ORC significa Organic Rankine cycle. Il ciclo Rankine è un ciclo termodinamico che converte il calore in lavoro. Il calore viene fornito esternamente a un circuito chiuso, che di solito usa l'acqua come fluido di lavoro.
Il ciclo Rankine che utilizza acuqa come fluido di lavoro fornisce circa l'85% della produzione mondiale di energia elettrica.
Il ciclo può essere:
* "aperto", con scarico di vapore in atmosfera (come avveniva nelle vecchie locomotive a vapore che dovevano trasportare oltre al carbone, l'acqua)
* "chiuso", come nel caso delle centrali termoelettriche, anche a ciclo combinato. È possibile sfruttare il calore residuo della condensazione del vapore trasportandolo attraverso una rete di teleriscaldamento.
Il Ciclo Rankine Organico è oggi una ben nota e diffusa forma di produzione di energia, soprattutto nei campi della biomassa e della geotermia e se ne prevede un vasto impiego anche negli ambiti dell'energia solare e del recupero di calore. E'un metodo efficiente, pulito e affidabile di produrre energia.
LA TECNOLOGIA ORC
E' una tecnologia nata per produrre energia elettrica attraverso il recupero del calore disperso dai fumi e dall'acqua di raffreddamento di un ciclo industriale o di un motore.
Nel nostro caso il motore è un motore a Biogas o a gas metano.
In questo modo, grazie alla tecnologia ORC, un impianto di cogenerazione è in grado di ottimizzare tutta l'energia termica prodotta recuperando anche quella normalmente non utilizzata dai gas di scarica e dall'acqua di raffreddamento del motore.
L'ORC si configura sostanzialmente come una tecnologia appositamente studiata per fonti di calore a medio-basse temperature e quindi in grado di produrre elettricità a tali condizioni.
PERCHE' UTILIZZARE LA TECNOLOGIA ORC
La tecnologia ORC consente di aumentare in maniera determinante l’efficienza dell’apparato di cogenerazione attraverso il recupero del calore normalmente non utilizzato.
Con le tecnologie attualmente disponibili si è in grado di aumentare il rendimento elettrico di circa il 10%: ciò significa avere la possibilità di produrre circa il 10% di energia elettrica in più a parità di consumi o di ridurre di circa il 10% i consumi a parità di energia elettrica prodotta.
La macchina Clean Cycle 125 della General Electric può essere utilizzata in parallelo con altre unità: la tecnologia messa a punto consente una sincronizzazione molto precisa con l’utenza adattando il segnale in uscita senza componenti aggiuntive.
La tecnologia di Clean Cycle è unica nel panorama dei cicli Rankine organici: i supporti a levitazione magnetica di cui è dotato eliminano gli attriti, ne aumentano l’efficienza e ne riducono drasticamente le necessità di manutenzione.
GLI ORC APPLICATI DA ASTRIM
Gli ORC utilizzati negli impianti gestiti da ASTRIM spa sono macchine Clean cycle 125 della General Eletric. Sono costituiti principalmente da:
• scambiatore fumi/acqua surriscaldata
• unita ORC da 125 kW nominali opportunamente containerizzata
• scambiatore acqua pressurizzata/fluido organico (evaporatore)
• scambiatore acqua di raffreddamento motore/fluido organinco (preriscaldatore)
• scambiatore fluido organico/acqua (condensatore)
• torre evaporativa
• PC di supervisione con controllo remoto
• Equipaggiamenti elettrici.
Grazie alle caratteristiche fisiche e termodinamiche del fluido organico, non è richiesto il surriscaldamento e non vi è rischio di condensazione in turbina.
IL PROCESSO.
Il ciclo ORC si basa su un ciclo TERMODINAMICO.
I fumi caldi sono inviati verso uno scambiatore di calore tra i fumi stessi e l’olio diatermico o acqua, quest’ultimo viene poi inviato all'evaporatore.
Il fluido motore liquido (fluido organico) viene prelevato dal serbatoio di accumulo, pompato alla pressione di esercizio e inviato, attraverso il recuperatore, verso l'evaporatore.
Dopo essere stato vaporizzato, i vapori del fluido motore vengono espansi attraverso una turbina, parzialmente raffreddati nel recuperatore e inviati ad un eventuale scambiatore di calore con l'impianto termico quindi interamente condensati nel condensatore evaporativo.
Il fluido motore raffreddato viene pompato di nuovo verso lo scambiatore, chiudendo il ciclo.
LE CARATTERISTICHE TECNICHE DELLA MACCHINA ORC Clean Cycle 125
La macchina Clean Cycle 125 della General Electric è prodotta in formato standard da 125 kW (lordi) e può essere utilizzata in parallelo con altre unità per aumentare la potenza del sistema.
Questa macchina, per funzionare, ha bisogno semplicemente di calore trasmesso da un fluido, acqua surriscaldata o olio diatermico, ad una temperatura minima di 121°C.
La tecnologia di Clean Cycle è unica, nel panorama dei cicli Rankine organici, perché utilizza un generatore a magneti permanenti ad alta velocità, frutto della tecnologia della Calnetix, costruttore leader di motori e generatori con questa tecnologia.
La tensione prodotta ad alta frequenza (500Hz) viene raddrizzata e poi riconvertita in alternata mediante un inverter con transistor di potenza IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). Questa tecnologia è stata da tempo perfezionata per sistemi di potenza similari come Microturbine, Celle a combustibile e UPS.
Essa permette inoltre una sincronizzazione molto precisa con l’utenza, prelevando da questa il segnale di tensione e di frequenza e adattandosi ad essi modellando il segnale di uscita senza componenti aggiuntivi.
Inoltre il gruppo turbina-alternatore del Clean Cycle 125 è dotato di supporti a levitazione magnetica controllati in corrente, il che, eliminando gli attriti, aumenta l’efficienza della macchina riducendone drasticamente la necessità di manutenzione.
Tutto questo fa si che l’efficienza elettrica della macchina sia molto elevata, con riferimento alle massime ottenibili (ciclo di Carnot) con le stesse temperature di funzionamento.
Il sistema di alimentazione del generatore Calnetix WHG125 prevede l'utilizzo di 2 circuiti, il primo (BT) preleva il calore dall'acqua di raffreddamento del gruppo elettrogeno ed il secondo (AT) preleva il calore disponibile nei fumi.
Nel caso in cui il CALNETIX WHG125 sia applicato in abbinamento ad un motore Jenbacher J320, potrà disporre di calore complessivamente recuperato sarà pari a circa 700-750 kW.
La produzione elettrica lorda dell'unità Calnetix sarà quindi pari a circa a 80-90 kW.
ATTENZIONE: la produzione elettrica è comunque sempre funzione anche delle condizioni ambientali (temperatura e umidità.
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