P RODUZIONE DI ENERGIA NELLO STABILIMENTO

14.2.1 Impianti di produzione di energia elettrica e termica

La centrale di cogenerazione utilizza il gas di cokeria depurato prodotto dagli impianti di distillazione del carbone fossile, eccedente al fabbisogno delle utenze di cokeria. La centrale è costituita da un impianto a ciclo combinato per la produzione di:

• energia elettrica, ceduta totalmente alla rete di trasmissione nazionale,

• vapore a 14 bar, sfruttando il calore sensibile dei fumi di scarico dei motori endotermici.

Ogni singolo gruppo elettrogeno è costituito da:

✔ motore endotermico a quattro tempi, alimentato a gas di cokeria a regime e a metano in fase di avviamento e di fermata (per ragioni di sicurezza), con sistema di sovralimentazione della miscela e intercooler, impianti ausiliari (accensione, lubrificazione, raffreddamento, ecc.)

✔ generatore sincrono trifase autoeccitato completo di protezioni, ed i seguenti impianti:

• sistemi di alimentazione del gas combustibile e del gas naturale,

• impianto di avviamento ad aria compressa,

• quadri di comando e di controllo (TEM).

Ogni gruppo elettrogeno è abbinato a un generatore per la produzione di vapore surriscaldato, a tubi di fumo, con relative pompe di alimentazione, accessori, condotte di scarico fumi. L’impianto è completato dai sistemi di refrigerazione dei fluidi (acqua di raffreddamento e olio), dagli impianti di filtrazione dell’aria comburente e dai serbatoi di stoccaggio dell’olio lubrificante. Siccome la quantità di vapore prodotta dai generatori a recupero eccede la necessità dello stabilimento, il ciclo a vapore è equipaggiato con una turbina a condensazione completa di generatore, per la produzione di energia elettrica. La turbina è installata nell’adiacente locale del fabbricato centrale termica di stabilimento, entro cui trova locazione anche il sistema di recupero delle condense e il sistema di alimento dell’acqua demineralizzata al ciclo termico. I gruppi, funzionanti in parallelo con la rete ENEL a 132 kV sono in grado di erogare una potenza elettrica, al netto dei servizi ausiliari di centrale, pari a 18,2 MWe.

Il collegamento alla rete ENEL avviene, mediante linea dedicata, previa trasformazione alla tensione di 132 kV in apposita sottostazione.

L'energia elettrica è generata da 8 alternatori a media tensione (6,3 kV) collegati ai motori endotermici ed uno a bassa tensione (0,4 kV) collegato alla turbina a vapore.

L’impianto di cogenerazione è equipaggiato con un gruppo elettrogeno, utilizzato per l’alimentazione degli ausiliari di centrale prima dell’avvio di questa e in caso di mancanza di rete.

L’alimentazione della macchina è a gasolio. L'emissione è designata con la sigla M13.

L'impianto di autoproduzione energia elettrica comprende anch'esso un motore endotermico ad accensione comandata con relativo generatore, e una caldaia a recupero; viene utilizzato il gas di cokeria in eccesso rispetto ai consumi della cokeria e della centrale di cogenerazione. Viene impiegato un gruppo elettrogeno costituito da un motore endotermico ad accensione comandata accoppiato ad un generatore elettrico, funzionante in parallelo con la rete interna di stabilimento a 6 kV.

Il motore (potenza elettrica resa circa 3 MW, maggiorata rispetto a quelli di centrale) è alimentato a gas di cokeria; è prevista, per motivi di sicurezza durante gli avviamenti e le fermate, l'alimentazione con gas naturale, che, se opportuno, può essere impiegato anche per integrare il fabbisogno dell'impianto, in caso di insufficiente disponibilità di gas di cokeria, sino al 5%

(massimo) della portata di alimentazione totale.

I fumi di scarico del motore vengono sfruttati come sorgente termica in un generatore a recupero che produce vapore surriscaldato a 14 bar per gli usi di stabilimento. Il sistema di alimento dell’acqua demineralizzata al ciclo termico è comune agli altri impianti di produzione vapore.

Come per la centrale di cogenerazione l’impianto è completato dalle installazioni ausiliarie (cicli di refrigerazione dei fluidi e impianti di filtrazione aria). Gli impianti che producono energia destinata alla rete (motori con i relativi accessori e generatori di vapore a recupero) sono installati in un apposito fabbricato in cemento armato (Centrale di Cogenerazione). Nel fabbricato Centrale Termica, che già ospitava gli impianti di demineralizzazione dell’acqua e il generatore di vapore di stabilimento ad olio diatermico, sono stati installati il gruppo turbina-condensatore e il più recente impianto di autoproduzione elettrica (motore e caldaia a recupero). Gli impianti principali delle due sezioni della cogenerazione sono:

• n. 8 motori a gas di cokeria, a ciclo Otto, accoppiati ad alternatori, per una potenza elettrica installata pari a 20,9 MWe;

• n. 8 generatori di vapore surriscaldato (a 14 bar e 340° C) che recuperano l'energia termica dei gas di scarico dei motogeneratori;

• n. 1 turbina a condensazione completa di generatore e condensatore, per una potenza installata pari a 1,024 MWe;

• n. 1 motore a gas di cokeria (n° 9), a ciclo Otto, accoppiato ad alternatore, per una potenza elettrica installata pari a 3 MWe;

• n. 1 generatore di vapore surriscaldato (a 14 bar e 340° C) che recupera l'energia termica dei gas di scarico del motogeneratore n° 9;

• n. 1 impianto per la refrigerazione forzata dell’acqua di raffreddamento (balke);

• impianti di raffreddamento dell’acqua, di ventilazione delle sale motori, circuito olio con serbatoi di stoccaggio, sistema gas di scarico con catalizzatori per la post-ossidazione dei fumi di combustione, sistema di monitoraggio e supervisione motori e impianti ausiliari.

14.2.2 Dati sulla produzione e utilizzo di energia

La centrale di cogenerazione è stata progettata per una produzione netta (dedotti i consumi degli ausiliari) di energia elettrica per una potenza pari a 18,2 MW (8 motori + turbina). La potenza elettrica installata è di 20,9 MW per i motori e circa 1 MW per la turbina. La producibilità di vapore a 14 bar e 340°C è di 14,4 t/h (8 caldaie) di cui la turbina a vapore può consumare alla potenza nominale circa 7,5 t/h (circa 7 t/h sarebbero quindi a disposizione dello stabilimento). L’impianto di autoproduzione genera, al lordo degli ausiliari, circa 3 MW di potenza elettrica e 2,2 t/h di vapore a 14 bar e 340 °C. Con riferimento alla produzione dell’esercizio 2003, la centrale di cogenerazione ha erogato una potenza elettrica netta media di 17,5 MW, mentre l’impianto di produzione ha generato, sempre in media, 2,2 MW.

Sempre su media annuale, per gli usi tecnologici dello stabilimento sono state cedute circa 4,8 t/h di vapore.

Sulla base dei dati raccolti dalla consuntivazione dei bilanci energetici su base annuale si è consolidata pertanto l'opportunità di un miglior sfruttamento del gas di cokeria in modo da

ottimizzare la produzione energetica. Italiana Coke ha già svolto a riguardo un'analisi mirata che ha condotto all'installazione nel 2002 del gruppo di autoproduzione sopra descritto.

Alla luce dei successivi consuntivi di esercizio con l'obiettivo di ottimizzare ulteriormente il bilancio energetico complessivo è stato avviato e completato uno studio che, tenendo conto delle disponibilità residue di gas di cokeria, con la modifica della tecnologia applicata ai motori della centrale di cogenerazione (quindi senza ricorrere all'installazione di nuove unità di produzione) consentirà di aumentare ulteriormente lo sfruttamento delle risorse energetiche offerte dal processo.

Il motore 9, macchina di seconda generazione, grazie all'applicazione del ciclo Miller in sostituzione del ciclo Otto, ha permesso di aumentare la produzione di energia elettrica del 17% a parità di impianto (il ciclo Miller si differenzia sostanzialmente dal ciclo Otto per i parametri di immissione del combustibile in camera di scoppio, in particolare si differenzia per il diverso timing dell'accensione modificando gli angoli di anticipo in fase di aspirazione con conseguente minimizzazione delle interferenze tra fase di aspirazione e fase di scarico).

L'analisi dei dati della produzione elettrica degli ultimi cinque anni hanno dimostrato che l'eccedenza di gascoke (combusto nella torcia generale di stabilimento) deriva principalmente dalle fermate di ogni singola unità di produzione di energia elettrica per la fisiologica instabilità della combustione dell'idrogeno contenuto nel gas di cokeria.

Di contro l'analisi dei dati di funzionamento consolidati sul motore 9 (gruppo di autoproduzione) hanno evidenziato una maggiore affidabilità grazie all'adozione del ciclo Miller.

Con l'obiettivo di incrementare la capacità produttiva dell'impianto e conseguentemente la minimizzazione della quantità di gas di cokeria immessa nella candela generale di stabilimento è stato messo a punto ed avviato un progetto di miglioramento dello sfruttamento delle risorse energetiche dello stabilimento attraverso due azioni combinate:

•sostituzione di n. 4 gruppi motore con incremento della potenza installata da 2,6 a 3 MW per ciascun motogeneratore;

•aggiornamento tecnologico degli altri 4 motogeneratori con adozione del ciclo Miller mantenendo l'incastellatura esistente, che prevede la modifica degli organi di distribuzione meccanica e l'inserimento dei nuovi turbocompressori. La pianificazione di questa attività prevede il suo completamento entro il 30 giugno 2010 (l'attività su ogni singolo gruppo viene eseguita nel corso delle prossime manutenzioni straordinarie secondo la cadenza stabilita dal costruttore delle macchine).

La sostituzione dei nuovi 4 gruppi motore ha avuto inizio con l'acquisto della prima macchina il cui avviamento è pianificato entro il 31 luglio 2009 e la previsione indica un completamento dell'attività entro il 31 dicembre 2010.

In virtù degli interventi sulle macchine della centrale termoelettrica si incrementerà la potenza complessiva installata e conseguentemente aumenterà il consumo del gas di cokeria con un incremento del 5,5% rispetto al valore nominale dell'impianto nelle condizioni originali.. Inoltre la maggiore stabilità dei parametri di combustione potrà consentire un miglioramento dell'affidabilità impiantistica corrispondente ad un aumento di consumo della risorsa energetica disponibile di un ulteriore 7%. Previsionalmente la somma degli effetti positivi introdotti dalle modifiche potrà permettere agli impianti di produzione elettrica di utilizzare + 12,5% dell'energia disponibile, minimizzando nel contempo la quantità di gas inviato alla torcia generale.

E' prevedibile che l'intervento sarà in grado di limitare i quantitativi i quantitativi di gas non utilizzato alle sole situazioni fisiologiche di intervento della torcia generale di rete (quale dispositivo di sicurezza per il circuito gas di stabilimento), nonché ovviamente alle fermate programmate o di emergenza.

14.3 Prelievo di energia dall’esterno e gruppi di emergenza