PRESENTAZIONE PROGETTO IMPIANTO DI COGENERAZIONE A BIOMASSE

Indice del documento IL PROGETTO LA COGENERAZIONE LA GASSIFICAZIONE FILIERA DI APPROVVIGIONAMENTO BIOMASSA L’IMPIANTO DI COGENERAZIONE A BIOMASSA IL TELECONTROLLO COMPONENTI DELL’IMPIANTO IMPIANTO INSTALLATO A REGIME PIANO DI START-UP

Il progetto Scopo precipuo di questo esempio di progetto di co-generazione è la realizzazione di una centrale di energia elettrica e termica alimentata con biomassa vegetale di provenienza locale (filiera corta) a impatto ambientale nullo. Il progetto si caratterizza per alcune peculiarità che lo rendono particolarmente innovativo: Nuovo sistema di produzione energia elettrica e termica modulare L’impianto di produzione di energia (co-generatore) realizzato con componenti di nuova concezione, ad alta automazione e con bassissimo impatto ambientale; nell’ipotesi di progetto si prevede di impiegare un “modulo” con una capacità produttiva di 500 Kw elettrici e 1000 Kw termici. E’ anche possibile ottenere, grazie all’aggiunta di un componente aggiuntivo già predisposto, il raffrescamento estivo. Impiego di generatore di energia a nullo impatto ambientale Viene installato un sistema di cogenerazione per la produzione dell’energia elettrica e termica che sarà alimentato da biomassa in ingresso; il processo prevede la generazione di energia elettrica tramite procedimento di gassificazione senza combustione che quindi limita l’emissione in atmosfera di agenti inquinanti. Sistema di approvvigionamento materia prima multicanale E’ prevista l’alimentazione dell’unità produttiva tramite biomassa vegetale di produzione locale opportunamente predisposta per un impiego ottimale. Telecontrollo dell’impianto remoto Grazie alla possibilità del telecontrollo remoto dell’impianto, é possibile minimizzare l’impiego di personale, garantire il funzionamento ottimale del sistema ed effettuare le operazioni di manutenzione preventiva; in tal modo si ottimizzano sia i costi di gestione che quelli di manutenzione.

- risparmiare energia primaria - salvaguardare l'ambiente La cogenerazione La cogenerazione è una soluzione impiantistica finalizzata ad aumentare l’efficienza dei processi di produzione energetica grazie alla generazione simultanea di energia elettrica e termica partendo da una singola fonte di energia primaria. I sistemi cogenerativi generalmente prevedono un unico impianto integrato, costituito da un generatore, un sistema per il recupero del calore, e interconnessioni elettriche. La cogenerazione si basa sul riutilizzo, per la produzione di energia termica, del calore generato durante la fase di produzione di energia elettrica. Un impianto convenzionale di produzione di energia elettrica ha una efficienza di circa il 35%, mentre il restante 65% viene disperso sotto forma di calore, con un impianto di cogenerazione, invece, il calore prodotto dalla combustione non viene disperso, ma recuperato per altri usi. In questo modo la cogenerazione raggiunge una efficienza superiore al 90% e questo permette di: - risparmiare energia primaria - salvaguardare l'ambiente - diminuire le emissioni di CO2 - diminuire i costi - creare nuovi posti di lavoro Infatti, in una centrale di cogenerazione il calore di scarico della macchina per la produzione di energia elettrica ha livelli termici elevati e di conseguenza può essere riutilizzato per la produzione di acqua calda, vapore (teleriscaldamento, utilizzi in processi industriali, ecc.), direttamente (fumi utilizzati per l'essiccamento), oppure per produrre una ulteriore quota di energia elettrica (ciclo combinato). Non ci sono dubbi sui vantaggi, in termini di rendimento energetico, che la cogenerazione ha rispetto alla produzione separata di energia elettrica e termica. Ciò comporta la localizzazione degli impianti di cogenerazione in prossimità delle aree produttive senza la penalizzazione delle perdite di trasporto dell'energia elettrica in rete, ponendo però dei limiti alle dimensioni delle macchine utilizzate in quanto l'energia termica non può essere trasportata a grandi distanze in modo economico. Dal punto di vista della redditività, l’operazione si avvale dell’incentivo collegato ai certificati verdi che sono disponibili per chi produce energia da fonte rinnovabile.

La gassificazione Per l’alimentazione del sistema di cogenerazione energetica e termica, si applica una soluzione innovativa e ad alto contenuto tecnologico e ambientale: la gassificazione. In particolare nel nostro caso si impiega un sistema di cogenerazione alimentato a combustibile da biomasse, si è scelta la soluzione del gassificatore a biomassa che permette di alimentare il motore di generazione dell’energia elettrica. Dal punto di vista tecnico, il processo di gassificazione consiste nell'ossidazione incompleta di una sostanza in ambiente ad elevata temperatura (900÷1.000°C) per la produzione di un gas combustibile (detto gas di gasogeno) di basso potere calorifico inferiore, variabile tra i 4.000 kJ/Nm³, nel caso più diffuso dei gassificatori ad aria ed i 14.000 kJ/Nm³, nel caso dei gassificatori ad ossigeno. La gassificazione è un processo chimico che permette di convertire materiale ricco in carbonio quale il carbone, il petrolio, o le biomasse, in monossido di carbonio, idrogeno e altri composti gassosi facendo reagire la materia prima ad alte temperature con una quantità controllata di ossigeno. La miscela gassosa risultante costituisce quello che viene definito gas di sintesi (syngas) e rappresenta essa stessa un combustibile. La gassificazione è un metodo molto efficiente per ottenere energia da molti differenti tipi di materiali organici. Il vantaggio nello sfruttare la gassificazione consiste nel fatto che l'utilizzo del syngas implica un più efficiente rendimento energetico rispetto alla combustione diretta del combustibile originario. Il syngas viene poi utilizzato direttamente in motori a combustione interna per la produzione di energia elettrica e termica. Inoltre, la combustione ad alta temperatura rende inerti gli elementi quali cloro e potassio presenti nelle ceneri, consentendo la produzione di un gas pulito rispetto ad altri combustibili problematici.

La combustione dei combustibili fossili è attualmente ampiamente utilizzata su scala industriale per produrre energia elettrica. Però, considerato che quasi ogni tipo di materiale organico può essere utilizzato quale materia prima per la gassificazione, come la biomassa, quest’ultima risulta essere una tecnologia utile nell'ambito dell'energia rinnovabile. In particolare, la gassificazione della biomassa consente il sequestro delle emissioni di anidride carbonica. La scelta della gassificatore di Biomassa è stata dettata da una serie di vantaggi: 1. Produzione combinata di Energia Elettrica e Termica 2. Ampia gamma di potenze, quindi adatto a realtà di diverse dimensioni 3. Grandissima flessibilità di biomasse utilizzabili 4. Alto rendimento energetico = consumo specifico di biomassa molto ridotto (1,2 Kg per kWhe prodotto) 5. Semplicità operativa e di manutenzione 6. Sistema completamente ecologico 7. Utilizzo di risorse locali (filiera corta)

Filiera di approvvigionamento biomassa Nell’ ambito delle politiche di prevenzione ambientale ed abbattimento delle emissioni di gas-serra adottate dalla comunità internazionale, confermate con l’ entrata in vigore del Protocollo di Kyoto, l’ impiego energetico delle fonti rinnovabili riveste un ruolo determinante. Fra le fonti rinnovabili le biomasse rivestono un ruolo di primo piano ed attualmente soddisfano il 15% degli usi energetici primari nel mondo, con oltre un miliardo di tep/anno: – I Paesi in via di sviluppo ricavano mediamente dalle biomasse il 38% della propria energia. – nei Paesi industrializzati le biomasse contribuiscono appena per il 3% agli usi energetici primari. In Europa l’ impiego delle biomasse soddisfa ancora una quota piuttosto marginale (3,5% corrispondenti a circa 40 milioni di tep/anno) con punte del 18% in Finlandia, 17% in Svezia e 13% in Austria. L’ Italia, con un 2% del proprio fabbisogno coperto dalle biomasse, è al di sotto della media europea, pur disponendo di importanti risorse forestali. In un paese ricco di foreste e di terreni agricoli come l’ Italia, la biomassa di origine vegetale è una grande risorsa energetica rinnovabile, in grado di diminuire la dipendenza dalle importazioni di combustibili fossili e nel contempo ridurre la produzione di CO2. Lo sfruttamento a fini energetici delle biomasse vegetali, ed in particolare di quelle legnose, avviene infatti con un bilancio nullo rispetto alla anidride carbonica, durante la combustione viene infatti rilasciata la stessa quantità di CO2 fissata dalle piante durante la crescita. La produzione di energia da biomasse in impianti capaci di produrre contemporaneamente energia elettrica ed energia termica consente di ottimizzare il rendimento termodinamico del processo di trasformazione energetica e di offrire al territorio servizi addizionali (teleriscaldamento e vapore/calore per usi industriali). Il mix elettrico/termico può essere costantemente adeguato all’ effettivo fabbisogno delle utenze civili ed industriali. Per loro natura i moderni impianti a biomasse sono intrinsecamente a basso impatto ambientale con emissioni (liquide, solide e gassose) estremamente contenute ed in accordo con le più stringenti normative.

Gli impianti a biomasse sono ufficialmente riconosciuti dal Gestore della Rete di Trasmissione Nazionale (GSE) come Impianti Alimentati a Fonte Rinnovabile (IAFR), con conseguenti vantaggi: – L’ energia elettrica prodotta ha priorità di dispacciamento, con impegno all’ acquisto da parte del GSE – La produzione di energia elettrica è incentivata attraverso il meccanismo dei Certificati Verdi La sostenibilità della produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili, ed in particolare quella da biomasse vegetali, trova concretezza e terreno di sviluppo nella interazione con le istituzioni, gli enti e le comunità locali. Nell’ambito del progetto particolare cura è stata posta alla filiera di approvvigionamento della biomassa; infatti viene garantito al cliente finale un costante approvvigionamento di biomassa già trattata e pronta per l’impiego al fine di minimizzare l’ingombro dei depositi, massimizzare l’autonomia operativa dell’impianto ed eliminare la necessità di attrezzature aggiuntive quali essiccatori, cippatrici ecc… Viene inoltre impiegata biomassa proveniente da filiera corta e viene anche garantita la valorizzazione di quella eventualmente disponibile previo trattamento nell’unità di produzione.

L’impianto di cogenerazione a biomassa L’ impianto è costituito in estrema sintesi da quattro sezioni principali, come illustrato in figura: La prima è il magazzino bricchette che viene caricato dall’esterno con la biomassa che costituisce il combustibile del sistema e tramite il modulo di alimentazione viene portato in modo automatico al gassificatore. La seconda sezione è costituita dal gassificatore che provvede alla generazione del gas di sintesi (syngas) per il motore. La sezione filtri effettua la purificazione e la filtrazione del gas grezzo ottenuto prima del suo invio alla sezione motore. L’ultimo componente è il motore endotermico che, grazie al syngas, genera l’energia elettrica che viene immessa in rete, quella termica viene ottenuta attraverso l’impiego di scambiatori di calore posizionati in diverse aree dell’impianto. A livello indicativo sono necessari circa 150 m2 di superficie, di cui 100 m2 coperti.

In figura è rappresentato un tipico impianto di cogenerazione alimentato a biomassa.