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Sabato, 15 Giu 2019

Generazione distribuita, efficienza energetica, recuperi termici, media e bassa entalpia: arriva la “Green Machine”

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Generazione distribuita, efficienza energetica, recuperi termici, media e bassa entalpia: arriva la “Green Machine”
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Il tema centrale dei cambiamenti climatici con particolare riferimento al riscaldamento globale connesso con le sempre più impattanti attività antropiche, vede il rilascio di enormi quantità, oltre che di sostanze inquinanti nell’atmosfera locale e climalteranti dell’atmosfera globale, anche di enormi quantità di calore disperso dai diversi processi esistenti.

 

  

Organic Rankine Cycle

 

In tutto questo assume grande rilevanza la completa e profonda revisione dei processi, con tecnologie a basso impatto ambientale, ma anche la massimizzazione nell’utilizzo di quelle tecnologie legate ai recuperi termici nei vari ambiti di intervento. Si tratta di una serie di tecnologie fino ad oggi disponibili solo per taglie ed applicazioni medio grandi e che oggi vedono la possibilità di una applicabilità distribuita anche per mini e micro taglie. Proprio in questo contesto di apertura delle possibilità applicative nell’utilizzo dei cascami termici, arriva dagli USA la “Green Machine”, o “Macchina Verde”, un sistema di produzione di energia elettrica basato su un modulo con turbina ORC.

 

La tecnologia definita con il termine ORC, acronimo di Organic Rankine Cycle, si caratterizza per l’utilizzo di sostanze organiche ad alto peso molecolare in luogo di vapore d’acqua, in cicli Rankine appositamente studiati.

 

Organic Rankine Cycle Schema

 

 


 

La caratteristica più importante dei fluidi organici impiegati è costituita dalle basse temperature di cambiamento di fase degli stessi, inferiori a quelle dell’acqua, che ne consentono grande flessibilità applicativa nella produzione di energia elettrica anche da fonti di calore a temperature medio-basse come:

 

  • cascami termici di cicli industriali: il 90% delle produzioni industriali ha, come scarto di lavorazione, il calore. Un bene prezioso che può essere recuperato per essere trasformato in energia riutilizzabile

  • impianti solari termodinamici (CSP): una fonte di energia il solare termodinamico, promettente per il futuro specialmente per i paesi dell'area mediterranea

  • geotermia: per aprire una nuova era davvero sostenibile nell'ambito della media e bassa entalpia a ciclo chiuso

  • impianti a biomasse: per recuperi termici in diversi contesti come nei gruppi di cogenerazione di impianti a biogas, o ad olio vegetale, o a biomassa legnosa, etc...

 

Si tratta di una tecnologia che, oltre a contraddistinguersi per la grande versatilità applicativa, estesa ai recuperi termici di industrie energivore, presenta enormi affinità con il mondo delle rinnovabili, specificatamente con la geotermia, nell’ambito della quale permette applicazioni a media e bassa temperatura con minimi impatti ambientali, con il solare termodinamico, con gli impianti a biomasse legnose e non solo, ma anche, per esempio, in impianti biogas per il recupero termico dei motori costituenti i moduli di cogenerazione.

 

Ambiti applicativi notevolmente amplificati dalle mini e micro taglie nelle quali la tecnologia ORC viene proposta attraverso Green Machine. Il nuovo modulo infatti, riesce a convertire portate di acqua a bassa temperatura, comprese tra 77 e 116 °C, in energia elettrica rinnovabile con zero emissioni di CO2, in una gamma nominale di potenza elettrica prodotta da 20 a 110 kWe, il tutto con un modestissimo ingombro grazie a dimensioni molto compatte e diverse opzioni di installazione.

 

Organic Rankine Cycle


Si tratta di una macchina con modeste necessità di apporto termico per il rifornimento di acqua calda, rispetto ad altri sistemi ORC di mercato. In grande crescita anche il numero di installazioni europee, con le prima anche in Italia.

 

Enorme quindi il contributo che una macchina con queste caratteristiche può dare alla affermazione della generazione distribuita nell’ambito della produzione di energia elettrica da fonti termiche. A rafforzare questa capacità di penetrazione, un ingombro ridotto e un montaggio su pianale (previsto nel progetto), che ne agevola ulteriormente l’installazione, in ambiti sino ad oggi impensabili per altre applicazioni ORC.

 

Ad accrescere questa versatilità poi anche una grande scalabilità, che consente la possibilità di inserire più unità in serie alla stessa fonte di calore disponibile. Grande robustezza ed agevolezza di reperimento dei principali componenti, riduce notevolmente le esigenze manutentive, espletabili, dopo un corso di base ElectraTherm, da un tecnico qualificato con conoscenze di meccanica e condizionamento dell’aria. 


 

Molto agevole anche la gestione della apparecchiatura con un sistema di controllo, effettuabile completamente in automatico da remoto attraverso un piccolo sistema SCADA che ne permettendone così il controllo, la telesorveglianza a distanza e la manutenzione fuori sede. Interessante il cuore pulsante della centralina di potenza della Green Machine ElectraTherm che funziona a bassa velocità e senza riduttori, con una particolare “turbina” costituita da un espansore a viti accoppiate (vedi figura a destra), soluzione particolarmente semplice e robusta.

 

Ulteriore caratteristica interessante è costituita poi dal fatto che le viti accoppiate possono funzionare anche “a umido”, senza che il refrigerante debba necessariamente trovarsi tutto allo stato di vapore, vantaggio assolutamente rilevante rispetto ai tradizionali dispositivi di espansione basati su turbine. Molte altre sono poi le peculiarità interessanti della macchina come:

 

  • la possibilità di raffreddamento ad aria opzionale che comporta l’annullamento del consumo di acqua per la condensazione
  • completa interoperabilità automatica di sistema automatico via web
  • piena conformità alla normativa NEMA per le applicazioni all’aperto
  • olio lubrificante e fluido di lavoro refrigerante sono coincidenti nella Macchina Verde, con una enorme semplificazione impiantistica rispetto a tecnologie concorrenti che richiedono sistemi di lubrificazione complessi, con pompe, separatori di olio, raffreddatori, eccetera. La lubrificazione integrata riduce anche i costi di manutenzione
  • la Green Machine è dotata di un’ampia gamma dinamica di uscita, con un fattore di riduzione della potenza pari a 3:1. Questo permette alla Green Machine di restare in funzione anche in presenza di forti e impreviste variazioni delle condizioni di lavoro, in regime dinamico, massimizzandone il tempo di funzionamento continuativo, minimizzando le interruzioni di funzionamento

 

Decisamente interessanti anche le performance economiche, dal momento che in paesi come il nostro, dove il costo dell’energia elettrica supera largamente i 10 centesimi di dollaro, una Green Machine può presentare un tempo di ritorno dell’investimento molto favorevole per l’utente finale, senza considerare l’eventuale disponibilità, in alcune aree geografiche e per taluni ambiti applicativi, incentivi economici a livello locale o nazionale, che possono ulteriormente accorciare il tempo di ritorno dell’investimento.

 

Si tratta di un grande e fondamentale tassello tecnologico verso la generazione distribuita e, specificatamente all’ambito geotermico, un’altra opzione nel mondo dei cicli binari, di quella famiglia tecnologica cioè, capace di dare un volto nuovo e davvero pienamente sostenibile ad una risorsa, come quella geotermica, fino ad oggi sfruttata con impatti ambientali davvero significativi.

 

 

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