Gassificazione di cippato legnoso e motori a gas - Ing. Paolo Magneschi - EEE ...

Gassificazione di cippato legnoso e
                       motori a gas
                    Ing. Paolo Magneschi

Utilizzi delle biomasse in relazione alle loro
caratteristiche

Potere calorifico legna di castagno

Variazione del potere calorifico del legno in
base all’umidità

Classificazione del cippato
   Si fa riferimento alla norma UNI EN 14961

   Tre criteri di classificazione:
    1.       Origine e materie prime
    2.       Analisi chimica
    3.       Merceleogia
            Granulometria
            Umidità
            Ceneri
            Potere Calorifico
            Densità sterica

Caldaie a cippato per riscaldamento
Le caldaie a cippato esistono in varie taglie - dalle poche
  decine di kWth a qualche MWth
 piccole: per usi familiari o condominiali
 grandi: per reti di teleriscaldamento
Necessitano di una rete di distribuzione

Esempio di un impianto di
    teleriscaldamento (Comune di Chiusdino)
 Potenza impianto: 350 kWth
 Costo impianto: caldaia 66.000 € + rete 285.000 € + Iva
  10%
 Numeri utenti allacciati 30 (35)
 Potenza termica max disponibile per utente: 30 kW
 Consumo cippato: 2570 quintali/anno = 18000 €/anno
  (3,5 quintali = 1 MWh equivalente a un rendimento di
  circa 70%)
 Costi di esercizio e manutenzione come da contratto
  stipulato con ditta 28.800 €/anno + Iva
Costo annuo per utente: 0,069 €/kWh termici
corrispondente a ca.1000 € /anno medi

Produzione energia elettrica da legno
Principali applicazioni per biomasse legnose:
 Caldaia + ciclo a vapore
 Caldaia + cicli a fluidi organici
 Gassificatore + motori a gas

La legislazione e gli incentivi attuali* favoriscono
  impianti di piccolo taglia ≤ 300 kWth

* (decreto 6 luglio 2012 in attuazione)

Gassificazione

Composizione tipica syngas
CO                       17-20 %vol
H2                       13-16 %vol
CH4                      1-4 %vol

Potere calorifico inf.   5.5-6 MJ/kg

Pretrattamento del cippato
Il cippato commerciale
necessita di essicazione e
vagliatura per raggiungere
le caratteristiche richieste
nel gassificatore

Esempio gassificatore (45 kWe)

Motore              Gassificatore
Dimensioni:         Dimensioni:
2.6 x 0.9 x 2.2 m   5.3 x 1.5 x 2.3 m

Gassificatore 45 kWe

Motori a gas per produzione en. elettrica
   Tipologia di motori:
       A gas aspirati
       A gas turbocompressi
       Dual fuel (max 5% di gasolio consentito)

Filtraggio del syngas
   Il syngas deve essere filtrato per evitare danni al
    motore dovuti al particolato e al TAR
       Particolato: max 35 mg/Nm3 (consigliato max 10
        mg/Nm3)
       TAR: max 60 mg/Nm3
       Metalli alcalini: max 15 mg/Nm3

   La purificazione del syngas viene attualmente
    ottenuta con filtri a maniche (necessitano pulizia
    periodica)

Utilizzo del calore residuo
   Il processo di gassificazione produce circa 2.4 kWth
    per ogni kWe prodotto (45 kWe corrispondono a 110
    kWth)
   Temperatura intorno agli 80-90 °C
   Un parte del calore (circa 20%) è usato per
    essiccare la biomassa in ingresso
   La parte rimanente è disponibile per vari usi
    (condizionamento residenziale, riscaldamento serre,
    essiccare foraggi..)
   L’utilizzo del calore migliora sensibilmente
    l’economia dell’impianto

Schema di gassificazione con cogenerazione

Considerazioni economiche
(SENZA utilizzo del calore residuo)
   Ipotesi
       Potenza elettrica lorda: 45 kWe (netta 37,35%)
       Potenza elettrica netta: 37,35% (17% per consumi interni)
       Ore funzionamento annuo: 7500
       Consumo cippato: 45 kg/h, Costo cippato: 60 €/t
       Costo impianto: 350.000 € (chiavi in mano)
       Ammortamento annuo (20 anni): 17.500 €
       Costo annuo ricambi: 5000 €
       Altri Costi: 2000 € (esclusi esercizio e manutenzione)

   Tariffa applicabile: 0,257 €/kWh (biomassa sottoprodotto)
   Ricavi al netto del combustibile: 51.700 €/anno
   Restano: 27.200 €/annuo

Considerazioni economiche
    (CON utilizzo del calore residuo)
   Ipotesi
       Potenza elettrica lorda: 45 kWe (netta 37,35%)
       Potenza elettrica netta: 37,35% (17% per consumi interni)
       Ore funzionamento annuo: 7500
       Consumo cippato: 45 kg/h, Costo cippato: 60 €/t
       Costo impianto: 350.000 € (chiavi in mano)
       Ammortamento annuo (20 anni): 17.500 €
       Costo annuo ricambi: 5000 €
       Altri costi: 2000 € (esclusi esercizio e manutenzione)

   Tariffa applicabile: 0,297 €/kWh (biomassa sottoprodotto)
   Ricavi vendita calore: 8.640 € (60 kWth, 150 giorni, 0,04
    €/kWh)
   Ricavi al netto del combustibile: 71.500 €/anno
   Restano: 47.000 €/annuo

Conclusioni
   Il cippato di legno per energia ha due sbocchi:
       Combustione (produzione termica)
       Gassificazione (produzione elettrica e termica)
   La gassificazione rappresenta una pratica provata e
    diffusa per produzione di energia elettrica e termica
    da biomassa
   Con gli incentivi attualmente previsti è garantito il
    ritorno dell’investimento con biomasse di scarto
   L’utilizzo del calore migliora significativamente
    l’economicità dell’impianto