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Autore: D. Micheli, M. Reini, R. Taccani, P. Pinamonti

Collana: FM - 2004 Sorrento - Third International Symposium - Energy and Environment

Note:
The present work analyses the possibilities offered by ORC (Organic Rankine Cycle) cogenerative plants, for using wood based biomass. A power plant simulation model has been implemented, that allows for parametric analysis of both energetic and thermodynamic variables. In particular the relation among the operative pressures and the input – output energy flows, at different loads, has been studied on the basis of the defined simulation model.



Lo sfruttamento di sorgenti termiche a bassa e media temperatura, e in particolar modo quelle da combustione di biomasse e dal recupero di cascami termici da processi industriali, ha avuto un costante sviluppo negli ultimi decenni, con un interesse che è andato aumentando di pari passo con la mutata sensibilità verso le problematiche del risparmio energetico e della salvaguardia dell’ambiente. Il presente lavoro trae spunto dalla presenza nella Regione Friuli Venezia Giulia di due aree manifatturiere specializzate nella lavorazione del legno. Una di queste è il cosiddetto “distretto del mobile”, localizzato in alcuni comuni della Provincia di Pordenone e oggetto del presente studio. Tale distretto è caratterizzato da un’ingente disponibilità di scarti da lavorazione industriale, prodotti in un’area geograficamente molto delimitata. Questi scarti non sono convenientemente recuperabili come sottoprodotti ma hanno un potere calorifico non trascurabile, per cui possono essere utilizzati in caldaie a legna per coprire i fabbisogni termici degli stabilimenti industriali stessi. Tale soluzione è però adottata solo in alcune aziende, con una potenzialità che copre parzialmente i fabbisogni citati. La situazione complessiva del distretto industriale è caratterizzata quindi da una notevole presenza di caldaie a combustibili fossili tradizionali.
Lo studio analizza l’opportunità di trasformare le caldaie esistenti in sistemi cogenerativi a biomassa, costituita da scarti di pezzatura ridotta della lavorazione del legno. Per tali applicazioni si è ipotizzato il ricorso alla tecnologia energetica ORC (Organic Rankine Cycle), particolarmente adatta alla integrazione in impianti termici di piccola taglia con produzione di calore a temperatura relativamente bassa.
In questo contesto, nella prima parte del presente lavoro [1] sono stati illustrati gli esiti di un’indagine empirica condotta sulle realtà industriali del territorio, con rilievo dei dati energetici. Da questa analisi si evince che le realtà industriali considerate con più di 65 addetti sono caratterizzate da un rapporto tra fabbisogni elettrici e termici vicino a quello che caratterizza gli impianti ORC; inoltre circa il 17% delle aziende del comparto hanno consumi energetici compatibili con le taglie dei gruppi ORC commerciali, mentre le altre potrebbero essere interessate a soluzioni di tipo consortile. Tali aziende già utilizzano la biomassa come combustibile in misura pari all’80% dei consumi.
Nella parte qui presentata viene effettuata una valutazione delle prestazioni energetiche ottenibili con gruppi ORC nel contesto individuato. Essa è basata su una modellazione relativamente semplice ma sufficientemente accurata di tali impianti. Si è supposto di integrare nelle caldaie a legna un circuito ad olio diatermico che trasferisca il calore prodotto ad un impianto ORC. In questo modo si può ottenere un più completo sfruttamento energetico della biomassa con produzione sia di energia elettrica che di calore, quest’ultimo avente caratteristiche termiche adatte anche ad applicazioni di teleriscaldamento. La modellazione del sistema è stata condotta in ambiente Aspen Plus ®, ritenuto particolarmente adatto a questa indagine per la capacità di modellare con diversi livelli di dettaglio gli elementi di scambio termico (fino ad un completo dettaglio costruttivo, mediante il software B-Jac ®), la possibilità di inserire routine originali per la modellazione di componenti specifici quali la turbina e, soprattutto, la disponibilità di librerie relative a numerosi fluidi organici.
Le principali caratteristiche funzionali dei componenti dell’impianto sono state scelte sulla base di dati reperiti in letteratura e di indicazioni fornite da alcuni costruttori. Imponendo come condizioni al contorno alcuni parametri operativi della particolare applicazione impiantistica considerata, il modello di simulazione del sistema energetico ha permesso di prevedere in modo realistico le prestazioni ottenibili al variare dei parametri liberi di progettazione e regolazione.
La simulazione effettuata di un gruppo ORC si è dimostrata sufficientemente accurata per una valutazione preliminare delle potenzialità energetiche di eventuali applicazioni nel bacino industriale considerato.
L’indagine fatta, costituisce un importante passo verso la fase conclusiva della ricerca volta all’individuazione di massima di una o più soluzioni impiantistiche adottabili nella realtà industriale territoriale delineata.