Autore: zuccato

Premessa

Il complesso tema della sostenibilità presenta al suo interno diverse sfaccettature.

Essere sostenibili non significa soltanto utilizzare le giuste risorse energetiche, bensì anche sfruttarle al meglio incrementando la propria efficienza. Questo implica utilizzare al massimo la fonte energetica di cui si dispone per trarne il massimo benefit.

Le tecnologie per l’energia rinnovabile, oggi, hanno fatto grandi passi in avanti e sono sempre più importanti per la riduzione dell’impronta ambientale. Tali risorse, tuttavia, sono spesso caratterizzate da un’efficienza ridotta. Basti, ad esempio, pensare agli impianti fotovoltaici il cui rendimento è stimato intorno ai 15-20%.

Per ovviare al problema dello spreco termico e incrementare l’efficienza della propria attività, è necessario implementare delle apposite tecnologie in grado di recuperare l’energia che altrimenti verrebbe dissipata: i sistemi ORC.

Questa tecnologia, che valorizza anche i flussi termici a bassa temperatura, fa uso di un’apposita turbina che non garantisce soltanto un miglioramento dell’efficienza. Alcuni dei suoi principali vantaggi infatti, sono anche la riduzione della propria impronta ambientale, riducendo il rilascio di CO2 in atmosfera, e la produzione di energia elettrica.

Come funziona la tecnologia

• Una fonte di calore [1] riscalda un fluido vettore (acqua o, nei sistemi di maggiori dimensioni, olio diatermico) che circola in un circuito chiuso. Il fluido vettore convoglia il calore assorbito ad uno o più scambiatori di calore primari, di solito un preriscaldatore e un evaporatore [2], dove il calore viene trasferito dal fluido vettore al fluido di lavoro.
• Il fluido organico completamente biodegradabile ed eco-compatibile, viene messo sotto pressione da una pompa [7] ed inviato allo scambiatore-evaporatore, dove si trasforma, espandendosi, da liquido in un vapore.
• Il fluido organico sotto forma di vapore, espandendosi, aziona la Turbina[3] al cui albero è attaccato il rotore di un alternatore. La rotazione ad alta velocità (12.000÷18.000 Rpm) della turbina genererà, una volta azionata, energia elettrica.
• Il fluido di lavoro, ancora in fase gassosa, viene convogliato all’interno del condensatore [5], dove viene raffreddato rilasciando il suo calore in eccesso. Raccolto all’interno di un serbatoio di condensazione il fluido di lavoro è così pronto ad essere reimmesso nel sistema attraverso una pompa di riciclo, chiudendo così il ciclo.
• Il calore in eccesso rilasciato nel condensatore rappresenta esso stesso una fonte di energia termica a bassa temperatura utilizzabile per altri scopi quali il preriscaldamento o l’essiccazione di biomassa combustibile per aumentarne il potere calorifico, il riscaldamento di edifici, la produzione di acqua calda e così via. Nel caso non vi sia modo di impiegarlo, il calore residuo può essere dissipato attraverso un sistema di raffreddamento esterno (dry cooler)[6].

Le applicazioni in cui si può applicare

Il Ciclo Rankine Organico, operando a basse temperature, si presta ottimamente alla realizzazione di sistemi per il recupero termico.

I settori in cui questa tecnologia trova applicazione, garantendo diversi benefit, sono diversi:

• Recupero termico da Processi Industriali: i sistemi ORC possono recuperare il calore di scarto da diversi settori industriali come quello della carta, del cemento, del vetro, della ceramica e dell’acciaio. Operando a basse temperature, il Ciclo Rankine Organico, si presta ottimamente al recupero termico, , valorizzando cascami termici fino ad allora inutilmente dispersi.
• Geotermia: L’energia geotermica è una forma di energia rinnovabile che deriva dal calore interno della terra. Inserendo un sistema di raccolta termica in una sorgente calda esistente o iniettando acqua fredda in una trivellazione ad hoc effettuata in punti appropriati della superficie terrestre, si può ottenere un flusso d’acqua con portata e temperatura sufficientemente elevate da poter azionare uno o più sistemi ORC.
• Solare Termodinamico: I sistemi ORC si prestano agevolmente alla realizzazione di impianti solari termodinamici o ibridi, grazie anche alle loro eccellenti prestazioni sotto carico parziale – ossia quando l’energia termica è inferiore ai valori nominali di specifica. Tali sistemi sono in grado di sfruttare il calore a temperatura relativamente bassa ottenuto da semplici pannelli solari termici a concentrazione fintanto che esso è disponibile. I sistemi ibridi possono poi commutarsi automaticamente allo sfruttamento di fonti termiche alternative (caldaie a biomassa o biogas, calore geotermico….) qualora la produzione solare sia insufficiente, come nelle ore notturne o in caso di tempo inclemente.
• Recupero da Motori: I moduli ORC, valorizzando le basse temperature a cui operano, rappresentano un’ottima scelta per il recupero termico dai più vari tipi di motori e generatori (genset) cui possono essere interfacciati in modo sicuro ed efficace tramite un semplice circuito chiuso ad acqua calda o surriscaldata che garantisce efficienza, sicurezza e semplicità impiantistica.

Vantaggi

I sistemi di recupero termico tramite ciclo ORC, grazie alla loro tecnologia garantiscono una serie di vantaggi:

• Valorizzano i flussi Termici a bassa temperatura che altrimenti andrebbero persi
• Sono applicabili a diverse fonti termiche (acuqa surriscaldata, fumi ecc)
• Incrementano l’efficienza degli impianti in cui vengono installati
• Riducono il livello di CO2 rilasciato in atmosfera 
• Riduzione dei costi dell’energia grazie alla produzione di energia elettrica

Crediamo che l’efficienza sia il cuore di un economia sostenibile!

In un momento storico come quello odierno in cui è fondamentale sfruttare le risorse rinnovabili, i sistemi Organic Rankine Cycle rappresentano una risorsa cruciale per la riduzione delle emissioni di CO2 e la diminuzione dei costi.

​In questo articolo di La Repubblica, Alessandro Zuccato, spiega il funzionamento e i benefici che i sistemi ORC made in Verona possono apportare ai diversi settori in cui è possibile impiegarli. In ottica di un economia circolare e pulita questa tecnologia, utilizzando una risorsa di scarto, permetterà ottenere energia elettrica ​ a bassissimo costo.

 

Oil & Gas

I sistemi ORC di Zuccato Energia consentono di produrre energia elettrica fino a 500 kW nominali recuperando il calore di scarto dagli stabilimenti Oil&Gas.

 

Applicazioni:

Il recupero del calore viene effettuato da ogni sorgente calda presente nel sito: l’acqua calda dei pozzi petroliferi, i fumi derivanti dal gas di torcia, i cascami termici delle raffinerie e dai motori posizionati nelle stazioni di liquefazione del gas naturale e la stazione di pompaggio.

 

Funzionamento sistema ORC

Il sistema ORC, tramite uno scambiatore (l’evaporatore), recupera il calore da queste sorgenti calde e scalda un fluido organico atossico. Questo fluido si espande diventando un gas secco ad alta pressione che muove una turbina generando energia meccanica. Tale energia meccanica viene convertita in energia elettrica da un alternatore calettato sullo stesso asse della turbina. L’energia elettrica così prodotta viene utilizzata in loco o immessa in rete. All’uscita della turbina il fluido di lavoro viene portato ad un secondo scambiatore di calore (condensatore), dove cede il proprio calore in eccesso e condensa ritornando ad essere un liquido. Il fluido di lavoro in fase liquida viene quindi reinviato da un’apposita pompa, nello scambiatore-evaporatore completando così il circuito chiuso.

 

Fumi derivanti dal gas di torcia

I gas di scarico sono inevitabilmente prodotti durante le operazioni di estrazione del petrolio. Questi gas devono essere bruciati utilizzando o delle torce o degli inceneritori adeguati.
La tecnologia ORC è l’ideale per convertirli gas sprecati in elettricità. In questo caso l’ORC viene posizionato a valle del sistema di combustione dei gas e con l’aggiunta di uno scambiatore di calore produce energia elettrica sfruttabile nell’intero impianto.

 

Case study – Flaring

 

ZE ORC System – Oil & Gas (Mexico)

SCARICA LA PRESENTAZIONE

Recupero del calore dai cascami termici di un motore

 

Le fonti di calore disponibili nei motori sono due: gas di scarico e camicie di raffreddamento.

• Gas di scarico: alta temperatura
• Camicie di raffreddamento: bassa temperatura

E’ possibile recuperare i gas di scarico con uno scambiatore di calore mentre le camicie di raffreddamento possono essere sfruttate direttamente sotto forma di acqua.

 

SCHEMA FUNZIONALE

VANTAGGI

Sfrutta entrambe le fonti termiche
Grazie alla disposizione dei componenti della macchina è possibile recuperare calore da entrambe le fonti. In questo modo abbiamo una maggiore efficienza con un maggior risultato in termini di energia elettrica.

Riduce il consumo del Dry Cooler del motore
Collocando uno scambiatore a valle del dry cooler del motore, l’acqua che deve ritornare alle camicie di raffreddamento viene prima raffreddata dal nostro scambiatore di calore. In questo modo il dry cooler del motore richiede meno potenza di azione.

Miglior payback time installando una sola macchina
Installando una sola macchina, hai un miglior ritorno sull’investimento rispetto all’acquisto di due unità. Ci sono anche vantaggi in termini di manutenzione e costi di acquisto dei componenti.

 

SCARICA LA PRESENTAZIONE