Produzione di energia elettrica distribuita da impianti di gassificazione

L’elaborato inizia riportando la condizione energetica attuale fissando l’attenzione sull’energia alternativa, in particolare su quella ottenuta a partire dalle biomassa, che vengono successivamente classificate per poi definire i processi di recupero energetico. Tra questi, si opera un approfondito studio della gassificazione da biomassa andando a considerare gli effetti delle principali variabili del processo utili allo svolgimento del progetto. Lo studio prosegue poi con l’analisi dello stato dell’arte delle tecnologie dei gassificatori e degli impianti di trattamento dei gas che sfocia nella descrizione dell’impianto realizzato da ENEA (CR Trisaia) composto, tra l’altro, da un gassificatore a letto fluido in assetto bollente, e nel dimensionamento delle principali grandezze. Fatto ciò, si opera uno studio della tecnologia delle microturbine, da sostituire al motore a combustine interna, e del loro mercato con un contatto diretto della Ingersoll-Rand, che ha portato alla conoscenza delle evoluzioni future e dei dati numerici non riportati in letteratura. A questo punto vengono messe in luce, attraverso delle relazioni analitiche, le problematiche e le cause legate all’utilizzo di combustibili gassosi LCV nelle turbine a gas. Si passa quindi all’analisi del comportamento delle turbine rigenerative al variare del potere calorifico e della composizione chimica del gas. Questo si attua attraverso un originale metodo differenziale modificato per cicli rigenerativi che fornisce la variazione delle prestazioni in termini di potenza e di rendimento e, inoltre, la filosofia legata al tipo di gas. Con tali conoscenze è stato possibile ipotizzare delle soluzioni in modo tale da integrare le microturbine nell’impianto di gassificazione. Le più interessanti riguardano:
1. innalzamento dell’LHV del syngas attraverso l’iniezione di metano;
2. innalzamento dell’LHV del syngas con variazione del quantitativo d’ossigeno dell’agente gassificante (stadio di generazione d’ossigeno di tipo PSA/VSA);
3. prelievo d’aria dal compressore della turbina a gas da utilizzare come agente gassificante;
4. ottimizzazione dello spillamento d’aria dalla microturbina con integrazione, nell’impianto, dei generatori d’ossigeno in modo da fornire tutta e sola la portata d’aria necessaria al processo, mantenendo il punto di lavoro della microturbina in condizioni di stabilità. Questo è ottenuto dalla risoluzione di un sistema non lineare di 23 equazioni in 23 incognite.
In tutti gl’impianti sono introdotti opportuni scambiatori di calore in modo da migliorare i rendimenti e i sistemi di clean up dei gas per le esigenze della microturbina. Si ottiene un rendimento totale d’impianto del 19,4%.
In conclusione si è operata un’interessante analisi economica legata allo scale up d’impianto (andamento del costo del kWh al variare della taglia) determinando una teorica taglia ottimale che consente la minimizzazione del costo dell’energia prodotta.
Premio ANIMP 2003 (Associazione Nazionale Impiantistica Industriale).
Marco Mori