L’impianto di cogenerazione a biomassa è costituito da una caldaia alimentata a biomassa lignocellulosica (cippato, agripellets, sansa, nocciolino, mais, stocco di tabacco, patatine, residui di pulitura boschiva e quant’altro ammesso dalla normativa) di potenza pari a circa 400.000 kcal/h e da una microturbina a gas di ultimissima generazione in grado di convertire il lavoro meccanico di espansione di un gas in energia elettrica di tensione e frequenza definiti per una potenza nominale di 100 kWel.

Il processo di conversione energetica della biomassa lignocellulosica implementato nell’impianto è di tipo termochimico e sfrutta la combustione in eccesso d’aria della biomassa legnosa all’interno di una caldaia a griglia fissa. Il calore ottenuto dalla combustione viene trasferito, tramite uno scambiatore ad alte prestazioni installato all’interno della caldaia stessa, all’aria di processo della microturbina che aziona un generatore di energia elettrica. Questa sezione termoelettrica basata sulla tecnologia EFMGT (External Fired Micro Gas Turbine ) della potenza nominale di 70 kWel al netto degli autoconsumi, è in grado di produrre energia elettrica da un generatore azionato da una turbina a gas: in questo ciclo termodinamico, alla combustione del metano in turbina è sostituito uno scambio termico con i gas caldi della caldaia alimentata a biomassa
    
L’unità T100 Power and Heat (T100 PH) è la T100 Power combinata con uno scambiatore di calore gas di scarico.

Questa combinazione permette alla T100 di produrre calore ed energia elettrica combinati raggiungendo rendimenti complessivi elevati. I gas caldi che escono dalla microturbina possono essere utilizzati per produrre acqua calda. In questo modo viene massimizzato il rendimento della microturbina.

Oltre alla capacità di generare energia elettrica il sistema è progettato per recuperare il calore generato dal processo che altrimenti verrebbe disperso nell’ambiente (cogenerazione). Le sorgenti termiche di recupero sono costituite dall’aria di processo espulsa dalla turbina dopo espansione in turbina e dai fumi di combustione della biomassa.

Entrambe si presentano in forma gassosa ad elevata temperatura e possono essere impiegate per utilizzi di riscaldamento ad acqua o per processi di essiccazione. Dall’aria di scarico, ancora ad alta temperatura (circa 270°C), è estratta energia termica attraverso uno scambiatore di calore. L’aria di scarico, anche dopo essere passata attraverso il recuperatore, si trova comunque ad una temperatura di oltre 250-260°C. L’energia termica che possiede può quindi essere trasformata in acqua calda e resa disponibile per gli usi più differenti, attraverso uno scambiatore aria/acqua in controcorrente. L’aria di scarico, attraversato lo scambiatore, è liberata in atmosfera tramite bocca di uscita. Il flusso di fumi caldi estratti dalla caldaia mediante ventilatore di estrazione contengono una grande quantità di energia termica che può invece essere sfruttata per processi di essiccamento della biomassa, o per il riscaldamento di ambienti in piccole reti locali di teleriscaldamento.    
      
RUMORE    
     
Il livello di emissioni acustiche rispetta il valore limite di 60 dB(A) a partire da una distanza di 11  m dalla sorgente.    
      
SISTEMA DI CARICAMENTO DELLA BIOMASSA

Il sistema di stoccaggio della biomassa può essere realizzato con diverse soluzioni in base al tipo di biomassa ed alle condizioni ambientali. Il sistema di estrazione del combustibile è di tipo a griglia fissa (o, come opzionale, griglia mobile), la biomassa viene estratta dal deposito tramite una coclea che regola il flusso da immettere in caldaia per mantenere prefissate condizioni di set point di generazione di potenza elettrica. Il materiale viene poi trasferito ad un caricatore a vite senza fine che ha il compito di introdurre il materiale in caldaia.
    
    
Il flusso in uscita all’essiccatore di gas caldi provenienti dalla caldaia a biomassa costituisce di fatto l’unica emissione significativa di tutto l’impianto in quanto la turbina in assenza di combustione espelle soltanto aria pulita.

L’impianto di depurazione sui fumi, costituito essenzialmente da un multiciclone, completa il ciclo ed è in grado di abbassare il contenuto di polveri al di sotto delle soglie consentite dalla legislazione vigente. E’ possibile installare un sistema per la riduzione delle variazioni di potenza utile dipendenti dai parametri ambientali (temperatura esterna) che possa sfruttare, in modalità di ulteriore cogenerazione, parte del calore contenuto nei gas di scarico per alimentare un sistema di assorbimento capace di raffreddare l’aria in ingresso al compressore del turbogas nelle stagioni particolarmente calde.

L’impianto, funzionando esclusivamente ad aria surriscaldata scaricata in ambiente ad ogni ciclo di funzionamento, non richiede particolari competenze per la sua gestione; grazie al suo sistema di controllo governato da una centralina a PLC che regola l’alimentazione automatica del combustibile, può funzionare anche in assenza di operatore.

La biomassa, che può essere ottenuta come scarto di lavorazione o scarto di operazioni agronomiche, viene trattata aspirando la parte fine direttamente nel silo di stoccaggio, mentre i residui che non possono essere aspirati vengono portati ad un biotrituratore (macinatore) che ha il compito di pretrattare il cippato e ridurlo a scaglie di piccole dimensioni di granulometria pari a 3/4 cm; successivamente anche questa parte viene conferita al silo di contenimento.

La biomassa viene trasferita ad un caricatore che ha il compito di introdurla in caldaia; la proporzione combustibile/comburente viene regolata automaticamente mediante un sistema elettronico di controllo in modo da ottimizzare il rendimento ed ottenere valori di emissioni inferiori ai limiti di legge. Le ceneri prodotte dalla combustione si depositano sul fondo di una vasca di contenimento e una coclea provvede ad estrarle automaticamente. I gas esausti della camera di combustione sono espulsi tramite un camino da dove vengono dispersi.

L’aria calda di turbina, aspirata dall’ambiente ad ogni ciclo termodinamico, viene nuovamente espulsa dalla bocca di uscita della turbina dopo avere ceduto al sistema di generazione il suo elevato contenuto energetico. Parte di questa aria, ad alta temperatura, viene nuovamente immessa in caldaia per aumentare il rendimento di combustione diminuendo quindi i consumi di combustibile. Il processo intero è regolatoda parametri impostati nel sistema di controllo e regolazione centrale che permette, attraverso una reciproca comunicazione fra caldaia e turbina, il raggiungimento delle condizioni desiderate di potenza generata ed il funzionamento completamente automatizzato di tutti i componenti.    

MICROTURBINA

La microturbina, costituita dal modello
T100 prodotto ed installato da Turbec spa, è stata opportunamente modificata per funzionare con combustione esterna secondo il ciclo EFMGT (ExternallyFired Micro Gas Turbine) ed è in
grado di erogare a pieno carico e in condizioni atmosferiche standard 75-80 kW di potenza elettrica e circa 300 kW di potenza termica ad un regime di circa 70.000 rpm.

Alloggiamento: il generatore elettrico e tutti i componenti rotanti (compressore e turbina) sono montati sullo stesso albero; turbina e compressore risiedono dunque nello stesso alloggiamento.      

INGOMBRI

L'impianto, composto dai moduli caldaia-turbina, dai sistemi per il trattamento, carico e scarico delle biomasse, nonchè dalle aree di stoccaggio, occupa in genere una superficie non superiore a 150 mq.
Nelle figure seguenti sono riportati gli ingombri in alcune possibili configurazioni d’impianto.    
     
CALDAIA    

Il combustore, di ultimissima generazione  ha una potenza termica al focolare di circa 500 kW ed un rendimento termico superiore al 90% (efficienza secondo UNI EN 303-5: 2004: rendimento di caldaie).

La caldaia è progettata per funzionare in modo totalmente automatico senza la necessità di operatori per l’esercizio di regime. Il modello prevede la presenza di un focolaio a griglia fissa per trattare sia di cippato fine o pellet che di materiale legnoso molto eterogeneo. Il sistema di alimentazione è regolato mediante dosatore a coclea, munito di serranda di sbarramento al ritorno di fiamma, direttamente pilotato da invertercontrollato dal sistema principale di comando e controllo del sistema di regolazione della potenza erogabile dalla turbina

. La carpenteria esterna è realizzata con pannellature a sandwich, con coibentante interno, allo scopo di contenere a valori di circa 70°C la temperatura delle superfici esterne. L’alimentazione dell’aria primaria è regolata su 3 livelli tramite serrande ad alette contrapposte azionate da un comando proporzionale. Il modulo dove avviene lo scambio termico fra i fumi di caldaia e l’aria di processo della turbina trova sistemazione all’interno del combustore ed è costituito da uno scambiatore gas/aria a fascio tubiero con più giri di fumo con perdite di carico inferiori a 0,2 bar.

La caldaia a biomassa è interamente gestita da un quadro di comando e controllo con logica a microprocessore in grado di regolare i parametri della combustione con ingressi pilotati direttamente dal microcontrollore della turbina. Il sistema è dotato di un display per la visualizzazione di tutte le grandezze monitorate. Il quadro è completato da tutti i dispositivi di sicurezza elettrica previsti dalla normativa vigente.    
     
PRESTAZIONI 
     
Tipo turbina: radiale
Tipo Compressore: centrifugo
Velocità nominale: 70.000 rpm
Temperatura di ingresso turbina: 950 °C
Pressione di ingresso turbina: 4,5 bar (a)
Alimentazione caldaia: biomassa lignocellulosica
Tipo di Generatore: trifase sincrono magneti permanenti
Tensione/Frequenza/Fattore di potenza: 400/230 V AC 3 fasi/50 Hz/cosf = 0,8
Potenza elettrica di avviamento: 15 kWel
Consumo orario di combustibile: 0,12 --> 0,15 t/h
Potenza elettrica al netto degli autoconsumi: 75 --> 80 kWel
Rendimento elettrico: 13-15 %
Rendimento complessivo dell’impianto: 83%
Potenza termica utilizzabile: 300 kWth
Ore stimate funzionamento annuo minimo: 7.000
Temperatura acqua calda generata dallo scambiatore: 80/90°C
 
 
Dopo aver vagliato diverse tecnologie di trasformazione della biomassa, riteniamo di aver individuato quella che si configura come la più robusta ed affidabile. La sua attività si presta in maniera esemplare alla valorizzazione sia del termico che dell'elettrico. La taglia base della macchina prevede la produzione di almeno 500.000 kWh/anno elettrici e 1.200.000 kWh/anno termici. Parliamo di una potenza installata di 75 kW elettrici ed 260 kW termici. La richiesta annua di biomassa è di circa 1000 ton/anno.
La nostra ricerca parte da clienti con disponibilità di biomassa di scarto ma si allarga ovviamente anche a chi, come voi, ne produce in quantità e la commercia.