Case Study: “Cogenerazione a olio vegetale con abbinamento di una micro turbina ORC”

1. Cogenerazione ad olio vegetale
con abbinamento micro turbina ORC
14 aprile 2011
Case history: impianto in fase di realizzazione
presso Wienergy Srl
Daniele Rossetti
Amministratore Delegato
Icenova Engineering Srl

2. Indice dell’intervento
- Panoramica sulla cogenerazione: definizioni e tecnologie
- La cogenerazione a fonti rinnovabili
- La cogenerazione ad olio vegetale
- Valorizzazione energetica attraverso microturbine ORC
- Case history: impianto a Rovereto con ORC

3. La cogenerazione: definizioni
- Cogenerazione: produzione e consumo contemporaneo di diverse
forme di energia secondaria (energia elettrica e/o meccanica ed
energia termica) partendo da un'unica fonte (sia fossile che
rinnovabile) attuata in un unico sistema integrato.
- Vantaggi:
- La generazione combinata consente di produrre la stessa quantità
di elettrico + termico con minore energia primaria rispetto alla
generazione separata (fino a -30%); 40% Energia
elettrica
- Risparmi economici 100% 40% Calore
Energia utile
- Accesso a sgravi fiscali e tariffe combustibile 15% Calore
fumi
incentivanti
5% Perdite

4. La cogenerazione: tecnologie
- Cicli a vapore: turbina a
contropressione e coda a
condensazione
- Cicli a gas: turbina a gas
- Cicli combinati: turbina a gas e
turbina a vapore
- Motori endotermici: a gas ciclo
Otto o ad olio ciclo Diesel
- Cicli ORC: turbina a vapore con Fonte: ENEA.
fluido organico

5. La cogenerazione a fonti rinnovabili
- Biogas: dalla digestione anaerobica di residui vegetali o reflui animali:
biomasse “umide”; inoltre: gas di discarica, valorizzazione reflui e scarti
industriali legati a industria alimentare, frazione organica RSU.
Combustione del biogas in motori endotermici ciclo Otto.
- Biomasse ligno-cellulosiche: da filiere boschive o residui di lavorazione:
biomasse “secche”.
Combustione in caldaie a biomassa per alimentazione turbine ORC o
turbine a gas (aria).
Gasificazione e combustione del Syngas in motori endotermici o turbine a
gas.
- Olio vegetale: prodotto da piante oleaginose (girasole, soja, colza; alghe)
mediante spremitura, estrazione o procedimenti analoghi, greggio o
raffinato ma chimicamente non modificato.
Combustione in motori endotermici ciclo Diesel.

6. La cogenerazione a fonti rinnovabili
Crescita dal 1999 al 2009:
+10,4% annuo # impianti
+14,8% annuo potenza installata 7.631 GWh:
+17,7% annuo energia elettrica 11,1% delle FER
generata (+410% in 10 anni) 2,6% del totale EE
1.448 GWh:
Oli e grassi,
animali e vegetali
Fonte: Rapporto statistico Biomasse anno 2010, GSE

7. La cogenerazione a olio vegetale
Olio vegetale impiegato come combustibile: puro, ottenuto senza l’uso
di solventi.
Colture oleaginose: colza, girasole, soia, palma, jatropha, tabacco ecc.
P.C.I. medio: 37 MJ/kg
P.C.I. gasolio: 41 MJ/kg

8. Problematiche
- Rinnovabile / sostenibilità / CO2 – neutrale?
- Forti oscillazioni di prezzo / speculazioni
- Stagionalità della raccolta, difficoltà logistiche e movimentazione,
deperimento
- In competizione con impieghi alimentari
13/03/11:
1.400 US$/T
964 EUR/T
Prezzi FOB Rotterdam, fonte: http://www.indexmundi.com

9. Incentivi
- Certificati Verdi: incentivo su produzione di EE.
- Tariffa Omnicomprensiva: incentivo su produzione + vendita di EE.
- Effetti speculativi: legati alla vendita della sola energia elettrica e
dispersione in atmosfera del calore
Interesse nel recupero del termico a seguire, laddove non vi siano le
condizioni per l’utilizzo in loco del calore

10. Valorizzazione energetica attraverso
microturbine ORC
- Caratteristiche: separazione del recupero termico:
- a temperatura inferiore ai 90 ° da camice motore, i ntercooler e
C
olio (utile per teleriscaldamento)
- a temperature da 400 a 450 ° dai fumi
C
Funzione cogenerativa mantenuta
Incremento della resa elettrica complessiva dell’impianto

11. Case History:
Impianto di Rovereto (TN)

12. Dati impianto
- N. 4 motori endotermici da 400 kW elettrici / cad. autolimitati
- Impianto di controllo delle emissioni e abbattimento NOx: SCR ad
urea
- Recupero termico camicie motori e raffreddamento olio (Bassa T):
uso per TELERISCALDAMENTO
- Recupero termico dai fumi (Media T): uso per ALIMENTAZIONE #
2 MICRO TURBINE ORC: 30 kW el / cad.

13. Schematizzazione impianto di recupero
ORC
Micro turbina
ORC

14. Microturbina ORC
Espansore Scroll: Dati tecnici:
- 3.000 rpm
- Rendimento: 10%
- Potenza nominale: 10 e 30 kWel
- Potenza di recupero a 30 – 45 °
C:
260 kW th
- Fino a - 50% potenza input
- Dimensioni: 2 m x 1 m, h 2 m
Microturbina ICENOVA da 30kWel

15. Energia primaria introdotta
Consumo specifico: 0,235 kg/kWhel
Potenza elettrica: 1.600 kWel
PCI olio vegetale: 37 MJ/kg
Ore annue funzionamento: 8.000 h/a
Etot,input: 111.296.000 MJ/a

16. Generazione energia elettrica – impiego
energia termica
ENERGIA ELETTRICA: COGENERATORE ENERGIA TERMICA: teleriscaldamento
Potenza elettrica: 1.600 kWel Potenza richiesta 600 kW
Ore annue funzionamento: 8.000 h/a Funzionamento: n.4 mesi,
2.880 h/a
EEl,cogen: 46.080.000 MJ/a 24 h/gg
ENERGIA TERMICA: ORC Eth,Telerisc: 6.220.800 MJ/a
ETot, output = Eel,cogen + Eth,ORC
Potenza richiesta: 600 kWth BILANCIO ENERGIA UTILIZZATA:
+ Eth,Teleriscaldamento
Ore annue funzionamento: 8.000 h/a
ETot, output: 69.580.800 MJ/a
Eth,ORC: 17.280.000 MJ/a
Non conteggiati ma presenti:
- Mesi intermedi di teleriscaldamento a funzionamento ridotto
(processo produttivo su 3 turni)
- Riscaldamento uffici del magazzino
- Riscaldamento olio

17. Bilancio energetico – rendimento 1°
principio
ENERGIA PRIMARIA INTRODOTTA:
Etot,input: 111.296.000 MJ/a
BILANCIO ENERGIA UTILIZZATA:
ETot, output: 69.580.800 MJ/a
Efficienza sfruttamento energia
Etot,ouput /Etot,input
del combustibile:
η: 62,5%
Non conteggiati ma presenti:
- Mesi intermedi di teleriscaldamento a funzionamento ridotto
(processo produttivo su 3 turni)
- Riscaldamento uffici del magazzino
- Riscaldamento olio

18. Conclusioni
La cogenerazione ad olio è legata ai seguenti vantaggi:
- Incremento dell’efficienza nella generazione elettrica globale:
incremento ricavi dalla vendita alla T.O. ~ +3-4%
- Energia generata senza incremento consumi: incremento margini ~ +20%
- Maggiori margini: elasticità nei confronti delle oscillazioni di prezzo materia
prima
- Funzione cogenerativa mantenuta: separazione temperature
- Possibile introduzione della trigenerazione: climatizzazione nei mesi estivi
Criticità
- Disponibilità e costo (valore assoluto e fluttuazione) dell’olio vegetale
- Possibile speculazione eco-nomica e non eco-logica (ottimizzazione “ambientale”
degli incentivi)

19. Grazie e arrivederci
Daniele Rossetti
Icenova Engineering Srl
c/o Incubatore d’Impresa C.C.I.A.A.
Via Legler 14, 24030 Brembate di Sopra (BG)
+39 035 4158828
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