogenerare con le biomasse comporti elevati costi di investimento nell’impianto. Grazie al finanziamento dei Certificati Verdi risulta comunque conveniente produrre energia elettrica. La nuova legge Marzano (L. n.239/04) estende il beneficio dei CV anche agli impianti di cogenerazione alimentati a gas metano. Il comma 71 dell’art.1 dice che “hanno diritto alla emissione dei certificati verdi[…]l'energia prodotta da impianti di cogenerazione abbinati al teleriscaldamento, limitatamente alla quota di energia termica effettivamente utilizzata per il teleriscaldamento”. La legge non è ancora attuativa, ma dal momento in cui saranno pubblicate le norme di attuazione risulterà indispensabile valutare anche la convenienza economica di produrre energia elettrica attraverso un coogeneratore a gas metano o a gasolio.