Page 19 - Gestione Energia

namento del sistema. Le turbine a gas oil free consen- tono, invece, non avendo pompe e non necessitando di lubrificazione nelle parti meccaniche interne, di aggirare questi problemi.
All’interno delle microturbine a gas, di cui l’azienda ca- liforniana è produttrice, sono, infatti, impiegati speciali cuscinetti ad aria, un brevetto di derivazione aerospazia- le sviluppato da Capstone Turbine Corporation alla fine degli anni ’90, in grado di sostenerne l’asse in rotazione senza ulteriori contatti meccanici grazie a un film d’aria che viene generato da sofisticati profili aerodinamici pre- senti sull’asse della microturbina stessa e che devono pertanto passare severissimi test per assicurare le cor- rette e sicure performance. Nello specifico del sistema, la microturbina è costituita al suo interno da un unico or- gano rotante, l’albero motore, sospeso sui cuscinetti ad aria, sul quale sono calettati la turbina e il compressore dell’aria comburente, entrambi di tipo radiale, e il rotore del generatore elettrico. L’aria comburente, dopo essere stata compressa dal compressore (rapporto di compres- sione di circa 4:1) viene inviata al rigeneratore dove ac- quista calore dai gas di scarico della turbina, quindi alla camera di combustione dove in miscela con il combusti- bile brucia fino ad espandersi. Lo scopo del rigeneratore, che è di tipo anulare ed è integrato nel blocco motore, è di migliorare l’efficienza meccanica della microturbina, e quindi elettrica del cogeneratore, aumentando la tem- peratura dell’aria comburente in ingresso alla camera di combustione.
L’energia elettrica viene prodotta ad alta frequenza (700 – 1.600 Hz) dal generatore a magneti permanenti a due poli solidale all’albero di rotazione. Successivamente, vie- ne prima rettificata in corrente continua e poi convertita in corrente alternata a 400 V, 50 Hz da un sistema di conversione statica dell’energia. Non è quindi presente un sistema di riduzione meccanica della velocità di rota- zione dell’albero tra turbina e generatore. La generazione
Cuscinetti ad aria
elettrica inizia a una velocità di rotazione pari a 40.000 giri/min (700 Hz), poi, all’aumentare della potenza elettri- ca generata, la velocità di rotazione dell’albero aumenta a sua volta fino ad un massimo di 96.000 giri/min (1.600 Hz) in corrispondenza dei valori nominali di potenza elet- trica prodotta (30 o 65 kW a seconda del modello). I gas di scarico della turbina, dopo aver ceduto calore all’aria comburente all’interno del rigeneratore anulare, possie- dono ancora una temperatura sufficientemente elevata a garantire un ottimo recupero di calore e quindi la mas- simizzazione della produzione di vettori termici pregiati. Allo scopo i cogeneratori sono dotati di una batteria di recupero termico fumi/acqua integrata nel package. La batteria è collegata alla microturbina attraverso un con- dotto fumi provvisto di by-pass comandato da valvola di diverter motorizzata. Il funzionamento del dispositivo di by-pass fumi è gestito dalla logica di controllo del co- generatore in funzione delle necessità. Si possono avere la priorità termica in cui il cogeneratore “insegue” la do- manda di calore modulando di conseguenza la produzio- ne di energia elettrica, oppure la priorità elettrica in cui il cogeneratore “insegue” la domanda di energia elettrica modulando di conseguenza la produzione di calore. Questo sistema sarebbe in grado, quindi, di assicurare a una base aerea il suo fabbisogno di energia elettrica e in più, grazie a un frigorifero ad assorbimento, trasformare il vettore termico ottenuto gratuitamente come scarto della produzione energetica primaria, in energia frigorifera per alimentare, per esempio, anche l’impianto di condiziona- mento estivo. Il tutto nel pieno rispetto dell’ambiente per- ché le turbine a gas oil-fee garantiscono le emissioni più basse di tutti i sistemi di cogenerazione: NOx < 18mg/ Nmc CO < 50 mg/Nmc, contribuendo a far risparmiare, oltre il 30% di energia primaria, anche migliaia di tonnel- late di CO2.
L’arrivo sul mercato del package per usi civili è previsto nei primi mesi del 2016, mentre quello per usi militari, che è in fase di test a causa della più alta temperatura di iniezione, dovrebbe essere commercializzato entro la fine del 2016.
Tra gli altri impieghi già di uso comune della tecnologia con turbina a gas oil-free, troviamo applicazioni che assi- curano la massima efficienza energetica in specifici set- tori in sei taglie modulabili di potenza elettrica prodotta: C30, C65, C200, C600, C800 e C1000 (in kWe) funzio- nanti sia con combustibili fossili che da fonte rinnovabile:
1. industrie che hanno bisogno di vettori termici quali
vapore per il loro processo produttivo (per es. food & beverage, tessile, farmaceutico, cartario, processi di essicamento come ad esempio granulati, cementifici, ecc.);
2. settore hospitality (hotel, piscine, ospedali, case di cura, ecc.) che ha bisogno di carichi di potenza diversi nell’arco della giornata o delle stagioni;
3. trattamento delle acque reflue alimentati da biogas contenente basse percentuali di metano.
La turbina a gas oil-free funzionante con combustibili avio di scarto si prospetta quindi come un’applicazione che potrebbe aprire la strada a nuovi scenari, soprattutto se anche i legislatori europei raccoglieranno il diktat di Oba- ma di eliminare il 32% delle emissioni di CO2 negli USA, rispetto al 2005, entro il 2030.
TECNOLOGIE & INIZIATIVE
3/2015 17