Impianto pilota (Volterra, 2012)


Iter autorizzativo

L’iter autorizzativo per la realizzazione di un Impianto di Cogenerazione risulta complesso e prevede il coinvolgimento di una serie di soggetti diversi, chiamati a rilasciare e/o certificare un determinato atto abilitativo, al fine cioè dell’installazione e della messa in esercizio dell’impianto, nonché dell’ottenimento dell’incentivo previsto per le FER-E (diverse dal fotovoltaico).
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Impianto pilota Volterra - Satellitare

L’impianto pilota si trova nella campagna di Volterra (loc. Tignano).

Nel caso dell’impianto di Volterra, oltre al comando provinciale dei Vigili del Fuoco ed al Comune in cui si è proceduto con l’installazione, sono stati coinvolti, per la presenza di vincoli paesaggistici, la Provincia e la Regione.

In questa prima fase sono state redatte relazione tecniche preliminari, documentazioni fotografiche ed elaborati grafici dettagliati relativi all’impianto ed al sito di installazione.

Il progetto si è poi sviluppato in sinergia con ENEL, che ha effettuato un sopralluogo e rilasciato le specifiche tecniche per la connessione dell’impianto alla rete elettrica nazionale.

Conclusa la vera e propria realizzazione (comprensiva delle opere civili strutturali e funzionali), si è perfezionato l’allaccio alla rete elettrica nazionale sia tecnicamente che sotto il profilo autorizzativo (dichiarazioni di conformità, denunce all’agenzia delle Dogane, documentazione per la richiesta di incentivazione).

L’impianto

Sezione di cogenerazione e sezione per la preparazione delle matrici

Sezione di cogenerazione e sezione per la preparazione delle matrici

L’impianto è suddiviso in due sezioni, una per la cogenerazione vera e propria e l’altra di supporto per la preparazione delle matrici.

La sezione di cogenerazione è composta dai seguenti componenti:

  • caldaia reattore gassificatore;
  • filtri per la pulizia del gas, le polveri e la raffinazione;
  • abbattitore di TAR ed essiccatore di gas;
  • raccoglitore di Bio Char;
  • generatore, CHP (scambiatore di calore) e 2 dissipatori di calore.

La sezione di supporto per la preparazione delle matrici è composta invece da:

  • essiccatore, tifone, depolveratore ed elevatore;
  • vaglio;
  • grinder, tifone, depolveratore ed elevatore;
  • pasticcatore semovente e pasticcatore elettrico con elevatore;
  • cippatrice a sollevamento idraulica.

Nello specifico impianto le due sezione sono nello stesso luogo, in generale possono essere dislocate in siti differenti.

Modulo di gassificazione

Il modulo di gassificazione è parte di un sistema complesso che costituisce un impianto di gassificazione, caratterizzato da sezioni differenti.

L’impianto di gassificazione si compone del gassificatore, di un essiccatoio con funzione di tramoggia di carico, di un gruppo elettrogeno, dei relativi cablaggi e del sistema di controllo e gestione dell’impianto.

Il modulo di gassificazione è costituito da due sezioni principali: il reattore di gassificazione ed il sistema di filtrazione del syngas.

All’interno del reattore di gassificazione si determinano, in successione e in un gradiente termico assai elevato, le reazioni di pirolisi, di ossidazione / combustione e di riduzione (o di gassificazione vera e propria) che portano alla formazione del syngas.

Reattore di gassificazione
Schema del reattore di gassificazione, di tipo a letto mobile, down draft – open core (biomassa ed aria comburente introdotte dall’alto)
Filtrazione syngas
I vari stadi del sistema di filtrazione del syngas.
Reattore, filtri e raccoglitore delle ceneri

Reattore, filtri e raccoglitore delle ceneri.

Il sistema di filtrazione permette di depolverare, raffreddare e purificare il syngas in modo estremamente efficiente al fine di renderlo idoneo all’utilizzo all’interno di un motore endotermico a ciclo diesel.

Ciò è possibile grazie alla filtrazione elettrostatica in grado di garantire la completa eliminazione degli inquinanti.

Il processo di gassificazione comporta la produzione di carbonella vegetale pari al 5-10% in peso della biomassa secca in ingresso, questo avviene in funzione della tipologia e della pezzatura della biomassa stessa e della quantità di inerte.

Essiccatore, tifone e tramoggia di carico

La biomassa destinata all’alimentazione del gassificatore, se contenente umidità in eccesso, necessita di essere sottoposta a processo di essiccazione al fine di ottimizzare il processo di combustione.

Il condizionamento viene effettuato all’interno di una tramoggia di carico, ovvero di un serbatoio dedicato al carico del gassificatore, di forma cilindrica, al fine di minimizzare gli spazi occupati, utilizzando il calore dei fumi prodotti dal motore endotermico alimentato dal syngas.

Per ottimizzare il processo di reazione la fornitura della matrice deve essere il più omogenea possibile. Per avere al 100% questa omogeneità, a valle del vaglio è posto un grinder con depolveratore che ha il duplice scopo di evitare gli scarti e sminuzzare la matrice, che se necessario, nel successivo processo va al pasticcatore (bricchettatrice).

Essiccatore, tifone e tramoggia di carico
Essiccatore, tifone e tramoggia di carico
Grinder, tifone e tramoggia di carico
Grinder, tifone e tramoggia di carico
Bricchettatrice semovente con motore elettrico
Bricchettatrice semovente con motore elettrico

Gruppo Elettrogeno

Il gruppo elettrogeno è costituito da un motore endotermico e da un generatore elettrico direttamente accoppiato sull’albero motore.

Considerazioni di carattere economico suggeriscono che il tipo di motore più facilmente reperibile e più economico, dal punto di vista dei costi di investimento e manutenzione, sia il motore Diesel. Tale motore può essere utilizzato con aria / syngas nel seguente modo:

  • la miscela aria / syngas, costituita in un apposito miscelatore, è introdotta nel cilindro mediante il normale sistema di aspirazione del motore;
  • viene iniettata nella camera di combustione, che per effetto della temperatura e della pressione presenti nel cilindro, accende la miscela.

Il motore è rigidamente collegato al generatore di corrente (alternatore), che permette di produrre energia elettrica.

Sistemi di movimentazione a tappeto

La movimentazione della biomassa attraverso i diversi apparati nel ciclo di caricamento nel gassificatore è garantita mediante il ricorso a nastri trasportatori piani ed inclinati, costituiti da sistemi a tappeto mobile.

Sistema di controllo e supervisione

Il sistema PLC di supervisione, ubicato nel quadro elettrico montato a bordo del gassificatore, è in grado di arrestare la centrale e metterla in situazione di assoluta sicurezza senza l’intervento degli operatori per ogni tipo di disservizio prevedibile.

Diagramma di flusso
  1. deposito matrice preparata
  2. convogliatore preparatore
  3. serbatoio matrice preparata
  4. gassificatore
  5. filtro per polveri
  6. filtri gas
  7. raffredatore del gas
  8. raffinatore del gas
  9. essiccatore del gas
  10. soffiante
  11. serbatoio di accumulo del gas
  12. torcia per l’analisi visiva del gas
  13. gruppo elettrogeno motore e generatore

Schema a blocchi del processo di gassificazione

Schema a blocchi
Il gruppo di generazione convoglia l’energia elettrica prodotta nella Cabina di Consegna Enel in Bassa o Media Tensione.

La frazione termica della potenza prodotta viene convogliata nella Centrale Termica (CT) di distribuzione, ove è disposto il sistema di recupero dell’energia termica da avviare all’impiantistica sia per il riscaldamento ambiente (ad es. appartamenti residenziali), sia per il teleriscaldamento delle utenze esterne (strutture ricettive, ricoveri per animali, serre…) che per gli usi ausiliari alla produzione (essiccazione della biomassa).

Il motore endotermico produce energia elettrica grazie al calore che gli viene somministrato nella camera di combustione ed il calore residuo viene utilizzato per preriscaldare l’aria di processo e riscaldare l’acqua per la rete di riscaldamento (o di raffrescamento con l’ausilio di idonee pompe di calore).

Gli unici effluenti sono pertanto i gas raffreddati (che hanno bassi livelli di CO e NOx e bassissimi livelli di polveri) oltre alle ceneri (in quantità minime) che vengono estratte dal fondo del gassificatore.
Generatore e gassificatore

Generatore e gassificatore

Oltre ai vantaggi legati alla sostanziale semplicità dell’impiantistica e del processo di gassificazione ed ai vantaggi ambientali in termini di ridotte emissioni, il sistema presenta anche una notevole flessibilità nelle caratteristiche del combustibile legnoso che può anche avere elevati contenuti in umidità (fino ad oltre il 50%) e si presta così all’utilizzazione anche di materiale più povero che può derivare dalle operazioni di potatura oltre che dalle operazioni forestali.

I costi operativi e di manutenzione possono considerarsi allineati con i corrispondenti costi degli impianti convenzionali.

Il sistema ipotizzato produce energia elettrica ed energia termica direttamente dalla combustione della matrice preparata in una caldaia accoppiata ad un motore.

La potenza elettrica nominale erogata dalle unità di generazione può variare dai 64 kWe fino ai 200 kWe e viene ceduta direttamente in rete in BT o MT, mentre la potenza termica nominale varia da 100 a 300 kWt.

Dall’unità di cogenerazione la temperatura dell’acqua calda che ne esce può essere regolata attraverso il SISTEMA CHP come si ritiene opportuno, da 80 fino a 350°C.