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Tecnologie ad alta efficienza e turbomacchine per i terminali di rigassificazione del gas naturale liquefatto (GNL)

La rigassificazione del gas naturale liquefatto, che rappresenta la fase finale di questa filiera, è un processo ad elevato consumo di potenza elettrica e termica. Saipem e Politecnico di Milano hanno definito e sviluppato alcune tecnologie ad alta efficienza per la riduzione dei consumi sfruttando proprio le temperature criogeniche del gas liquefatto.
Il gas naturale liquefatto, abbreviato tipicamente con GNL (oppure LNG dall’inglese Liquified Natural Gas), compete con il trasporto su lunga distanza del gas tramite condotta e rappresenta, soprattutto per i Paesi importatori, un’opportunità strategica di diversificazione delle fonti energetiche in quanto apre all’intero mercato dei Paesi esportatori.

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La Termotecnica, settembre 2017

Pubblicato
da Alessia De Giosa




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Tecnica 64 LA TERMOTECNICA SETTEMBRE 2017 Energia & Impianti INTRODUZIONE
La rigassificazione del gas naturale liquefatto, che rappresenta la fase
finale di questa filiera, un processo ad elevato consumo di potenza
elettrica e termica. Saipem e Politecnico di Milano hanno definito
e sviluppato alcune tecnologie ad alta efficienza per la riduzione
dei consumi sfruttando proprio le temperature criogeniche del gas
liquefatto.
Il gas naturale liquefatto, abbreviato tipicamente con GNL (oppure
LNG dall'inglese Liquified Natural Gas), compete con il trasporto su
lunga distanza del gas tramite condotta e rappresenta, soprattutto
per i Paesi importatori, un'opportunit strategica di diversificazione
delle fonti energetiche in quanto apre all'intero mercato dei Paesi
esportatori. Le capacit globali di rigassificazione sono in continua e
stabile espansione, nonostante la recente crisi economica mondiale e
la successiva riduzione della domanda energetica, raggiungendo nel
2016 il valore di oltre 750 MTPA (MTPA l'unit di misura 'million
tonnes per annum', cio milioni di tonnellate all'anno, consueta per
il settore.). Tra i Paesi con maggior crescita spiccano il Giappone e
la Corea del Sud, ove sono stati ampiamente migliorati gli esistenti
terminali di rigassificazione in termini sia di capacit sia di efficienza,
oltre a Cina, Polonia, Egitto e Singapore, ove sono stati realizzati di-
versi nuovi terminali. La Polonia, l'Egitto e Singapore, poi, formano un
nuovo mercato, quello del gas naturale liquefatto di piccola scala. Una
particolare tendenza del settore infine il boom della rigassificazione
su nave, nota in gergo come FSRU dall'acronimo dell'inglese Floating
Storage Regasification Unit; nel solo anno 2016 stata installata una
capacit totale di 77 MTPA a bordo di FSRU, in aumento del 35%
rispetto al 2015.
I terminali di rigassificazione sostengono costi operativi notevoli non
solo per il consumo di potenza elettrica, generalmente importata dalla
rete, ma anche di quella termica, ottenuta dalla combustione di una
frazione del gas gi rigassificato. Per di pi, la possibile applicazio- ne della Carbon Tax aumenterebbe ulteriormente tali costi. Queste
le motivazioni che hanno portato Saipem e Politecnico di Milano
a studiare tecnologie ad alta efficienza, per terminali sia nuovi sia
esistenti, con il principale obiettivo di minimizzare l'importazione di
potenza elettrica e il consumo di gas combustibile. Da un punto di
vista termodinamico, infatti, un sistema freddo, quale il gas naturale
liquefatto, rispetto all'ambiente pi caldo permette di produrre po-
tenza meccanica/ elettrica, almeno in via teorica. LE TECNOLOGIE DI RIGASSIFICAZIONE CONVENZIONALI
Il gas naturale liquefatto trasportato tramite nave al terminale di
rigassificazione, ove viene accumulato in serbatoi a pressione atmo-
sferica e alla temperature criogenica di circa -160C. La rigassifica-
zione un processo che richiede potenza elettrica per raggiungere la
pressione di consegna richiesta in rete (tipicamente tra 63 e 84 barg)
e per alimentare tutti i servizi d'impianto; richiede anche potenza
termica per trasformare il gas naturale da fase liquida, appunto,
a fase gassosa alla temperatura imposta dalla rete (tipicamente di
almeno 3C).
I terminali di rigassificazione possono essere a terra o su nave. La
maggior parte dei terminali a terra si basa su due tecnologie con-
venzionali: il vaporizzatore a fiamma sommersa, noto come SCV
da Submerged Combustion Vaporizer, e il vaporizzatore ad acqua
di mare, ORV da Open Rack Vaporizers. Quest'ultima tecnologia
pi efficiente ma meno universale perch applicabile solo dove e
quando l'acqua di mare sufficientemente calda. Ogni terminale ha
pi linee parallele di vaporizzazione, non necessariamente tutte di
una sola tecnologia.
In questo studio sono stati presi come riferimento principale i consumi
di potenza elettrica e termica di una tipica linea di rigassificazione
con la tecnologia a fiamma sommersa, e non dell'intero terminale.
Una linea SCV da 139 t/h richiede 2.25 MWe di potenza elettrica di A. M. Fantolini, G. Valenti, S. De Rinaldis, M. Astolfi, L. D. Inglese, E. Macchi Tecnologie ad alta efficienza e turbomacchine per i terminali
di rigassificazione del gas naturale liquefatto (GNL)
La rigassificazione del gas naturale liquefatto un processo ad elevato consumo di potenza elettrica e termica. Questo lavoro analizza dai punti
di vista tecnico ed economico quattro tecnologie ad alta efficienza per minimizzare i consumi: espansione diretta, cogenerazione, ciclo chiuso a
gas Brayton e motore a fluido organico ORC. Queste tecnologie sono realizzabili tramite apparecchiature disponibili sul mercato e permettono,
in misura diversa, interessanti risultati energetici e finanziari. HIGH-EFFICIENCY TECHNOLOGIES AND TURBOMACHINES FOR THE REGASIFICATION TERMINALS OF LIQUEFIED NATURAL GAS (LNG)
The liquefied natural gas regasification is an intensive process in terms of electric and thermal input powers. The present work analyzes four
high-efficiency technologies from a technical as well as an economical perspective: direct expansion, cogeneration, closed Brayton gas cycle,
and organic Rankine cycle. These technologies are realizable with out-of-the-shelf equipment and they allow, in different extent, for interesting
energy and financial outcomes. Anton Marco Fantolini, Salvatore De Rinaldis, Luca Davide Inglese - Saipem
Gianluca Valenti, Marco Astolfi, Ennio Macchi - Politecnico di Milano, Dipartimento di Energia Tecnica LA TERMOTECNICA SETTEMBRE 2017 65 Energia & Impianti e 27.0 MWt di potenza termica, con un rapporto dunque di 1 a 12
fra le due potenze (Figure 1 e 2). Nello studio, stato preso come
riferimento ulteriore il consumo della sola potenza elettrica, poich la
termica non utilizzata, della tecnologia del vaporizzatore ad acqua
di mare. Una linea ORV da 139 t/h richiede 3.85 MWe. Questo
lavoro non considera invece le tecnologie di rigassificazione su nave,
come FSRU precedentemente citata, perch sono tecnologie peculiari
in cui ingombri e pesi, pi di altri, sono fattori determinanti. LE TECNOLOGIE DI RIGASSIFICAZIONE
AD ALTA EFFICIENZA
La valutazione delle alternative realizzabili con apparecchiature
gi attualmente disponibili (o quasi) sul mercato identifica quattro
possibili tecnologie ad alta efficienza per la rigassificazione del gas
naturale liquefatto: -espansione diretta, -cogenerazione, -ciclo chiuso a gas Brayton, -motori a fluidi organico (Organic Rankine Cycle). Nel seguito vengono presentate le caratteristiche principali di ogni
tecnologia, soffermandosi per ognuna su possibili criticit e su aspet-
ti rilevanti. In particolare, ricoprendo un ruolo determinante nel
raggiungimento di alte efficienze, verranno brevemente descritte le turbomacchine (pompe, compressori e/o espansori) utilizzabili in
ogni tecnologia. Per ogni tecnologia, poi, viene eseguita un'analisi
energetico-ambientale e anche un'analisi economica finalizzate a
valutare le potenzialit delle tecnologie stesse. Indici di prestazione energetica delle tecnologie
Per misurare la bont energetica delle tecnologie, convenzionali e ad
alta efficienza, sono stati stabiliti due indici di prestazione energetica,
nel seguito definiti. -SFC (Specific Fuel Consumption, cio consumo specifico di combu- stibile), espresso come il rapporto fra il consumo di gas naturale
'equivalente' e il gas naturale rigassificato [kgNG/tonsLNG]; in
virt del fatto che, almeno in via teorica come spiegato sopra, la
potenza elettrica pu essere generata, questo rapporto tende a zero
se la produzione di elettricit pareggia il consumo, o addirittura as-
sume valori negativi se l'elettricit esportata, opzione quest'ultima
esclusa perch di minore interesse. -FCS (Fuel Consumption Saving, cio risparmio del consumo di com- bustibile), espresso come il risparmio di combustibile 'equivalente'
specifico della tecnologia ad alta efficienza rispetto alla tecnologia
convenzionale di riferimento (SCV o ORV); questo risparmio deve
tendere preferibilmente a -100%. A propria volta, il consumo di gas naturale 'equivalente', cio l'e-
quivalente della potenza elettrica in potenza termica, viene calcolato
considerando un parco termoelettrico alimentato a gas naturale con
un'efficienza media del 50%. ESPANSIONE DIRETTA
Nella tecnologia ad alta efficienza denominata espansione diretta,
il gas naturale liquefatto viene, dapprima, pompato a una pressione
superiore a quella finale di consegna in rete e, quindi, vaporizzato da FIGURA 1 - Terminale di rigassificazione del gas
naturale liquefatto Polskie con la tecnologia
convenzionale del vaporizzatore a fiamma sommersa,
nota come SCV da Submerged Combustion Vaporizer,
realizzato da Saipem
FIGURA 2 - Consumi di potenza elettrica e termica
per una tipica linea di rigassificazione con tecnologia
convenzionale SCV. T
sw sta per temperatura acqua mare (seawater temperature) e T NG temperatura del gas naturale (natural gas temperature). mostrata
inoltre la capacit di una tipica nave metaniera
Turbina Generatore G Vaporizzatore Serbatoio metano liquido T= - 160C Metano liquido Gas metano Pompa Riscaldatore Valvoladi bypass FIGURA 3 - Schema concettuale della tecnologia
ad alta efficienza denominata espansione diretta
Tecnica 66 LA TERMOTECNICA SETTEMBRE 2017 Energia & Impianti una fonte di calore, quale per esempio SCV a temperatura pi alta
della convenzionale oppure anche acqua di mare. Il gas naturale
ad alta pressione viene espanso in turbina per produrre potenza
meccanica all'albero e, quindi, tramite alternatore potenza elettrica.
Sfruttando il fatto che la potenza fornita dall'espansione a pi alta
temperatura supera la potenza richiesta dal pompaggio a bassa
temperatura, questo impianto produce potenza netta.
Lo schema concettuale presentato in Figura 3 fa riferimento al caso
in cui il gas naturale alimenta la rete di una centrale di potenza, la
rete lavora ad una pressione di circa 35 barg per turbine a gas e 7
barg per motori a combustione interna; in questo scenario possibile
estrarre energia sfruttando il salto di pressione tra la rete di vaporiz-
zazione ad alta pressione e quella di alimentazione della centrale di
potenza, il gas raffreddatosi dopo l'espansione viene riscaldato per
raggiungere la temperatura richiesta di consegna. Apparecchiature e turbomacchine: potenziali criticit
Non sono state rilevate particolari criticit tecnologiche per l'imple-
mentazione commerciale di questa tecnologia, anche se la massima
pressione limitata da limiti meccanici imposti dal vaporizzatore.
La pompa di rilancio che comunemente di tipo dinamico, o in altre
parole una turbopompa, non presenta differenze sostanziali rispet-
to a quelle attualmente adottate in questi tipi di impianto. Per quanto
riguarda l'espansore, anch'esso di tipo dinamico come la pompa,
si tratta di una tecnologia da progettare specificamente per questa
applicazione, ma comunque molto simile a quella gi adottata in altri
settori industriali, quali le stazioni di riduzione della pressione del
gas naturale in condotta. Esistono infatti un numero di costruttori, eu-
ropei ed extra-europei, di espansori per gas di interesse industriale,
incluse le miscele di idrocarburi, in condizioni criogeniche operanti
in un ampio campo di rapporti di espansione, portate massiche e
volumetriche, potenze meccaniche, velocit di rotazione dell'albero
(o degli alberi), numero di stadi di espansione e numero di alberi.
Questi espansori sono montati su strutture compatte e trasportabili,
gergalmente detti 'skid', facilmente installabili in campo. Aspetti rilevanti
Questa tecnologia garantisce vantaggi in termini di basso impatto
tecnologico ed economico da parte delle apparecchiature aggiunte
e sulla superficie occupata, con conseguenti CAPEX contenuti; que-
sto la rende una scelta interessante per applicazioni a terminali di
rigassificazione esistenti. Come si vedr pi avanti, per, i risultati
energetici sono modesti con la pressione di consegna tipica; pu per
diventare marcatamente pi interessante con pressioni di consegna
pi basse, come per esempio nel caso di consegna da parte del ter-
minale ad una centrale termoelettrica a ciclo combinato alimentata
a gas naturale. COGENERAZIONE
La cogenerazione la generazione contemporanea di potenza
elettrica e termica da parte di un motore primo (per esempio un
motore a combustione interna o un turbina a gas). L'applicazione
di questo principio alla rigassificazione del gas naturale liquefatto
gi stata effettuata in un numero di terminali, fra cui alcuni costruiti da Saipem. Un possibile impianto con turbina a gas come motore
primo rappresentato in Figura 4. Apparecchiature e turbomacchine: potenziali criticit
Lo studio ha preso in considerazione un motore a combustione
interna e, alternativamente, una turbina a gas dotati, in entrambi i
casi, di un'apparecchiatura per il recupero di calore allo scarico per
riscaldare il circuito di acqua collegato con la vasca di vaporizzatore
a fiamma sommersa. Sia i motori primi sia i recuperatori di calore
sono apparecchiature industrialmente mature e, pertanto, non sono
state individuate criticit. Nel caso della cogenerazione, le turbo-
macchine di interesse sono, eventualmente, le turbine a gas. Queste
macchine, per, sono fornite dai costruttori con modestissimi margini
di personalizzazione; normalmente, infatti, si scelgono da catalogo
e, se necessario, si adatta il processo in cui vengono inserite. Per
questa tecnologia, comunque, le modifiche al processo sono molto
limitate perch i recuperatori di calore possono essere gi previsti
dal costruttore o comunque sono reperibili sul mercato. Aspetti rilevanti
Per la singola linea di rigassificazione, vi per uno squilibrio tra
potenza termica ed elettrica, sbilanciato verso la potenza termica
nel rapporto di circa 12 come visto precedentemente; al contrario,
il rapporto fra potenza termica ed elettrica di un turbina a gas, che
supera quello di un motore, di solo 3 circa. Di conseguenza, se la
potenza elettrica eguaglia la richiesta di linea, il recupero di calore
pu fornire solo una parte della potenza termica necessaria. In altre
parole, anche nel caso di utilizzo di turbine a gas, non possibile
soddisfare simultaneamente i carichi elettrico e termico di una linea
di rigassificazione, poich l'elettrico molto inferiore, in termini re-
lativi, al termico. Lo schema di cogenerazione valutato nello studio
stato concepito per superare questo problema e bilanciare i carichi. CICLO CHIUSO A GAS BRAYTON
Il ciclo chiuso a gas di tipo Brayton, un ciclo fondamentale della
Termodinamica classica illustrato in Figura 5, prevede che il fluido di
lavoro operi sempre in fase gassosa fra una fonte calda e un pozzo FIGURA 4 - Schema
concettuale della
tecnologia ad
alta efficienza
denominata
cogenerazione
(in questo specifico
caso adottando una
turbina a gas come
motore primo)
Tecnica LA TERMOTECNICA SETTEMBRE 2017 67 Energia & Impianti freddo. In questa applicazione, la fonte calda la combustione di una
frazione del gas naturale dopo la rigassificazione in una caldaia di
tipo convenzionale, mentre il pozzo freddo proprio il gas naturale
durante il processo di rigassificazione. Apparecchiature e turbomacchine: potenziali criticit
Visti gli intervalli di temperature, pressioni e potenze di questo
ciclo, i componenti richiesti non mostrano aspetti critici. I produttori
possono fornire macchine e scambiatori di calore progettati secondo
le consuete tecniche. La scelta si orienta verso le turbomacchine e
verso scambiatori a fascio tubiero o a circuito stampato. Al contra-
rio del caso della cogenerazione, in quello dei cicli chiusi a gas le
turbomacchine sono essenziali e richiedono un'attenta progettazione
rispetto alle condizioni operative. Nella taglia e nei fluidi di lavoro
analizzati in questo lavoro, il compressore una turbomacchina
monostadio radiale e l'espansore monostadio o bistadio assiale. I
costruttori in grado di realizzare le turbomacchine per la tecnologia
dell'espansione diretta sono comunque adatti anche per questa
tecnologia. Valgono quindi le medesime considerazioni riportate
per l'espansione diretta. Aspetti rilevanti
Una scelta fondamentale nei cicli a gas il fluido di lavoro, per
minimizzare i costi dell'impianto e aumentarne l'efficienza. I criteri
principali di selezione possono essere riepilogati come segue. -Un fluido a bassa complessit molecolare permette il progetto delle turbomacchine con rapporti di pressione contenuti grazie a
rapporti dei calori specifici elevati. Inoltre, poich le prestazioni del
ciclo a gas dipendono dai rapporti di temperatura, i bassi rapporti
di pressione limitano la pressione massima. -Un fluido a peso molecolare elevato riduce il salto entalpico spe- cifico nelle turbomacchine, limitando il numero di stadi e conse-
guentemente i costi. -Un fluido inerte, economico e disponibile non pone pericoli di infiammabilit ed facilmente reperibile. Lo schema valutato mostra la possibilit di soddisfare contempora-
neamente la potenza elettrica e quella termica. MOTORE A FLUIDO ORGANICO
(ORGANIC RANKINE CYCLE)
Un motore a fluido organico (noto pi comunemente come ORC, da
Organic Rankine Cycle) un ciclo di tipo Rankine, un altro ciclo fon-
damentale della Termodinamica classica, che impiega come fluido di
lavoro proprio un fluido organico, anzich l'acqua come nelle grandi
centrali termoelettriche a ciclo Rankine. La scelta del fluido organico
libera e dipende da diversi fattori, quali fonte di calore disponibile,
motivi termodinamici, limiti tecnologici e considerazioni economiche.
In questa applicazione la fonte calda l'acqua di mare e il pozzo
freddo il gas naturale durante il processo di rigassificazione. In gene-
rale, gli impianti ORC richiedono un numero limitato di componenti
disposti in configurazioni relativamente semplici. Inoltre, la selezione
di un fluido idoneo pu permettere il funzionamento a temperature
molto basse senza incorrere in portate volumetriche elevate o gradi di
vuoto spinti nel condensatore. Queste caratteristiche rendono gli ORC
una soluzione di particolare rilievo per i terminali di rigassificazione.
Lo schema concettuale presentato in Figura 6. Apparecchiature e turbomacchine: potenziali criticit
Le apparecchiature principali degli ORC sono: la pompa, l'espansore
e gli scambiatori di calore. La pompa, di tipo dinamico, funziona a
temperature criogeniche fornendo una prevalenza superiore a 100
bar; diversi costruttori gi presenti sul mercato possono fornire tur-
bopompe adatte per le condizioni operative di portate, prevalenza,
pressioni massime e temperature e capaci di raggiungere efficienze
idrauliche superiori a 70%. L'espansore del ciclo, anch'esso di tipo
dinamico per le portate volumetriche in gioco, il componente chiave
del ciclo; la scelta della sua architettura non univoca, ma pu cadere
in una delle seguenti classi. -Una turbina centripeta, che un componente piuttosto comune anche nelle applicazioni criogeniche, adatta anche per fluidi mode-
ratamente bifase, per meno adatta per configurazioni a pi stadi. -Una turbina assiale, che idonea per elevati rapporti di espansione volumetrica ed comune negli ORC. -Un turbina radiale di tipo 'outflow', che pu gestire rapporti di G Generatore Turbina Compressore Riscaldatore Gas di scarico Ventoladi Ricircolo Combustore Aria Combustibile Scambiatore di calore Metano liquido Gas metano Ritornoazoto freddo Serbatoio metano liquido T= - 160C Pompa FIGURA 5 - Schema concettuale della tecnologia ad alta
efficienza denominata ciclo chiusa a gas tipo Brayton
Vaporizzatore Condensatore Gas metano Metano liquido G Turbina Generatore Pompa Fluido organico Serbatoio metano liquido Acqua di mare T=9C T= - 160C Pompa FIGURA 6 - Schema concettuale della tecnologia ad alta
efficienza denominata motore a fluido organico (Organic
Rankine Cycle, ORC)
Tecnica 68 LA TERMOTECNICA SETTEMBRE 2017 Energia & Impianti espansione volumetrica molto elevati con geometrie compatte ed
efficienti. Come per le tecnologie ad alta efficienza descritte precedentemente,
i costruttori di espansori criogenici che gi operano sul mercato pos-
sono fornire possono fornire turbine centripeti o assiali; al contrario,
i costruttori di turbine 'outflow' sono in numero limitato, ma uno di
questi italiano. Aspetti rilevanti
Per un singolo livello di pressione, stato valutato il bilancio di ener-
gia elettrica per diversi fluidi (Figura 7). In questa configurazione, il
consumo di potenza elettrica di linea si mantiene superiore alla pro-
duzione, pertanto la linea surplus/deficit (blu) rimane al di sotto della
linea di bilanciamento elettrico. Lo schema ORC valutato nello studio
stato concepito per superare questo problema di sbilanciamento
tramite schemi a due livelli di pressione o a cascata, con un inevitabile
aumento della complessit d'impianto (Figura 8). RISULTATI ENERGETICI E DISCUSSIONE
I risultati energetici e ambientali delle quattro tecnologie ad alta
efficienza analizzate in questo lavoro sono presentati in Tabella 1
mettendoli a confronto con quelli della tecnologia convenzionale
SCV. I risultati sono ottenuti ipotizzando un ingresso annuale di gas
naturale liquefatto nel terminale pari a 1,154 MTPA.
Rispetto alla tecnologia convenzionale SCV, tutte le tecnologie ad
alta efficienza consentono un risparmio di combustibile e una con-
seguente riduzione delle emissioni di anidride carbonica. L'espan-
sione diretta, per, raggiunge un risparmio modesto, mentre la
cogenerazione e il ciclo chiuso a gas Brayton permettono appros-
simativamente di dimezzare il consumo, e infine gli ORC di annul-
larlo. Pertanto, l'espansione diretta presenta vantaggi limitati, che
potrebbero diventare appetibili solo se questa tecnologia venisse
combinata con altre.
La cogenerazione una tecnologia collaudata, in grado di coprire i
carichi elettrici e termici; alla stessa stregua, i cicli chiusi a gas sono
adatti a coprire i carichi elettrici e termici con impiego di caldaie
convenzionali. I motori a fluido organico (ORC) hanno il maggiore
potenziale in termini di risparmi energetici, anche nel caso in cui
l'acqua di mare fosse disponibile a basse temperature.
Seppur non riportati in tabella, si aggiunge che, rispetto alla tec-
nologia convenzionale ORV che utilizza esclusivamente acqua di
mare, solo la tecnologia ORC risulta competitiva con un indice SFC
di 0 [kgNG/tLNG], un indice FCS di -100%, ed emissioni di CO2
evitate di 12.500 [t/anno]. Ci conferma il motore a fluido organico
come la tecnologia di particolare rilievo energetico per i terminali
di rigassificazione. RISULTATI ECONOMICI E DISCUSSIONE
L'analisi economica stata condotta assumendo costi di energia
elettrica e di combustibile diversificati in base alla regione geogra-
fica d'interesse e tenendo in considerazione la variazione annuale
della temperatura dell'acqua di mare in quella regione per il cal-
colo delle prestazioni energetiche. Le tecnologie pi promettenti
per il risparmio energetico sono state valutate anche prendendo in
considerazione la Carbon Tax e, solo per il caso italiano, i titoli di
efficienza energetica. I risultati economici sono presentati in Figure
9 e 10. Questa analisi, comunque, non include la tecnologia dell'e-
spansione diretta per i suoi risultati energetici modesti.
Il CAPEX per le tecnologie ad alta efficienza maggiore rispetto a
quelle convenzionali, mentre il costo del ciclo di vita (indicato spesso
con TLC da Total Life-cycle Cost) inferiore rispetto alla tecnologia
SCV, specialmente nel caso ORC. Al contrario considerando solo
tecnologie che non consumano combustibile, rispetto alla tecnolo-
gia ORV, i motori a fluido organico presentano un costo del ciclo
di vita paragonabile o anche inferiore. Laddove, poi, l'energia ha
costi elevati le tecnologie risultano marcatamente pi interessanti in
termini sia di costo del ciclo di vita sia di tempo di ritorno dell'in-
vestimento. Con l'aggiunta di una possibile Carbon Tax, il tempo
di ritorno diminuisce ulteriormente. Di fatto, l'Italia e la Polonia
sono particolarmente interessanti per tutte le tecnologie a causa
degli elevati costi energetici, mentre la Malesia e l'India comunque
promettenti, mentre la Cina la meno interessante. Carico di Base Consumo pompa acqua mare Potenza, kW potenza ORC Surplus/deficit di potenza Butano Isobutene Isobutano R134a Propano Propilene R32 R143a R125 R41 Etano Etilene LIVELLO SINGOLO Fluido puro livellodi condensazione singolo recuperativo DUE LIVELLI Fluido puro Due livelli di condensazione AP e BP recuperativo CASCATA Due cicli a singolo livello fluidi puri differenti ciclo SUPERIORE recuperativo ciclo INFERIORE economizzatore Energia nettaORC per livello singolo non sufficiente Complessit di impianto Bilancio elettrico del processo di Rigassificazione di linea Complessit di impianto FIGURA 7 - ORC a singolo livello di pressione: prestazioni
massime ottenibile tramite diversi fluidi di lavoro
FIGURA 8 - Configurazioni ORC a due livelli e a cascata Tecnica LA TERMOTECNICA SETTEMBRE 2017 69 Energia & Impianti CONCLUSIONI
I terminali di rigassificazione del gas naturale liquefatto giocano un
ruolo strategico nella diversificazione delle fonti energetiche, in par-
ticolare in Europa ove il costo dell'energia particolarmente elevato.
Saipem e il Politecnico di Milano hanno definito e sviluppato alcune
tecnologie ad alta efficienza per la riduzioni dei consumi dei terminali;
ogni tecnologia stata declinata in diversi schemi d'impianto per sod- disfare le esigenze dei terminali in termini di dimensioni, ubicazione e
vincoli specifici. Tali schemi, valutati in base all'esperienza di Saipem
nel settore e alle informazioni dei fornitori delle apparecchiature, sono
gi disponibili per l'applicazione in campo. In particolare, le turbomac-
chine (pompe, compressori e in particolare espansori) possono essere
forniti da costruttori che gi operano sul mercato e che realizzano su
specifica macchine anche per condizioni criogeniche. Tecnologia Consumo di gas naturale
equivalente [t/anno] Consumo specifico di
combustibile, SFC
[kg NG/tLNG] Risparmio consumo di
combustibile, FCS, rispet-
to a tecnologia SCV [%] Emissioni di CO 2 evitate [t/anno] Espansione diretta 16,000 15 -5 2,300 Cogenerazione 8,200 7 -58 26,000 Ciclo chiuso a gas Brayton 11,000 9 -43 23,000 Organic Rankine Cycle 0 0 -100 50,000 TABELLA 1 - Risultati energetici e ambientali delle tecnologie ad alta efficienza rispetto alla tecnologia
convenzionale SCV
FIGURA 10 - Tempo di ritorno delle tre selezionate tecnologia ad alta efficienza per le regioni geografiche
considerate (TEE sta per titoli di efficienza energetica, mentre TOE tonnes of oil equivalent, cio tonnellate
equivalenti di petrolio)
FIGURA 9 - CAPEX e Total Life-cycle Cost (costo del ciclo di vita)


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