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Microturbine a vapore e ORC per l’efficienza energetica nei processi termici industriali e cogenerazione a biomasse

L’abbinamento degli ORC con le Microturbine a Vapore consente di comporre in maniera modulare sistemi energetici ad alta efficienza e flessibilità. Le Microturbine a vapore in contropressione, grazie alla elevata temperatura di scarico del vapore, consentono di utilizzare il vapore a valle della turbina stessa per utilizzi termici con pressione fino a 10 Bar. Gli ORC consentono di recuperare ulteriore energia elettrica dallo scarico delle turbine, quando gli utilizzi termici sono a regime ridotto o disattivati. E’ questo il concetto ispiratore delle varie applicazioni di cogenerazione realizzate con il Combi Cycle, sia per sistemi a Biomasse ad alta efficienza sia per recupero di cascami termici industriali.

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Atti di convegni o presentazioni contenenti case history
mcTER Forest giugno 2016 La centrale termica a biomassa: normativa, prospettive, attori, tecnologie

Pubblicato
da Alessia De Giosa
mcTER Forest 2016Segui aziendaSegui




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Estratto del testo
Gli atti dei convegni e più di 7.500 contenuti su www.verticale.net Termotecnica Industriale Pompe di Calore Termotecnica Industriale Pompe di Calore Microturbine a vapore, e ORC per l''efficienza energetica nei processi termici industriali e per la cogenerazione a biomasse PROGECO srl '' Via Alzaia sul Sile 26/D '' 31057 SILEA (TV) Tel. 0422 363292 2 Il vapore è il vettore energetico per eccellenza per
gli utilizzi termici industriali. Industrie alimentari, chimiche, tessili, cartarie,
farmaceutiche e molte altre fondano i loro processi
sull''utilizzo del vapore come vettore termico. Grazie alle sue caratteristiche termodinamiche, al
basso costo e al basso impatto ambientale, il vapore
è anche il fluido più utilizzato nei cicli termodinamici
per la produzione di energia. Le nuove tecnologie dei materiali e delle
macchine termodinamiche (microturbine)
offrono oggi la possibilità di costruire
piccoli impianti a vapore saturo da
inserire nei processi industriali, combinando così l''utilizzo del vapore prima come
fluido termodinamico, per la produzione di energia
elettrica distribuita, e poi come vettore termico per i
processi. IL VAPORE COGENERAZIONE CON TURBINA A VAPORE IN CONTROPRESSIONE -Processi industriali con utilizzo di vapore Industria: alimentare, tessile, chimica, trattamento legno, ecc. -Teleriscaldamenti Turbine a Vapore Il vantaggio della cogenerazione con turbina in contropressione sta nel fatto che la maggior parte del calore prodotto (~77%) resta disponibile per il processo, mentre il 13% assorbito in turbina (condensato) si trasforma quasi interamente in energia elettrica. Si ha quindi il recupero quasi totale del calore di condensazione del ciclo
termodinamico, con un''efficienza
globale del sistema superiore all''88% dell''energia primaria immessa con il
combustibile. Fuel Turbine a Vapore RIDUZIONE DELLA PRESSIONE DEL VAPORE CON RECUPERO ENERGETICO Su impianti a vapore
esistenti, dove il vapore
viene prodotto ad una
certa pressione e ridotto
a pressione inferiore per
gli utilizzi termici, le
microturbine, in parallelo
alle valvole di
laminazione, consentono
di recuperare l''energia
della pressione e
trasformarla in energia
elettrica, scaricando poi il
vapore a pressione ridotta
sulla rete degli utilizzi. Turbine a Vapore Le nuove Microturbine a vapor saturo della serie Steam Cycle compatte e ad alta efficienza nel range da 100÷270kWel con pressioni da 5 a 25Barg Turbine a Vapore La Tecnologia Le turbine della serie STEAM CYCLE sono il frutto di una ricerca finalizzata all''utilizzo efficiente del vapor saturo con pressioni fino a 25Barg, con condensazione in contro-pressione fino a 10Barg. L''utilizzo del Titanio per il rotore, soggetto al rischio di erosione da parte delle goccioline di condensa, garantisce la durata nel tempo delle macchine. Il design radiale-outflow, con uno o due stadi ricavati sulla stessa ruota, consente una straordinaria compattezza della macchina, l''ottimizzazione dei costi e soprattutto la possibilità di costruire facilmente turbine adatte a condizioni di pressione e portata diverse senza modificare il profili fluidodinamici della ruota Turbine a Vapore Microturbina SC100 - potenza nominale max 100kWel
- buona modulazione da 40 a 100kW in funzione della portata - tensione di uscita 400V 50Hz
- accoppiamento diretto turbina generatore
- generatore a magneti permanenti
- velocità fino a 56.000 giri/min
- conversione statica dell''energia elettrica alla frequenza di rete, mediante raddrizzatore ed inverter
- 1 o 2 stadi in funzione del salto di pressione
- Max Pin = 25Barg
- Max Pout = 10Barg
- quadri controllo e potenza inclusi
- pannello operatore 10' Turbine a Vapore Skid Microturbina SC100 Lo skid è studiato per
ottimizzare la
prefabbricazione in
officina e comprende:
- il By-Pass,
- gli scarichi condense - i quadri di potenza e controllo Turbine a Vapore Skid Microturbina SC100 Turbine a Vapore A partire dalla condizioni di pressione e portata di vapore nominali la turbina modula molto bene ai carichi parziali con una caratteristica lineare Turbine a Vapore Microturbina SC270 - potenza nominale max 270kWel
- buona modulazione da 100 a 270kW in funzione della portata - tensione di uscita 400V 50Hz
- accoppiamento turbina-generatore con riduttore di giri meccanico - generatore asincrono 2 poli
- velocità fino a 28.000 giri/min
- 1 o 2 stadi in funzione del salto di pressione
- Max Pin = 25Barg
- Max Pout = 10Barg
- quadri controllo e potenza inclusi
- pannello operatore 10' Turbine a Vapore A partire dalla condizioni di pressione e portata di vapore nominali la turbina modula molto bene ai carichi parziali con una caratteristica lineare Turbine a Vapore Progeco sviluppa internamente tutti gli applicativi SW per l''automazione, la supervisione ed il telecontrollo degli impianti e delle turbine, traducendo così il proprio know-how tecnologico sui processi, in funzioni SW di gestione e sicurezza degli impianti e delle macchine SW di controllo
Turbine e Impianti 15 Gli ORC (Organic Rankine Cycle) a bassa temperatura utilizzano come fluido organico un
refrigerante, di solito l''R245FA, cioè un fluido del tipo di quelli usati anche nei cicli
frigoriferi, che a pressione ambiente (1 Bar a) evapora già a circa 14°C. Questa proprietà fa si che, a temperature dell''ordine dei 100-120°C, raggiunga pressioni
tra 12 e 19Bar, adatte per un''espansione in turbina o similari. Grazie a queste proprietà gli ORC che utilizzano questi fluidi sono molto efficienti per
recuperare cascami termici a bassa temperatura, fino ad arrivare a condensare alla
temperatura ambiente, dove, al contrario, il vapore richiederebbe di condensare sotto
vuoto con sezioni di passaggio delle macchine molto grandi e costi più elevati. Un''altra importante caratteristica degli HFC è che non sono ne infiammabili ne tossici e
non danneggiano l''Ozono. Gli ORC a bassa temperatura ORC Condensatore ad acqua Ricevitore Economizzatore Evaporatore R245fa Pompa Modulo di potenza integrato (IPM) Potenza generata 125 kW Aria ambiente a 15°C (condizioni ISO) 60% umidità relativa Vapore 36,1°C
1,7 bar Vapore 62,2°C
2,1 bar Liquido 40,3°C 15,8 bar Vapore 121,8°C
15,5 bar Liquido 22,5°C 15,9 bar Liquido 21,1°C
1,5 bar Sorgente di calore 3,34 MBTU/ora ( 900 kW) COME FUNZIONA Organic Rankine Cycle Clean Cycle® Generatore ORC ' Il generatore Clean Cycle converte l''energia termica in elettricità nel range di temperatura da 150°C a 30/40°C ' Più di 25 unità installate in Italia, le più vecchie sono in funzione da 4 anni con buona soddisfazione dei clienti Caratteristiche tecniche Potenza 125 kWe lordi nominali Tensione 3', da 400 a 480 Frequenza 50/60 Hz Temp. in ingresso + 150°C Peso 2900 kg Fluido di lavoro R245FA (refrigerante eco- compatibile) Vantaggi per il cliente § Funzionamento automatico semplice da gestire § Assenza di fluidi pericolosi § Flessibilità ai carichi parziali § Alta efficienza in relazione alle temperature § Bassa manutenzione Generatore-espansore Statore del
generatore Rotore PM
(magneti
permanenti) Cuscinetto
magnetico
radiale Cuscinetto
magnetico
combinato Girante incorporata su
albero comune COGENERAZIONE CON TURBINA A VAPORE IN CONTROPRESSIONE Cogenerazione Cogenerazione a biomasse o con combustibili tradizionali: - Industria del legno (per essiccatoi e sistemi di trattamento del legno)
- Processi industriali con utilizzo di vapore (alimentare, chimica, ecc)
- Teleriscaldamenti 20 - Recupero di cascami termici da una grande varietà di processi industriali
(industria ceramica, laterizi, cementifici, vetrerie, industria metallurgica,
inceneritori)
- Il punto più delicato è lo scambiatore sui fumi, soggetto a polveri e rischio
corrosione, occorre stare con discreto margine sopra il punto di rugiada
- Produzione di energia elettrica con accesso ai CERTIFICATI BIANCHI Efficienza energetica RECUPERO DI CASCAMI TERMICI A BASSA TEMPERATURA Alta Temp 220''150°C Vapor saturo 20''5Bar Bassa Temp 150''40°C Fluido organico 16''1,5Bar COMBI CYCLE Ciclo combinato Vapore+ORC Vapore + ORC Vapore molto efficiente su medio alte temperature (T>150°C), volume specifico contenuto Fluido organico molto efficiente su basse temperature (T<150°C), bassa temperatura di evaporazione, inoltre non condensa in turbina Combinando i vantaggi dei due fluidi si ottiene un sistema affidabile con elevata efficienza elettrica (> 18%) Costi contenuti, nessun fluido pericoloso per tossicità esplosione o incendio, funzionamento automatico Alta Temp 220''150°C Vapor saturo 20''5Bar Bassa Temp 150''40°C Fluido organico 16''1,5Bar Vapore + ORC COMBI CYCLE 200 '' CHP Massima tariffa onnicomprensiva Con potenza inferiore a 200KW basta la dichiarazione in comune con l''eventuale PAS per la parte edile Vapore + ORC COMBI CYCLE 200 '' CHP Vapore + ORC TELERISCALDAMENTO In un teleriscaldamento a biomasse la caldaia non riesce a
modulare bene in funzione del carico termico (min 50%), grazie all''ORC si può assorbire energia per mantenere il carico
della caldaia sopra il 50%. Possibili applicazioni TELERISCALDAMENTO Il riscaldamento è quasi sempre utilizzato per max 8-10 ore al
giorno. In questo modo, accumulando energia termica nelle
ore vuote si può avere a disposizione una potenza di picco 2 o
3 volte superiore Possibili applicazioni TELERISCALDAMENTO CON COMBI CYCLE SI HA IL MASSIMO SFRUTTAMENTO DEL COMBUSTIBILE IN TUTTE LE STAGIONI 1. Caldaia e Turbina a vapore lavorano sempre alla massima potenza 2. L''energia termica che non viene richiesta dal teleriscaldamento viene utilizzata nell''ORC per fare energia
elettrica, e viene sfruttata al massimo grazie alla
condensazione a 30-45 °C Possibili applicazioni Installazioni
in Italia Installazioni ORC Installazioni
Combi Cycle 29 Combi Cycle 200 per valorizzazione biomasse di scarto della filiera dell''olio (sansa e potature) Alcune realizzazioni 30 Combi Cycle 200 per valorizzazione biomasse di scarto della filiera dell''olio (sansa e potature) Alcune realizzazioni 31 Combi Cycle 200 per la valorizzazione di biomasse di scarto da silvicoltura Alcune realizzazioni 32 Impianto da 200kW a Ciclo Combinato alimentato a Pollina L''impianto è stato creato per valorizzare la biomassa di scarto (pollina) prodotta da
una azienda avicola, evitando così il problema dello smaltimento Funzionalità:
' Riscaldamento capannoni
' Generazione energia elettrica
' Spargimento evitato Alcune realizzazioni 33 Configurazione '' Caldaia speciale a griglia mobile '' N°1 Turbina a vapore 75kW '' N°1 ORC 125kW Impianto da 200kW a Ciclo Combinato alimentato a Pollina Alcune realizzazioni 34 L''impianto Combi Cycle 200 utilizza i cascami termici a valle di un processo di
postcombustione
producendo vapore che viene utilizzato in parte nel processo
industriale ed il resto per produrre energia elettrica che è poi incentivata con i Certificati
Bianchi
Recupero termico su processo industriale con utilizzo vapore di processo (Liguria) Alcune realizzazioni 35 Recupero termico su processo industriale con utilizzo vapore di processo (Liguria) Alcune realizzazioni 36 L''impianto è stato creato per valorizzare il polverino sottoprodotto delle lavorazioni di
un mobilificio. Il calore di condensazione dei 2 ORC serve a preriscaldare l''aria in
ingresso al sistema di riscaldamento della fabbrica, riducendo così significativamente
il prelievo di calore dalla caldaia. Valorizzazione degli scarti di un mobilificio (PN) Alcune realizzazioni 37 L''impianto è stato creato per valorizzare i sottoprodotti di uno stabilimento per la
produzione di pannelli di legno. Valorizzazione degli scarti nell''industria del legno (PV) Alcune realizzazioni alessandro.dorigati@progecoweb.it Siamo presenti all''esposizione Tavolo 23 PROGECO srl '' Via Alzaia sul Sile 26/D '' 31057 SILEA (TV) Tel. 0422 363292


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