I certificati bianchi a sostegno dei recuperi termici da processo

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TERZA CONFERENZA ANNUALE FIRE
Roma - 10-11 Aprile 2014
I CERTIFICATI BIANCHI A SOSTEGNO
DEI RECUPERI TERMICI DA PROCESSO INDUSTRIALE
Marco Baresi, Institutional Relations Manager Turboden
Copyright © – Turboden S.r.l. All rights reserved
Recuperi termici da processo industriale
Valorizzazione del
calore residuato da
processo
industriale oggi
disperso in
atmosfera
Recuperi termici da processo industriale con
tecnologia ORC
processo
industriale
calore
residuo
riduzione dei
consumi
gas, liquidi,
vapori
energia
elettrica
scambiatore
recupero
calore
energia termica
ORC
Organic
Rankine Cycle
generatore
energia termica
a bassa
temperatura
processo,
utenze
termiche
civili e
industriali
What is the ORC?
Cycle
it is a thermodynamic cycle
Rankine
it is theoretically given by 2
isobar and 2 adiabatic
thermodynamic transformations
Organic
it exploits an organic working
fluid
EXPANDER
EVAPORATOR
Efficiency: 98% of incoming thermal power is transformed, into
electric power (around 20%) and heat (78%), with extremely
limited thermal leaks, only 2 % due to thermal isolation, radiance
and losses in the generator; the electric efficiency obtained in
non-cogeneration cases is much higher (more than 24% of the
thermal input)
Water / Steam
Temperature
The principle is based on a turbo-generator working as a
normal steam turbine to transform thermal energy into
mechanical energy and finally into electric energy through an
electric generator. Instead of the water steam, the ORC system
vaporizes an organic fluid, characterized by a molecular
mass higher than water, which leads to a slower rotation of
the turbine and lower pressure and erosion of the metallic
parts and blades
FEED PUMP
Entropy
Temperature
CONDENSER
Organic fluid
Entropy
4
ORC vs. tradizionali cicli a vapore
Features
 Alta efficienza della turbina (~ 85%)
 Basso numero di stadi
 Basso stress meccanico della turbina (bassa velocità periferica, temperatura moderata)
 Assenza erosione pale (no liquido) e ridotta corrosione di scambiatori e piping
Piccolo salto entalpico + Elevata portata volumetrica
 Bassi giri al minuto della turbina
 Accoppiamento diretto al generatore elettrico (1500/1800/3000/3600 RPM)
Vantaggi operativi
 Start-stop semplificato
 Automatizzato, operatore non richiesto
 Bassa rumorosità
 Alta disponibilità
 Buoni rendimenti a carico parziale
 O&M minimi
 Lunga vita
5
Le applicazioni ORC
Biomassa
Geotermia
elettricità
calore
Solare
Termodinamico
Recupero
Calore
Turboden progetta e sviluppa turbogeneratori basati sulla tecnologia ORC
(Organic Rankine Cycle) per la produzione di energia elettrica e termica partendo
da varie fonti rinnovabili e dal calore di scarto, particolarmente indicati per la
generazione distribuita.
 unità standard da 200 kWe a 10 MWe
 soluzioni personalizzate > 10 MWe
6
Impianti Turboden nel mondo
taglia
Applicazione
Biomassa legnosa
Geotermia
Recupero da motori
Recupero Oil&Gas
Recupero Cemento e Refrattari
Recuperi Metallurgia
Recupero Vetro
Recupero trattamento rifiuti
MW
0.3 - 6.5
1.0 - 6.0
0.5 - 4.5
1.0 - 3.0
1.0 - 7.0
0.7 - 2.7
0.5 - 2.0
0.5 - 6.0
Totale impianti Turboden
Paese
Germania
Italia
Austria
Altri in Europe
impianti
In costruzione
Totale
no.
201
6
11
1
4
2
1
4
MW
214
19
12
1
12
3
1
10
no.
40
2
1
2
0
1
0
2
MW
68
9
1
5
0
2
0
8
no.
241
8
12
3
4
3
1
6
MW
282
28
13
6
12
5
1
18
230
272
48
93
278
365
plants
82
74
32
68
Country
Nord America
Russia
Turchia
Resto del mondo
plants
6
7
3
7
7
Efficienza nell’industria con i recuperi termici
TEE: strumento
per l’industria
Delibera AEEG
EEN 9/11 28 Ottobre 2011
Progetti a consuntivo
«Utilizzo di calore di recupero per la
generazione di energia elettrica»
8
Un’opportunità per il rilancio dell’industria –
gli studi italiani
Fonte
Benefici attesi da recuperi termici con tecnologia ORC
Novembre 2012
•
Strumento di politica industriale per il rilancio dell’industria
italiana
•
Beneficio sistema paese 1,7 Miliardi € in 17 anni con il 50% di
penetrazione sul potenziale
Primato tecnologico italiano
AGICI - Osservatorio Internazionale
per le Rinnovabili
Giugno 2013
Smart Energy Project
Ottobre 2013
•
9
Un’opportunità per il rilancio dell’industria –
gli studi europei
Fonte
Benefici attesi
HREII e HREII Demo (Italia)
2010 - 2014
H-REII
• quantificare il potenziale di recupero calore
nelle industrie energivore italiane
• promuovere policy di efficienza energetica
in Italia e diffondere best practice
H-REII DEMO
• estendere il modello ad altri Paesi UE ( … Francia e Regno
Unito !)
• realizzazione il primo dimostratore di recupero calore da
forno elettrico siderurgico (EAF) con ORC da 3 MWe
ADEME (Francia)
Novembre 2012
ECOFIS (Regno Unito)
Marzo 2014
Il meccanismo Italiano di incentivazione dei recuperi termici
rappresenta una eccellenza mondiale
In Francia in fase di definizione policy dedicate
Il potenziale economicamente recuperabile dall’industria inglese
ammonta a
oltre 7 TWh/anno
10
… in Italia ?
11
Il caso studio in vetreria
Scambiatore di calore per
sistema di recupero ORC in
serie alla torre di Quenching
Camino
Ventilatore
Torre di
Quenching
DeNOx, DeSOx, ESP
12
Business plan: recupero in vetreria
vetro piano
CAPEX: € 4.500.000
OPEX e tasse: € 300.000
Potenza netta: 1 MWe
Ore di funzionamento: 8000 h/a
Energia prodotta: 8000 MWh/a
Costo del capitale: 7 %
Risparmio: 1496 tep/a
TEE : 5.072 TEE/a
Valore energia elettrica (*): 130 €/MWh
Oneri Generali di sistema (*): 50 €/MWh
Progetto ante delibera 578/2013/R/EEL
Dopo delibera 578/2013/R/EEL (dicembre 2013)
Payback Time ipotizzato : ̴ 5 anni
TIR a 18 anni: 21%
Esborso oneri di sistema: ̴ € 400.000 /anno
Impatto su cash flow – applicazione retroattiva !
Payback Time (con pagamento oneri): 12 anni
TIR a 18 anni: 10%
Avviato nel 2012
6
4
2
DCF con oneri
DCF senza oneri
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
NPV con oneri
NPV senza oneri
-2
-4
-6
(*): al netto dello sconto energivori previsto dall’art. 39
13
Il caso studio in fonderia
•
Sorgente: olio diatermico
per raffreddamento del
cubilotto
•
Potenza in ingresso
ORC da olio diatermico:
Circa 3,1 MW
•
Temperatura Olio: 232°C
•
Potenza termica
all’acqua di
raffreddamento: 2,6 MW
•
Potenza ORC netta:
400kWe
Andamento portata della sorgente di calore [m 3/h]
Business plan: recupero in fonderia
CAPEX: € 2.200.000
OPEX e tasse: € 100.000
Potenza netta: 400 kW
Ore di funzionamento: 6000 h/a
Energia prodotta: 2400 MWh/a
Costo del capitale: 7 %
Risparmio: 449 tep/a
TEE : 1508 TEE/a
Valore energia elettrica (*): 126 €/MWh
Oneri Generali di sistema (*): 50 €/MWh
Progetto ante art. 39 «sconto energivori»
Valore energia elettrica: 140 €/MWh
Payback Time (no pagamento oneri) : 9 anni
TIR a 18 anni: 13%
Dopo art. 39 «sconto energivori»
Valore energia elettrica: 126 €/MWh
Payback Time (sconto energivori) : 11 anni
TIR a 18 anni: 10%
Payback Time (con pagamento oneri): 16 anni
TIR a 18 anni: 7%
1.5
1
0.5
DCF con oneri
0
0
-0.5
-1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
DCF senza oneri
NPV con oneri
NPV senza oneri
-1.5
-2
-2.5
15
Recuperi termici: la supply chain
Materials
Project
End Users
Primary Heat
Exchanger
(steam, thermal
oil, molten salts)
Finance
Industry
Consulting
Employment
Copper
ORC systems,
Steam turbines
Cement
Generators
Glass
Condenser
Engineering
and plants
Research &
Development
Plastic
Evaporative
Systems
Wood
Electrical components
Project
Management
Emissions
reduction
Steel
Iron
Components
Aluminum
16
Conclusioni
J.M. Barroso to the European Council , 20-21 Marzo 2014
recupero calore
opportunità di politica industriale




efficienza energetica
competitività delle imprese altamente energivore
sostenibilità economica e ambientale
innovazione
17
Conclusioni
… ma sono necessarie azioni di indirizzo e supporto
 policy & quadro regolatorio
… è corretto che l’industria paghi gli oneri di sistema sull’energia acquistata per il
processo e li paghi anche su quella generata dai fumi di scarto per autoconsumo ?
… i TEE devono rappresentare una leva per investimenti strutturali in efficienza
energetica nell’industria Italiana
 finanza dedicata per efficienza energetica
… fondo investimenti + garanzie per industrie altamente energivore (mid caps e
grandi imprese)
 formazione disseminazione best practice
18
Grazie per l’attenzione!
Marco Baresi, Institutional Relations Manager Turboden
Back up slides
Oltre 30 anni di esperienza
• Prof. Mario Gaia matura
esperienza nel campo degli ORC
all’interno del suo gruppo di
ricerca presso il Politecnico di
Milano
• 1976 – primo prototipo di ORC
per solare termodinamico
’60-’70
1980-1999
• Turboden installa impianti ORC a
biomassa, soprattutto in Austria,
Germania e Italia
• MHI acquisisce la
maggioranza di Turboden. Gli
azionisti italiani rimangono alla
guida dall’azienda
• Turboden progetta di entrare in nuovi
mercati, con un focus sul Nord America
• Prime applicazioni di recupero calore
2000-2009
• 1980 – Prof. Mario Gaia fonda
Turboden per produrre e realizzare
turbogeneratori ORC
• Turboden sviluppa progetti di ricerca
nelle applicazioni solare, geotermia e
recupero di calore
• 1998 – Primo impianto ORC a
biomassa in Svizzera (300 kW)
• Oggi – Più di 250 impianti
ORC nel mondo, 200 in marcia
2009-2013
2014…
• 2009 – Turboden raggiunge i 100
impianti venduti
• United Technologies Corp. (UTC)
acquisisce la maggioranza delle quote di
Turboden. PW Power Systems supporta
Turboden in nuovi mercati fuori dall’Europa
• UTC esce dal mercato dell’energia,
sottoscrivendo un’alleanza strategica con
Mitsubishi Heavy Industries
• PW Power Systems diventa una società
del Gruppo MHI
21
Oltre 30 anni di esperienza
1984 – Turbogeneratore
ORC 40 kWel per
applicazione solare a Perth,
Australia
ORC per recupero calore da
3 MW, Belgio
2009 – Primi 100 impianti
e 100MWel installati
ORC a biomassa da 3 kWel,
Milano
2010 – Primo impianto
oltreoceano
1988 – Impianto geotermico
ORC da 200 kWel in
Zambia
2013 – Oltre 250 impianti
ORC nel mondo
22
Principio termodinamico: il Ciclo ORC
TURBINA
TEMPERATURA
POTENZA ELETTRICA
GENERATORE
OLIO
DIATERMICO
RIGENERATORE
EVAPORATORE
ACQUA
CONDENSATORE
ENTROPIA
POMPA
Il turbogeneratore utilizza l’olio diatermico ad alta temperatura per preriscaldare e vaporizzare un
adatto fluido organico di lavoro nell’evaporatore (834). Il vapore organico espande nella turbina
(45), che è direttamente collegata al generatore elettrico attraverso un giunto elastico. Il vapore
passa attraverso il rigeneratore (59) e in questo modo preriscalda il fluido organico (28). Il vapore
viene poi condensato nel condensatore (raffreddato dall’ acqua di raffreddamento) (961). Il liquido
organico viene infine pompato (12) nel rigeneratore e da qui nell’evaporatore, completando così la
sequenza di operazioni nel circuito chiuso.
23
Realizzazioni Turboden settore cemento
Cimar - Italcementi Group
Site: CIMAR – ITALCEMENTI GROUP (Morocco)
Clinker production capacity: ≈ 5.000 ton/day
Heat source: PH exhaust gas at 330°C
Cooling: water condenser + air-coolers No water consumption
ORC electric power: 2 MWe
In operation since 4th quarter 2010
Working hours: 16.000 h
Availability: >98%
The plant is being hybridized with CSP (Concentrated Solar Power) taking
advantage of the ORC extra capacity
AGC Glass Europe
Site: Cuneo - Italy
Client: GEA Process Eng
Final Client: AGC Glass Europe
Started up: March 2012
Heat source: gas @ 500°C from glass production process
Heat carrier: thermal oil
Cooling: water condenser + air-coolers
Electric power: 1.3 MWel
Realizzazioni Turboden settore cemento
Holcim Romania – Holcim Group
Client: Holcim Romania - Alesd
Clinker production capacity: ≈ 4000 ton/day
Heat source: exhaust gas @ 360°C (PH) and hot air @ 250 °C (CC)
Thermal oil (PH) and pressurized water (CC) heat recovery loops
Cooling: water condenser + wet cooling tower
ORC electric power: ~ 4 MWe
Started up: July 2012 (8000 working hours)
Availability: >98%
Holcim Slovakia– Holcim Group
Site: Rohoznik (Slovakia)
Client: Holcim Slovensko A.S.
Started up: February 2014
Heat Source: exhaust gas from PH and CC
Cooling: water condenser + wet cooling tower
Electric power: 5 MWe
(PH): preheating system, (CC): clinker cooler
Realizzazioni Turboden: refrattari e alluminio
Refractories – RHI Group Austria
Site: Radenthein - Austria
Client: RHI GROUP
Refractory production capacity: ≈ 250 ton/day
Heat source: refractory ovens exhaust gas @ 500 °C
Gas cooled down to ca. 150 °C
ORC electric power: ca. 1 MWe
In operation since 1st quarter 2009
Aluminum– Undisclosed customer
Site: Germany
Client: not disclosed
Heat source: exhaust gas from scrap melting rotary furnace
Heat transfer: thermal oil
ORC electric power: 1.7 MWe
Expected start up: 4th quarter 2014
Realizzazioni Turboden:
scambio diretto da laminatoio acciaio
Billet reheating furnace at steel rolling mill
Client: NatSteel – Tata Group
Site: Singapore
Started up: February 2013
Heat source: exhaust gas from LFO combustion. @ 400°C
Direct exchange between exhaust gas and working fluid
ORC electric power: ~ 0.7 MW
4th Direct exchange ORC unit in operation
27
Realizzazioni Turboden: turbine a gas
Gas Compressor Station – Trans Gas
Heat recovery from Solar CENTAUR gas turbine in a
Gas Compressor station in Canada
Gas Turbine prime power: 3.5 MWe
Gas Turbine efficiency: 28%
General Contractor: IST (Innovative Steam Technologies)
Final Client: TransGas
In operation since IV quarter 2011
Gas Compressor Station – Polympex
Heat recovery from Solar TITAN 130 gas turbine in a Gas
Turbine Power Plant (GTPP) in Russia (Moscow region)
Gas Turbine prime power:: 25 MWe
Gas Turbine efficiency: 30%
ORC electric power: 3 MWe Direct exchange cogenerative solution
ORC thermal power 15 MWth of hot water at 90°C
General Contractor: Energo development LCC
Final Client: Polympex
Expected start up: 4th quarter 2014
Realizzazioni Turboden: trattamento rifiuti
Waste To Energy – Mirom, Belgium
Heat recovery from pressurized water boiler in waste incinerator
Customer: MIROM (Roeselare - Belgium)
Source: hot water at 180°C (back at 140°C)
Cooling source: air coolers
Net electrical efficiency: 16.5%
Availability: >98%
In operation since 2nd quarter 2008
Waste Gasifier – ITC Turkey
Heat recovery from exhaust gas from the waste gasifier
Plant site: Ankara (Turkey)
Application: power only
ORC electric power: 5.5 MWe
ORC efficiency: up to 25%
Final Client: ITC-KA Enrji Uretim Sanavi Ve Ticaret A.S.
In operation since 1st quarter 2014
Another 5.5 MWe ORC unit to be installed: expected start up: 2nd quarter 2015

I certificati bianchi a sostegno dei recuperi termici da processo

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