La combustione di biomasse per la generazione elettrica ATI... · 2017. 7. 10. · Fusina 3&4 co-firing carbone-RDF 11 Uso: Pubblico Milano, 29 maggio 2012 Biomasse: Progetti di Ricerca

La combustione di biomasse per la generazione elettrica Progetti di Ricerca ed esperienze di utilizzo in Enel

Francesco De Luca

Enel Divisione Ingegneria e Ricerca

Le biomasse: una risorsa energetica rinnovabile e programmabile

Milano, 29 Maggio 2012

Il Gruppo Enel nel Mondo

0 – 500 MW Potenza installata

500 – 1000 MW 1000 – 2000 MW 2000 – 10000 MW > 10000 MW

• Potenza installata totale= 97 GW

• Nazioni= 40

• Clienti= 61 milioni

Milano, 29 maggio 2012 2 Biomasse: Progetti di Ricerca ed esperienze di utilizzo in Enel

Uso: Pubblico

Enel KPI generazione 2010

Fonte: Dati di Sostenibilità Enel 2010

Incremento % vs 2009

• La capacità rinnovabile installata del Gruppo Enel in tutta Europa e nelle Americhe (idroelettrica, geotermica, eolica, fotovoltaica e biomasse) ha già superato i 34 GW su una capacità totale del Gruppo di 97,3 GW. Nel settore delle energie rinnovabili, Enel Green-Power si conferma leader mondiale del settore.

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Uso: Pubblico

Milano, 29 maggio 2012 Biomasse: Progetti di Ricerca ed esperienze di utilizzo in Enel

Scenari di sviluppo per le Biomasse in Europa

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Uso: Pubblico


• L’obiettivo in EU al 2020 è quello di raggiungere 43.2GW di capacità installata a biomassa, a fronte dei 23.6GW del 2010 e 15.7GW del 2005. In Italia si prevede un raddoppio della energia prodotta rispetto al 2010.

National Ren. Energy Action Plans

Produzione di elettricità da biomasse in EU (Eurelectric 2011)

• Il previsto spostamento dei consumi energetici verso l’elettrico rende essenziale il tema dell’efficienza di conversione.

Vision for 2020 and 2050

Linee Strategiche del Gruppo Enel per la crescita nel settore delle biomasse

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Uso: Pubblico


• Perseguire l’Innovazione Tecnologica, monitorando le tecnologie emergenti e caratterizzando

con pilot-tests quelle prossime allo stadio commerciale; individuando nuove tecnologie con

elevati potenziali di crescita su cui investire.

• Stringere accordi di partenariato con le Associazioni Agricole (ANB, Terrae, CAI, ...),

riguardanti rispettivamente la riconversione del settore bieticolo-saccarifero verso la

produzione di energia, lo sviluppo di progetti di cooperazione nel settore delle agro-energie

finalizzati alla realizzazione di impianti a biomassa.

• Adozione delle Best available Technologies attraverso la progressiva conversione degli assets

di generazione verso sistemi di sempre maggior efficienza (p.e. high-efficiency coal plants,

innovative RES plants, renewable energy storage).

Progetti a biomasse realizzati in Italia “grande generazione”

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Uso: Pubblico


• Sulcis-2 CFBC: Tecnologia a letto fluido circolante, capacità di 320 MWe, operante in co-

combustione carbone-cippato di legna, in esercizio dal 2006, impianto progettato e realizzato

per questo assetto di funzionamento; efficienza 40%.

• Fusina 3/4: Tecnologia a polverino di carbone, capacità di 320 MWe cad., operanti in co-

combustione carbone-RDF, in esercizio in tale assetto dal 2004, adeguamento tecnologico di

impianti già esistenti; efficienza 35%.

• CTE “Mercure”: Teconologia a letto fluido bollente, capacità 35 MWe, operante con sola

biomassa legnosa, retrofit di una centrale a olio combustibile, entrata in esercizio attesa a

fine 2012; efficienza 26%.

Programmi di Ricerca e Sviluppo Integrazione, efficienza e sostenibilità

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Uso: Pubblico


• BIOmasse-GEOtermia: Surriscaldamento del fluido geotermico con il calore ottenuto dalla

combustione di biomassa.

• Mini-Biomasse: Sviluppo e realizzazione di Impianti (Power e/o Heat&Power) che utilizzano

la biomassa disponibile presso aziende partner (agricole e consorzi), basati su tecnologie

efficienti e di semplice gestione.

• Scouting e Sviluppo Tecnologico: Selezione, valutazione e caratterizzazione di tecnologie

emergenti per la generazione su piccola scala c/o l’Area Sperimentale di LI.

• Assessment delle risorse: Valutazione della disponibilità e della catena del valore di biomasse

forestali e di coltivazioni dedicate, Verifica dei criteri di sostenibilità per lo sviluppo di filiere

locali di approvvigionamento.

Esperienze di co-combustione Enel in Italia Combustione mista carbone-biomassa in letto fluido

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Uso: Pubblico


Sulcis

Centrale Termoelettrica del Sulcis • Sulcis 2, 340 MWe, Letto Fluido Circolante • Sulcis 3, 240 MWe, Polverino di carbone

SU 3 SU 2

Area Biomassa

Stoccagigo Biomassa

Sulcis-2 co-combustione in letto fluido Caratteristiche principali dell’Impianto

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Uso: Pubblico


• Tipo di caldaia: Letto fluido circolante - Alstom Power – costituito da 3 sezioni (A, B e C), ognuna con un ciclone dedicato

• Contributo termico della biomassa: 15%

• Portata di biomassa alimentata in caldaia: max 45 t/h

• Efficienza netta: 40 %

• Sistema di Depolverazione fumi: filtro a maniche

• Assorbimento della SO2 con calcare all’interno del letto

• Basse emissioni di Nox th grazie alle basse Temp del letto (850• C)

• Limiti di emissione autorizzati: NOx 200 mg/Nm3

SO2 200-400* mg/Nm3

Dust 40 mg/Nm3

• In funzione della quantità di carbone domestico utilizzato

• Capacità del Sistema di ricezione della biomassa: 2 x 60 t/h

• Capacità dello stoccaggio giornaliero: 2 x 500 mc

• Capacità di Stoccaggio di lungo periodo: 24.000 t

Sulcis-2 co-combustione in letto fluido Principali risultati

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Uso: Pubblico


• Riduzione di consumo di carbone

• Riduzione delle emissioni di CO2

• Accesso ai Certificati Verdi

• La tecnologia CFBC assicura un’ampia flessibilitò nei confronti del tipo di carbone e di biomassa che possono essere alimentati

• La co-combustione si è dimostrata una valida opportunità per il territorio locale grazie allo sviluppo di attività di produzione e fornitura di biomassa

kt/anno di cippato

Esperienze di co-combustione Enel in Italia Fusina 3&4 co-firing carbone-RDF

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Uso: Pubblico


Fusina

FS 3 & 4

Edificio RDF

FS 1 & 2

Centrale termoelettrica di Fusina •Fusina 1 & 2, 165/171 MWe, Polverino di carbone •Fusina 3 & 4, 320 MWe, co-combustione Polverino di carbone-RDF

Fusina 3&4 co-combustione carbone-RDF Caratteristiche principali dell’impianto

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Uso: Pubblico


• Tipologia Caldaia: Tangentially fired, dry-bottom boiler

• Combustibile primario: Polverino di carbone

• Combustibile secondario: RDF (Refused Derived Fuel)

• Efficienza netta: 35% • Caratteristiche vapore: 1050 t/h, 178 bar, 540 • C

• Apporto termico RDF: 5% (max 70.000 t/a totali)

• Iniezione del RDF in caldaia: miscelazione con il polverino a valle dei mulini e quindi iniezione attraverso gli stessi bruciatori

• Limiti di emissione autorizzati:

NOx 200 mg/Nm3

SO2 200 mg/Nm3

Dust 20 mg/Nm3

CO 30 mg/Nm3

NOx 185 mg/Nm3

SO2 200 mg/Nm3

Dust 20 mg/Nm3

CO 30 mg/Nm3

TOC 10 mg/Nm3 HCl 10 mg/Nm3

Media mensile

Media giornaliera (co-combustione)

Gruppi #3&4

Piani di alimentazione di RDF

Fusina 3&4 co-combustione carbone-CDR Principali caratteristiche del RDF

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Uso: Pubblico


RDF utilizzato è di classe “Normal Quality”

Moisture (%w.)

Ash (%w.)

Sulphur (%w.)

Chlorine (%w.)

LHV (kcal/kg)

Normal Q. High Q.

Hg (ppm)

Intervalli Fusina

25 18 < 15

20 15 13 - 20

0,6 0,3 0,15 – 0,60

0,9 0,7 0,6 – 0,9

3.600 4.800 3.600 – 5.500

7 4 1,4 – 6,9

UNI 9903-2004

Separatore di materiali metallici e amagnetici

Mulini a lame per RDF 4x12,5 t/h

Vasca di ricezione del RDF (>30t/h)

Piattaforma di scarico dei camion in ingresso

Sistema di ricezione e pretrattamento del RDF in centrale

Fusina 3&4 co-combustione carbone-CDR Vantaggi principali

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Uso: Pubblico


Quantità Massima annua di RDF autorizzata : 35.000 t Portata massima di RDF autorizzata per ogni Gruppo: 4,5 t/h

2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010(*)

1.200

18.400

27.000 32.100

22.500

55.000

38.000 (*) aggiornati al 30/10/2010

RDF plant revamping

70.000 t 9 t/h

Decrease of energy demand

• La pratica della co-combustione su impianti già esistenti rappresenta una delle scelte più efficaci per il recupero energetico dei rifiuti urbani, con costi di investimento (per adeguamento impianti) contenuti, produzione diretta di energia elettrica e senza la necessità di realizzare nuovi impianti.

• La tecnica della co-combustione carbone-RDF consente una elevata efficienza di conversione (35%), superiore del 40% rispetto ad un inceneritore (efficienza media 25%), assicurando, inoltre, un altissimo livello di protezione ambientale (controllo delle emissioni).

• L’utilizzo di questa tecnologia per il recupero energetico gioca un ruolo chiave nella realizzazione dei piani di gestione dei rifiuti e, sostituendo significative quote di combustibile fossile, contribuisce attivamente alla riduzione delle emissioni di CO2.

Progetti di combustione “solo biomassa” in Italia Retrofit CTE “Mercure”

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Uso: Pubblico


Mercure

Centrale termoelettrica del Mercure •Sezione #2, 35 MWe, 100% biomassa legnosa

• Tipo caldaia: Letto fluido Bollente

• Potenza elettrica netta: 35 MW

• Rendimento netto: 26%

• Combustibile : (cippato di legno)

• Consumo di biomassa: 350.000 t/y

Riconversione a solo biomassa della CTE Mercure Principali interventi e Obiettivi

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Uso: Pubblico


Istallazione nuovo combustore a letto fluido

Installazione Nuovo sistema di pulizia fumi

Ripristino delle torri evaporative

Ripristino impianto trattamento acque

Ripristino sistema movimentazione lignite

Bonifiche e demolizioni

Manutenzione macchinario principale

• Generare energia elettrica da biomasse nel rispetto della normativa italiana vigente e con costi di investimento contenuti.

• Riduzione delle emissioni di CO2 , accesso ai Certificati Verdi.

• Riattivare il sito produttivo Enel di Mercure.

• Valorizzare e potenziare il patrimonio e le attività agro-forestali locali, riutilizzare i residui delle lavorazioni del legno, ottimizzare il ciclo agro-alimentare.

Programmi di Ricerca e Sviluppo BIO–GEO: Integrazione Biomasse-Geotermia

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Uso: Pubblico


Cornia

Cornia 2 Geothermal power plant •Situazione attuale: P ≈20 MWe, vapor saturo, 110 t/h, 153 • C, 5.2 bar •Situazione futura: P ≈25 MWe, 110 t/h, 380• C, 4.7 bar

BIO–GEO: Integrazione Biomasse-Geotermia Caratteristiche principali e vantaggi del Progetto

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Uso: Pubblico


Vapore in

• Tipo caldaia: Griglia mobile

• Potenza caldaia: ≈16 MWth

• Potenza elettrica netta: 5 MWe

• Rendimento netto: 31%

• Combustibile : cippato di legno

• Consumo di biomassa: ≈5 t/h

• Costi di investimento limitati

• Incremento di energia prodotta:

≈40 GWh/a

• Possibilità di utilizzare il

macchinario elettrico esistente

Schema di flusso del surriscaldatore a biomassa

Progetto di Ricerca: Biomasse Valutazione risorse e Piccola generazione

Obiettivo strategico del progetto

Presidio degli sviluppi scientifici, tecnici e normativi nei campi della produzione e trasformazione energetica di

biomasse a supporto del business aziendale nei diversi Paesi di interesse.

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Uso: Pubblico


Source: E4tech, 2009

Densification

Biomass to heat

Combustion

Gasification

Cofiring

BASIC R&D DEMONSTRATION EARLY COMMERCIAL COMMERCIAL

TORREFACTION PYROLISIS PELLETTIZATION

SMALL SCALE GASIFICATION

COMBUSTION IN BOILERS

STIRLING & EXTERNALLY FIRED

CYCLES

ORGANIC RANKINE CYCLES

COMBUSTION + STEAM CYCLES

INTEGRATED GASIFICATION

FUEL CELLS IGCC & IGGT

GASIFICATION + STEAM CYCLES

INDIRECT COFIRING

PARALLEL COFIRING

DIRECT COFIRING

Biomass to power & CHP Biomass to heat Biomass densification

Source: E4tech, 2009

Densification

Biomass to heat

Combustion

Gasification

Cofiring

BASIC R&D DEMONSTRATION EARLY COMMERCIAL COMMERCIAL

TORREFACTIONPYROLISIS PELLETTIZATION

SMALL SCALE GASIFICATION

COMBUSTION IN BOILERS

STIRLING & EXTERNALLY FIRED

CYCLES

ORGANIC RANKINE CYCLES

COMBUSTION + STEAM CYCLES

INTEGRATED GASIFICATION

FUEL CELLSIGCC & IGGT

GASIFICATION + STEAM CYCLES

INDIRECT COFIRING

PARALLEL COFIRING

DIRECT COFIRING

Biomass to power & CHP Biomass to heat Biomass densification

Mappa delle tecnologie per la generazione di piccola taglia

Progetto Biomasse Tecnologie di piccola taglia per Power e H&P

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Uso: Pubblico


• Tecnologia: Externally Fired MicroGas-Turbine (EFMGT);

• Caldaia a griglia alimentata a biomassa legnosa (cippato);

• Pel = 80 kW; Pth = 250 kW;

• Consumo biomassa = 150 kg/h;

• ηel = 17%; ηcomplessivo =70%;

• Possibilità di scale-up fino a 500-600 kWel.

Microturbine

Heat generator

Recuperator

Air

Electricity

Exhausts Biomass

Mixer-pre-heater

Combustion chamber

T

Exh.

Air

Impianto EFMGT installato c/o l’Area sperimentale di Livorno

Schema di processo

Progetto Biomasse Test tecnologie emergenti su scala pilota - Pyroboiler

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Uso: Pubblico


Caratteristiche Pyroboiler

Flessibilità massima sul combustibile;

Taglia di potenza < 1 MWe;

Medio costo investimento;

La biomassa passa attraverso il tamburo rotante dove l’alta temperatura la decompone in gas di pirolisi e char

Il syn-gas di pirolisi entra in un boiler dove viene combusto

Il char completa la combustione riscaldando il tamburo rotante

Sistema adatto a biomasse residuali, difficili da utilizzare con altri sistemi di conversione (residui lavorazione legno come cortecce, pollina e deiezioni animali polverulente, …)

Conclusioni Vantaggi competitivi nel settore delle Biomasse

Creazione di

nuove filiere

agro-energetiche

- Sviluppo dell’agricoltura locale, diversificando le possibilità di

scelta degli agricoltori

- Ricadute in termini occupazionali

- Recupero di terreni marginali non coltivati

- Tutela della biodiversità, arricchimenti della fauna e della

microfauna

Retrofit di

Impianti obsoleti

- Riduzione dei costi di investimento rispetto a nuovi impianti

- Disponibilità di nuova capacità produttiva in tempi rapidi

22 Milano, 29 maggio 2012 Biomasse: Progetti di Ricerca ed esperienze di utilizzo in Enel

Co-combustione

con carbone

- Elevata efficienza di conversione

- Riduzione delle emissioni di SO2 e metalli

- Riduzione delle emissioni di CO2

Attività di Ricerca

e Sviluppo

- Sviluppo di know-how proprietario da sfruttare per le

valutazioni di prefattibilità di iniziative di business del Gruppo

- Supporto alle Divisioni per l’ottimizzazione/sviluppo dei

progetti già realizzati

Grazie per l’attenzione

Francesco De Luca Enel - Divisione Ingegneria e Ricerca Area Tecnica Ricerca E-mail: [email protected] Tel: +390831255676

Uso: Pubblico

23 Milano, 29 maggio 2012 Biomasse: Progetti di Ricerca ed esperienze di utilizzo in Enel

mailto:[email protected]

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