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Combustione di Biomasse a servizio di impianti geotermici. L’esperienza di Cornia. 7 Maggio 2016 Gramolazzo (LU) Engineering / Geothermal and Biomass Design G. Pasqui/F. Dal Porto +
Combustione di Biomasse a servizio di impianti geotermici. L’esperienza di Cornia.
7 Maggio 2016 Gramolazzo (LU) Engineering / Geothermal and Biomass Design
G. Pasqui/F. Dal Porto
+
BIO + GEO
(Honey Lake, California USA)
Acqua calda geotermica è utilizzata per il
preriscaldo dell’aria di combustione e per
essiccare l’alimentazione legnosa di un
impianto a biomasse.
GEO + SOLARE
(Stillwater, Nevada USA)
L’acqua deminerallizata riscaldata dai raggi
solari percorre collettori parabolici di un
impianto CSP (Concentrating Solar Power) ed è
utilizzata per aumentare la temperatura
operativa dell’acqua geotermica in
alimentazione a un ciclo binario ORC (Organic
Rankine Cycle).
Impianti ibridi Geotermici
• L’ibridizzazione di impianti geotermici con tecnologie che utilizzino la combustione è allo studio,
in ENEL, da circa venti anni.
• La maggior parte delle iniziative di ricerca dello scorso secolo prevedevano il surriscaldamento
di vapore geotermico tramite comustibili fossili.
• Gli impianti “ibridi” che combinano geotermia e altre fonti rinnovabili sono, ad oggi:
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+ +
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L’impianto di Cornia
Cornia 2
Cornia 1
Cornia 2 Hybrid Plant
L’impianto si trova in Toscana, in Val di Cornia, non lontano dal Mar Tirreno. La sua realizzazione è
stata facilitata da:
• Disponibilità del sito di Cornia 1, centrale geotermica non più in uso in prossimità di Cornia 2
• La limitata potenza di Cornia 2 (12,1 MW contro i 20MW nominali) a causa delle condizioni di
pressione e temperatura del vapore geotermico
• Disponibilità di biomassa legnosa nella zona circostante con filiere produttive e consorzi
• Alta efficienza attesa dalla sinergia bio-geo
• Incentivi economici
• Disponibilità della connessione alla rete elettrica
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Cornia 2 project, an old idea waiting for the right moment
L’impianto di Cornia I motivi
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Schema di principio
Vapore Geotermico
Portata 110t/h
@153°C and 5,5barA
Biomassa legnosa
Portata 5.4 t/h
Superheater
Potenza 15.67 MWt
Produzione potenza
Potenza lorda = 18MW
Potenza netta =16.5MW
Vapore
Geotermico
Surriscaldato
@370°C ~
Cornia 1.
Surriscaldatore
Vapore
Cornia 2.
Centrale Geo
L’impianto di Cornia
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Schema di principio
L’impianto di Cornia
• Il Surriscaldatore di Cornia
comprende tre sezioni di scambio in
controcorrente (SH1, SH2 and SH3)
tra fumi e vapore geotermico.
• Il design del surriscaldatore è
risultato atipico, per la mancanza di
una sezione di generazione di vapore
e per le caratteristiche di
composizione del fluido geotermico.
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Il Surriscaldatore a biomassa (15.9MWt)
Vapore Geotermico @153 C°
Vapore Geotermico @370 C°
SH3
SH1
SH2
L’impianto di Cornia
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Criticità di processo
Prima esperienza nel mondo di surriscaldamento di vapore geotermico tramite calore di combustione.
La scelta di Enel Green Power è stata quella di alimentare il vapore geotermico ai fasci surriscaldatori
convettivi direttamente, senza l’utilizzo di scambio termico e fluidi intermedi, dovendo tenere conto di:
• Prevenzione della corrosione e della deposizione di sali all’interno dei tubi dove passa il vapore
• Evitare il trasporto di gocce liquide nel vapore geotermico, tramite mescolamento del vapore saturo
proveniente dal lavaggio (3) con vapore surriscaldato privo di cloruri (1), proveniente da una diversa
Area Geotermica, prima dell’alimentazione al surriscaldatore (4).
Scrubber
Mixer
Vapore Saturo
Separatore
Vapore
Surriscaldato
1 3
4
2
Geo1 Area
Fluido contenente
cloruri Geo2 Area
L’impianto di Cornia
Vapore
Surriscaldato
La centrale geotermoelettrica di Cornia 2 non ha subito modifiche di configurazione impiantistica.
La sola turbina ha richiesto interventi sostanziali, per adeguarne la temperature di progetto originale,
inferiore alla temperatura operativa del vapore surriscaldato, e per tener conto della maggiore portata
volumetrica del vapore in ingresso.
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La centrale geotermica di Cornia 2
Sostituzione dello stadio di controllo turbina
all’ingresso del vapore
Rimozione dei tre stadi a reazione
Modifica di isolamenti e sostituzione
delle valvole di ammissione
L’impianto di Cornia
Cornia 2 Hybrid Plant
The site is located in Tuscany in the Cornia river valley, close to the Tyrrhenian coast
The right opportunity arrived:
• There was a decommissioned power plant, Cornia 1, very close to Cornia 2
• Cornia 2 was working below the rated power, 12,1MW vs 20MW, due to some changes in the
geothermal reservoir
• Electrical connection available
• Availability in the surrounding area of biomass (wood)
• Possibility for a better efficiency from the synergy between Geo and Bio
• Economical incentives from the Italian State
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Cornia 2 project, an old idea waiting for the right moment
Cornia 2.
Generazione di
potenza
Cornia 1.
Surriscaldamento
vapore
L’impianto di Cornia
Il miglioramento dell’efficienza si deve a:
• Aumento efficienza di ciclo termodinamico
• Minore consumo degli ausiliari
Il miglioramento è evidenziato dal confronto tra la potenza generata dai due impianti singoli (Cornia 2
prima del potenziamento + impianto Bio della stessa taglia) con quella dell’impianto ibrido di Cornia
2.
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Miglioramento dell’efficienza e sinergie.
Gross Power (MW) Auxiliaries (MW) Net Power (MW)
Geo + Bio (15.67 MW heat input)
Stand alone
Cornia 2 before
repowering
Standard biomass
power plant Total
Cornia 2 before
repowering
Standard biomass
power plant
12.1 3.8 15.9 0.8 1 14
Cornia 2 hybrid 18 18 1.5 16.5
+18%
+2.5MW
Con una potenza termica di 15,67 MWth si ottiene un aumento della potenza netta generata
da 12,1 - 0,8 MW a 16,5 MW, che porta a (16,5-11,3)/15,67=33% efficienza netta.
Tale efficienza è ben più alta sia di quella di un impianto a biomassa da 5 MWe
che di quella di un impianto geotermico.
L’impianto di Cornia
Nonostante la sua alta efficienza, nel mercato energetico Italiano l’investimento relativo a un impianto
come quello di Cornia si sostiene soltanto con l’ausilio di incentivi economici.
Cornia 2 ha potuto giovarsi di quanto segue:
• Il progetto ha vinto un finanziamento della Regione Toscana nell’ambito della promozione
dell’innovazione nel settore delle energie rinnovabili.
• Nell’ambito degli incentivi disponibili in Italia per lo sviluppo delle energie rinnovabili
• Un capitolo è dedicato ai cosiddetti “impianti combinati Geotermia – Biomasse”.
• In particolare, solo la quota di energia prodotta con le biomasse può avvalersi degli incentivi
• Il contributo delle biomasse può essere estrapolato dalla produzione totale attraverso una formula
che calcola l’aumento dell’efficienza secondo la:
Un premio viene inoltre riconosciuto se le emissioni gassose sono contenute entro limiti prefissati. 12
L’impianto di Cornia Incentivi economici.
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Aspetti ambientali
• Particolarmente importanti in un territorio come quello Toscano
• Al di là dei limiti di Legge, assicurare un basso impatto ambientale, accettabile per le comunità locali:
• Emissioni gassose
• Rumore
• Trasporto biomasse su viabilità locale
• Impulso all’economia locale, in un territorio ricco di vegetazione e con limitati insediamenti industriali.
Anche la gestione e la difesa del territorio si giovano del nuovo insediamento.
L’impianto di Cornia
La biomassa:aree di stoccaggio
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L’impianto di Cornia
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Stoccaggio in cumuli all’aperto Stoccaggio al chiuso con alimentazione
automatica in camera di combustione e
autonomia di 48 ore
L’impianto di Cornia La biomassa:aree di stoccaggio
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L’impianto di Cornia La biomassa:origine, problematiche e sinergia con altri impianti a biomassa
• Biomasse vergini di origine forestale provenienti dal territorio circostante entro un raggio di
70 km
• Conferimento sotto forma di cippato da 4 diversi consorzi dell’area
• Stoccaggio in cumuli nell’impianto, con autonomia di 20 giorni
• Stoccaggio al coperto automatizzato
• Sinergie con altri impianti mini bio da 300 kW in costruzione nell’area circostante:
possibilità di utilizzare il sopravaglio
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Emissioni. Limiti e valori ottenuti
CONCENTRAZIONI (mg/Nm3)
@ 11 % O2 dry gas
COMPONENTE
LIMITI VALORI
REGISTRATI AUTORIZZAZIONI DM
06/07/2012)
Polveri 10 10 0,05
Carbonio Organico Totale (COT)
30 20 0,81
Ossido di Carbonio (CO) 120 150 40
Anidride Solforosa (SO2) 140 150 2
NOx (espressi come NO2) 200 150 130
Ammoniaca (NH3) 15 5 0,8
Controllo delle emissioni chiave.
Emissioni limitate per protezione ambiente e
per accedere agli schemi incentivanti Italiani,
che promuovono le tecnologie in grado di
assicurare il raggiungimento di limiti inferiori a
quelli di Legge.
• Gli inquinanti gassosi sono limitati attraverso il controllo e la attenta gestione della combustione
(temperature, ossigeno) e con l’iniezione di chemicals (urea, calce idrata).
• L’impianto a Biomasse è fornito di un sistema di rimozione polveri che include cicloni e filtri a maniche
L’impianto di Cornia
Impianti Geo gestiti da remoto. Per ottenere le stesse modalità standard di
operation:
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Approccio di Esercizio
Enel GP GEO
plants
Cornia 2 &
Pratiche di Esercizio normalmente applicate a impianti a Biomasse
analizzate con l’approccio standard di O&M Geo Italia:
• Presenza di personale su base 24/7 (talvolta imposte per Legge)
• Problemi minori e interruzioni accettate e risolte con l’intervento del
personale in impianto.
Il sistema di controllo automatico è stato pesantemente modificato
con nuove logiche e strumentazione addizionale
Anche difetti piccoli sono identificati continuamente e risolti alla
radice.
Cornia 2 è progettato per funzionare 48h senza intervento di personale operativo
L’impianto di Cornia
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L’impianto ibrido di Cornia 2 è in marcia da alcuni mesi
(primo start-up Luglio 2015).
Sette mesi di esercizio stabile a piena potenza.
• Alcune fermate periodiche per verifiche -> non sono
state evidenziate problematiche particolari
• Implementate alcuni miglioramenti software e hardware
• Simulazioni di gestione da remoto
• Al termine, gestione dell’impianto da remoto!
In esercizio
L’impianto di Cornia
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Enel Green Power
Un altro passo verso
l’Innovazione Tecnologica.
Alla Prossima!
L’impianto di Cornia
07/05/2016 Italy. 21
Grazie per l’attenzione!
