Produrre energia elettrica con le biomasse solide

Cogenerazione a biomassa solida (caldaia e orc)

I cicli ORC si basano su un ciclo Rankine chiuso, utilizzando come fluido di lavoro dei fluidi organici. Le unità ORC, tipicamente utilizzate nella cogenerazione da biomassa e recupero di calore , impiegano come fluido di lavoro dei poli-silossani; per applicazioni a bassa temperatura (geo- termiche o recupero di calore), si preferisce invece l’utilizzo di fluidi refrigeranti o idrocarburi Il fluido di lavoro è prima pre-riscaldato e fatto evaporare utilizzando il calore scambiato con la sorgente termica, quindi espanso in una turbina direttamente accoppiata al generatore elettrico e infine riportato allo stato liquido in un condensatore raffreddato ad acqua o ad aria. Il ciclo termodinamico viene infine chiuso riportando il fluido condensato alla pressione di evaporazione attraverso la pompa di alimento.

Nel caso di sorgenti termiche ad alta temperatura si aggiunge, a valle della turbina, un rigeneratore (scambiatore di calore) che permette di migliorare ulteriormente le prestazioni del ciclo.

Rispetto alle tecnologie alternative (es. cicli a vapore), i principali vantaggi ottenuti con l’adozione di turbogeneratori di tipo ORC nel range 0,5 – 5 MWe sono:

Alta efficienza della turbina (> 85%)
Bassa sollecitazione meccanica della turbina, dovuta alla modesta velocità periferica
Basso numero di giri della turbina, tale da consentire il collegamento diretto del generatore elettrico alla turbina senza interposizione di riduttore di giri
Mancanza di erosione delle palette della turbina, dovuta all'assenza di formazione di liquido negli ugelli durante l'espansione
Alta efficienza del ciclo (specie in presenza di utilizzi cogenerativi)
Lunga vita di tutti i componenti (superiore a 20 anni)
Possibilità di funzionamento automatico senza supervisione (diversamente dalle macchine a vapore non è necessaria la presenza del fuochista patentato).

Tali punti di forza possono tradursi in importanti vantaggi di tipo operativo quali:

Procedure molto semplici di avviamento e fermata
Totale automatizzazione della gestione del modulo

La disponibilità di calore sfruttabile nei recuperi termici consiste tipicamente in un flusso di gas caldi, meno frequentemente sotto forma di liquidi. Lo scambio di calore può avvenire direttamente tra la fonte termica e il fluido di lavoro, o indirettamente.

Nel caso di recupero di calore da effluenti gassosi, la fonte termica primaria non è in genere direttamente accoppiata con il fluido di lavoro: il calore recuperato viene infatti solitamente trasferito al ciclo per mezzo di un vettore termico (quali olio diatermico, acqua pressurizzata o vapore).
Nel caso di recupero di calore da effluenti liquidi, similmente alle applicazioni geotermiche, si ha lo scambio diretto fra la sorgente di calore primaria ed il fluido di lavoro del ciclo ORC. Considerata la primaria importanza dei processi produttivi ai quali viene applicato il recupero termico, lo schema d’impianto prevede in genere l’inserimento del recuperatore in ‘bypass’. Qualora ci fossero dei guasti che rendessero indisponibile il sistema di recupero, con questo schema è possibile by-passare il recuperatore ed il modulo ORC utilizzando la linea fumi originale per l’evacuazione dei gas caldi al camino.

Il ciclo ORC ed il recuperatore sono progettati per rispondere in automatico ad ogni variazione di portata e temperatura della fonte termica e, se necessario, operare lo scollegamento dalla rete elettrica e lo spegnimento in completa sicurezza dell’intero sistema.

Produrre energia elettrica con le biomasse solide

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