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Energia, efficienza e ottimizzazione dei processi

La cogenerazione
Prestazioni di un cogeneratore
Tecnologia solare CSP
Tecnologia solare ENEA
Attività di ricerca impianti solari CSP
Impianti Solari CSP e la cogenerazione
Impianti Solari CSP Ibridi-multigenerazione
Esempi di progetti
Tecnologia TREBIOS
Cogenerazione da biomasse
Impianti di combustione
Cogenerazione da biomasse: gassificazione
Attività di ricerca e sviluppo
Progetto UNIfFY: (Unique Gasifer for Hydrogen Production)
Recupero Termico a bassa temperatura – ORCLab

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Atti di convegni o presentazioni contenenti case history
mcTER Roma maggio 2018 Cogenerazione 4.0 - Innovazione, efficienza energetica e sostenibilità. Nuovi incentivi

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da Alessia De Giosa
mcTER Roma 2018Segui aziendaSegui




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Estratto del testo
Gli atti dei convegni e pi di 8.000 contenuti su www.verticale.net Pompe di Calore Termotecnica Industriale Pompe di Calore Roma, 15 maggio 2018 DIPARTIMENTO TECNOLOGIE ENERGETICHE ATI Associazione Termotecnica Italiana - Convegno mcTER
Cogenerazione 4.0 - Innovazione, efficienza energetica e sostenibilit. Nuovi incentivi Ing. Tommaso Crescenzi Resp. Divisione Solare termico e Termodinamico Energia, efficienza e ottimizzazione dei processi Roma 15 maggio 2018 Auditorium del Massimo Convegno mcTER Cogenerazione 4.0 ' 15 maggio 2018 - Roma - Auditorium del Massimo La Cogenerazione 2 Obiettivo Migliorare le prestazioni di macchine/impianti per la produzione di energia elettrica
a basso impatto ambientale Vantaggi ' risparmio di energia primaria (fino al 40%) rispetto ai sistemi tradizionali
' riduzione impatti ambientali (riduzione emissioni CO 2 fino al 30%) Opportunit - Generazione distribuita - Reti elettriche smart - Controllo da remoto - Diversificare le fonti energetiche con la diffusione delle fonti rinnovabili Convegno mcTER Cogenerazione 4.0 ' 15 maggio 2018 - Roma - Auditorium del Massimo La Cogenerazione 3 Con il termine cogenerazione si intende la produzione combinata di
energia elettrica/meccanica e di energia termica (calore) ottenute
in appositi impianti utilizzanti la stessa energia primaria. A partire dal potere calorifico del combustibile (energia chimica), si
realizza un ciclo termodinamico a combustione, sfruttando i livelli
termici pi alti per produrre energia elettrica e cedendo il calore
residuo a pi bassa temperatura per soddisfare le esigenze
termiche. Si ottiene pertanto un risparmio energetico sull'energia primaria utilizzata Ciclo termodinamico a combustione esterna Ciclo termodinamico a combustione interna Schema indicativo sul risparmio dell'energia primaria di un impianto di cogenerazione, rispetto ai tradizionali sistemi di produzione di energia
elettrica e calore (fonte: ingegneri.info ' Teknoring Network) Schema di un sistema di trigenerazione Convegno mcTER Cogenerazione 4.0 ' 15 maggio 2018 - Roma - Auditorium del Massimo Prestazioni di un cogeneratore 4 rendimento di primo principio sistema
cogenerativo Risparmio di energia primaria (primary
energy saving) > 10% per cogenerazione
ad alto rendimento (CAR, DM 4 Agosto
2011 e s.m.i.) EcCHP= l'energia, espressa in kWh, del combustibile consumato per produrre in cogenerazione. EeCHP = l'energia elettrica, espressa in kWh, prodotta in cogenerazione
EtCHP = l'energia termica utile, espressa in kWh, prodotta in cogenerazione
hES = rendimento medio convenzionale del parco di produzione elettrica italiano (0,46) corretto in funzione della tensione di allacciamento, della quantit di energia auto consumata e della quantit di energia immessa in rete. hTS = rendimento medio convenzionale del parco di produzione termico italiano (0,82 per utilizzo diretto dei gas di scarico e 0,90 per produzione di vapore/acqua calda). Convegno mcTER Cogenerazione 4.0 ' 15 maggio 2018 - Roma - Auditorium del Massimo Tecnologie per la cogenerazione 5 Le principali tecnologie per la generazione combinata elettrica e termica sono:
' Impianti con turbine a vapore ' Impianti con turbine a gas ' Impianti con microturbine a gas ' Impianti a ciclo combinato ' Impianti con motore a combustione interna ' Impianti a biomassa ' Impianti con motore Stirling ' Impianti CSP (Concentrating Solar Power)
L'ENEA, attraverso il Dipartimento Tecnologie Energetiche, svolge attivit di ricerca, sviluppo,
dimostrazione e promozione su tutte queste tecnologie, concentrandosi principalmente
negli impianti CSP e biomassa e contribuendo significativamente alla loro diffusione. Convegno mcTER Cogenerazione 4.0 ' 15 maggio 2018 - Roma - Auditorium del Massimo Tecnologia Solare CSP 6 Sono presenti due componenti: ' CONCENTRATORE dove la radiazione solare raccolta e concentrata ' RECEVITORE dove l'energia solare convertita in calore ad alta temperatura trasferito ad un fluido
RICEVITORE Fluido termovettore CONCENTRATORE Il ricevitore insieme al concentratore
rappresentano la caldaia di un impianto
convenzionale, il combustibile la
radiazione solare Convegno mcTER Cogenerazione 4.0 ' 15 maggio 2018 - Roma - Auditorium del Massimo Tecnologia Solare CSP 7 CONCENTRATORE RICEVITORE IMPIANTO DI PRODUZIONE Calore solare Accumulo termico Calore di
processo
Elettricit Combustibile Convegno mcTER Cogenerazione 4.0 ' 15 maggio 2018 - Roma - Auditorium del Massimo Tecnologia Solare CSP 8 Convegno mcTER Cogenerazione 4.0 ' 15 maggio 2018 - Roma - Auditorium del Massimo Tecnologia Solare ENEA 9 ENEL Archimede 5 MWe DNI 1936 KWhm-2y-1 Apertura collettore 6 m Lughezza collettore 100 m Numero collettori 54 (9 loops of 6 collettori) Superficie collettori 3 ha Energia termica accumulata 28.3 GWhy-1 Energia elettrica prodotta 9.6 GWhy-1 Efficienza media 15.6 % Combustibile non impiegato 2030 TEPy-1 Emissioni di CO 2 evitate 6300 ty-1 Impianto Archimede Convegno mcTER Cogenerazione 4.0 ' 15 maggio 2018 - Roma - Auditorium del Massimo Attivit di Ricerca Impianti Solari CSP 10 ' La Divisione Solare DTE- STT impegnata nell'analisi e sviluppo di applicazioni del Solare a Concentrazione su diverse linee di ricerca. ' tra queste lo sviluppo di impianti CSP per la generazione e cogenerazione distribuita: Convegno mcTER Cogenerazione 4.0 ' 15 maggio 2018 - Roma - Auditorium del Massimo Impianti Solari CSP 11 ' Per la generazione termoelettrica ad efficienze soddisfacenti necessario catturare e accumulare l'energia solare a temperature sufficientemente elevate. ' Per questo l'ENEA da anni ha sviluppato la tecnologia dei collettori lineari con sali
fusi quale fluido termico fino a 550C
' Al tempo stesso il Solare a Concentrazione si presta all'utilizzo diretto del calore quale fluido
di processo. ' Il costo del kWh termico prodotto da CSP gi oggi prossimo al kWh fossile anche su impianti di taglia medio-piccola (< 10 MW termici): fonte: www.industriaitaliana.it Convegno mcTER Cogenerazione 4.0 ' 15 maggio 2018 - Roma - Auditorium del Massimo Impianti Solari CSP e la cogenerazione 12 ' Vantaggi degli impianti CSP : ' Cogenerazione e trigenerazione facilmente applicabili e programmabili: l'energia primaria solare raccolta e accumulata in forma di energia termica viene utilizzata
successivamente in funzione della domanda energetica e del tipo di applicazione. ' Ibridizzazione (biomassa o FV) e Autonomia energetica ' Possibili applicazioni: ' Produzione di acqua mediane dissalatori termici (tipo MED)
' Produzione di frigorie mediante chiller ad assorbimento per varie applicazioni, civili o industriali ' Tele-riscaldamento di ambienti civili o industriali
' Generazione di vapore di processo per varie applicazioni (es. trattamento biomasse) Convegno mcTER Cogenerazione 4.0 ' 15 maggio 2018 - Roma - Auditorium del Massimo Impianti Solari CSP Ibridi-multigenerazione 13 SISTEMA IBRIDO SOLARE-BIOMASSA SISTEMA SOLARE IN MULTIGENERAZIONE SISTEMA IBRIDO SOLARE - BIOMASSA - FV FotoVoltaico Convegno mcTER Cogenerazione 4.0 ' 15 maggio 2018 - Roma - Auditorium del Massimo Impianti Solari a Concentrazione cogenerativi 14 ' La cogenerazione da CSP combinata con idonei sistemi di accumulo termico ad alta temperatura che permettono di programmare, stabilizzare ed estendere
l'approvvigionamento combinato di elettricit/calore
' il carico pu essere disposto in cascata oppure in parallelo rispetto a sistema di accumulo termico (Thermal Energy Storage = TES). Alcuni esempi: Esempio di CSP co-generativo con dissalatore e chiller in serie rispetto al TES e Power Block costituito da un ORC Esempio di CSP co-generativo con Power Block, dissalatore e chiller in parallelo rispetto al TES Convegno mcTER Cogenerazione 4.0 ' 15 maggio 2018 - Roma - Auditorium del Massimo Esempi di progetti: progetto MATS 15 Progetto MATS Impianto CSP co-generativo da 1 MWe con co-generazione di
acqua dissalata realizzato nei pressi di Alessandria d'Egitto Convegno mcTER Cogenerazione 4.0 ' 15 maggio 2018 - Roma - Auditorium del Massimo 16 Progetto MATS Impianto CSP co-generativo da 1 MWe con co-generazione di
acqua dissalata realizzato nei pressi di Alessandria d'Egitto Esempi di progetti: progetto MATS Convegno mcTER Cogenerazione 4.0 ' 15 maggio 2018 - Roma - Auditorium del Massimo 17 Progetto MATS: area TES, gas back-up, co-generatore, dissalatore Esempi di progetti: progetto MATS Convegno mcTER Cogenerazione 4.0 ' 15 maggio 2018 - Roma - Auditorium del Massimo 18 Progetto MATS: flessibilit della tecnologia ibrida co-generativa Esempi di progetti: progetto MATS Convegno mcTER Cogenerazione 4.0 ' 15 maggio 2018 - Roma - Auditorium del Massimo Impianto STS-Med in Sicilia Progetto STS-Med Impianto pilota CSP co-generativo: TES (a sali fusi, passivo)
con in parallelo unit ORC (10 kWe) e chiller Convegno mcTER Cogenerazione 4.0 ' 15 maggio 2018 - Roma - Auditorium del Massimo Impianto STS-Med in Sicilia Progetto STS-Med Impianto pilota CSP co-generativo: TES (a sali fusi, passivo)
con in parallelo unit ORC (10 kWe) e chiller Convegno mcTER Cogenerazione 4.0 ' 15 maggio 2018 - Roma - Auditorium del Massimo Impianto STS-Med in Sicilia Progetto STS-Med Impianto pilota CSP co-generativo: TES (a sali fusi, passivo)
con in parallelo unit ORC (10 kWe) e chiller Thermal Energy Storage (TES) Medium Ternary molten salts mix. Volume 8 m3 Capacity 400 kWh Avg. temp. 260 C Solar Field Type of collector Linear Fresnel - Idea Global aperture area 483.84 m2 Heat Transfer Fluid (HTF) Thermal oil ' Paratherm NF Peak thermal power 185 kW Total receiver lenght 84 m (3 x 28 m receivers rows) Working temperature (outlet) 280 C Chiller unit Element Double Effect Chilling Power 23 KWc COP1 Medium Br/Li Power Block Element ORC Electric Power 10 kW Medium Thermal oil Convegno mcTER Cogenerazione 4.0 ' 15 maggio 2018 - Roma - Auditorium del Massimo Tecnologia TREBIOS 22 TRigenerazione con Energie rinnovabili: BIOmasse e Solare termodinamico
Biomasse da residui agricoli (potature e stocchi) e da coltivazioni erbacee e arboree Convegno mcTER Cogenerazione 4.0 ' 15 maggio 2018 - Roma - Auditorium del Massimo Tecnologia OMSoP 23 ENEL Archimede 5 MWe ' Impianto realizzato presso Centro ENEA Casaccia
Basata su integrazione tecnologia Disco Solare e MGT ' Poligenerazione: possibile utilizzo calore di scarto per produzione distribuita di elettricit (5-15 kW) e cogenerazione ' Sostituzione motore Stirling con MGT al fine di incrementare
affidabilit e vita utile
' Ibridizazzione: possibile alimentazione con biocombustibili per produzione on demand ' Sistema a ciclo Brayton rigenerativo Convegno mcTER Cogenerazione 4.0 ' 15 maggio 2018 - Roma - Auditorium del Massimo Tecnologia OMSoP 24 Aria calda in uscita da turbina Raffreddamento
dello schermo Elettricit Possibile sistema di cogenerazione Convegno mcTER Cogenerazione 4.0 ' 15 maggio 2018 - Roma - Auditorium del Massimo Cogenerazione da biomasse 25 ' Caratteristica di programmabilit con possibile funzione da volano nelle Smart City e Smart Grid ' Filiere pi sviluppate: biomasse legnose (combustione e gassificazione) e biomasse fermentescibili (processo
digestione anaerobica) Convegno mcTER Cogenerazione 4.0 ' 15 maggio 2018 - Roma - Auditorium del Massimo Cogenerazione da biomasse 26 Schema di filiera per la produzione di energia elettrica e termica da biomasse Convegno mcTER Cogenerazione 4.0 ' 15 maggio 2018 - Roma - Auditorium del Massimo Impianti di combustione 27 Impianti di combustione
' Accoppiati a: - Turbine a vapore > 1-2 MWe - ORC (organic rankine Cycle) > 100 KWe ' 5 MWe ' Efficienza elettrica: 10 ' 15% (ORC) - 20% (turbine a vapore) ' Efficienza termica: 45% - 80% ' Elevata maturit tecnologica ' Elevata flessibilit di alimentazione ' Emissioni inquinanti in base alla tipologia di
combustibile utilizzata schema di impianto di cogenerazione a biomassa con turbina a vapore (IEA,
2015) schema di impianto di cogenerazione a biomassa con ORC
(Turboden) Convegno mcTER Cogenerazione 4.0 ' 15 maggio 2018 - Roma - Auditorium del Massimo Cogenerazione da biomasse: gassificazione 28 Impianti di gassificazione
' Accoppiati a: - motori a combustione interna - Microturbine a gas (tecnologia non ancora
matura) - Fuel cells (tecnologia non ancora matura) ' Taglia: 20 kWe ' 500 kWe ' Efficienza elettrica: 25% ' Efficienza termica: 45% - 55% ' Maturit tecnologica raggiunta per soli MCI ' Bassa flessibilit di alimentazione (legno, gusci,
nocciolino) ' Basse emissioni inquinanti azienda biomass feeding rate (kg/h) Pel (kWe) Pt (kWt) M (wt %) oper. time (h/y) thermal energy start up Pirogass wood chip (1 - 6 cm) 200 (300 - 400) 200 484 max 25 % 8000 SynCraft wood chip G30 - G50 140 - 208 - 267 200 - 300 - 400 326 - 488 - 615 < 10 % 90 / 70 C water Burkhardt pellet 40 - 110 - 110 50 - 165 - 180 110 - 260 - 270 < 10 % 95 - 90 / 70 C water CMD wood chip G30 24 20 40 < 20 % URBAS / Pinosa wood chip - briquettes from 63 to 270 from 70 to 300 from 140 to 600 95 - 90 / 75 - 65 C ESPE wood chip P50 49 49 110 < 10 % Froling wood chip P31S - P45S 45 50 107 < 10 % 7500 - 8000 80 / 60 C water 5 - 20 min Energy Lab wood chip G30 - G60 107 100 (125 - 300) 192 10% 7500 Spanner wood chip G30 - G40 30 - 45 30 - 45 70 - 110 < 15 % 8000 85 / 65 C water 15 min Syn-Gas wood chip G30 30 25 < 20 % 7000 60 min Ligento Green Power wood chip - briquettes 133 140 240 10% 7500 85 / 70 C water 45 min Elenco di alcuni produttori e modelli di impianti di cogenerazione basati sulla tecnologia di gassificazione (ENEA, 2017) Convegno mcTER Cogenerazione 4.0 ' 15 maggio 2018 - Roma - Auditorium del Massimo Attivit di ricerca e sviluppo 29 Maggiori problematiche affrontate: ' sviluppo di tecnologie di nuova concezione per l'utilizzo di sistemi d cogenerazione con pi elevata efficienza energetica e con ridotte emissioni inquinanti, quali ad
esempio microturbine e fuel cells ' aumento della flessibilit di alimentazione dei gassificatori, per poter utilizzare scarti delle produzioni agricole, rifiuti e sottoprodotti di attivit agroindustriali. ' miglioramento della qualit del gas combustibile prodotto, in termini di composizione e contenuto di composti indesiderati, al fine di ottenere una maggiore affidabilit del
sistema di cogenerazione e ridurre i tempi di manutenzione (fermo impianto) ' sviluppo di sistemi di pulizia del gas caratterizzati da minor dispendio energetico e di materiali, con riduzione dei reflui impianto a letto fisso downdraft 30-80 kWe impianto a letto fisso updraft 150 kWth Impianto a letto fluidizzato bollente con circolazione interna 1 MWth impianto a doppio letto fluidizzato 500 kWth impianto multistadio 500 kWth i nostri impianti Convegno mcTER Cogenerazione 4.0 ' 15 maggio 2018 - Roma - Auditorium del Massimo Progetto UNIfFY: (Unique Gasifer for Hydrogen Production)
Coordinatore CIRPS / Universit dell'Aquila
30 Risultati Raggiunti; Produzione di idrogeno con
grado di purezza 99,99 % , polvere rimosse > 99 %
Caratteristiche impianto:
- Molto compatto - Ridotti costi di investimento; - Ridotti costi di manutenzione Si presta bene per applicazioni elettriche distribuite
e cogenerative con accoppiamento di fuel cell
Impianto da 1 Mwt ' Enea Trisaia Recupero Termico a bassa temperatura ' ORCLab 31 Sviluppo e sperimentazione su impianto
ORC 2 kWe
OBIETTIVI
' Recupero energetico da cascami termici a bassa
temperatura (<100C). ' Individuazione della soluzione impiantistica e del fluido di
lavoro pi performante sulla piccola scala. ' Sviluppo componenti. ORC Lab
' Taglia: 2 kWe . ' Fluidi impiegabili: HFC (R245fa, R134a, ..) . ' Pressione massima di esercizio: 15 bar . ' Temperatura massima di esercizio: 150C . ' Temperatura massima simulatore termico: 200C . Tecnologia CSP ' C.R. Casaccia 7 Febbraio 2018 Grazie per l'attenzione Tommaso Crescenzi tommaso.crescenzi@enea.it


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