Studio di un sistema ibrido per la valorizzazione energetica dei rifiuti

La presente memoria descrive uno studio termodinamico relativo ad un sistema energetico “ibrido”, alimentato con più combustibili, eventualmente in parte rinnovabili, ottenuto integrando un sistema di combustione di rifiuti (Waste-To-Energy: WTE) ed una turbina a gas (TG) in un particolare assetto di ciclo combinato gas/vapore. Il turbogas è il topper, alimentato da gas naturale, mentre l’impianto WTE, operante come bottomer, è alimentato da rifiuti, che possono contenere una frazione organica. L’indagine, che riveste un carattere generale, è nata da un incarico che l’Università ha ricevuto da Hera SPA, che ha intenzione di realizzare questa tipologia di impianto e vuole ottimizzare l’abbinamento WTE/TG per massimizzare il rendimento di generazione elettrica. L’integrazione investigata si realizza attraverso la condivisione del circuito di acqua/vapore del ciclo combinato: in sintesi, la combustione dei rifiuti produce nel WTE vapore saturo, inviato poi alla caldaia a recupero (HRSG), dove i gas di scarico del TG incrementano la temperatura del vapore. Il vapore surriscaldato così prodotto alimenta un’unica turbina a vapore, che genera potenza elettrica grazie al contributo termico di entrambe le sezioni (HRSG e WTE). Tra i potenziali vantaggi di tale integrazione, rispetto a un convenzionale WTE, uno dei più importanti è la possibilità di aumentare la temperatura massima del ciclo a vapore a seguito del trasferimento dal WTE all’interno dell’HRSG del surriscaldatore, il componente più problematico per ciò che riguarda i fenomeni di corrosione ad elevate temperature. Al fine di dimensionare in modo ottimale il sistema integrato è di primaria importanza la comprensione delle logiche che regolano la produzione del vapore. Partendo da una semplice configurazione con circuito del vapore ad un livello di pressione, si è svolta un’analisi termodinamica per valutare la portata di vapore generata in funzione delle potenze introdotte. Viene inoltre presentata un'analisi dell’effetto dei parametri termodinamici sulla portata di vapore. La memoria fornisce indicazioni sul dimensionamento ottimale del sistema integrato, in termini di rapporto tra le potenze termiche in ingresso. Gli obiettivi principali dello studio termodinamico sono: massimizzare la generazione di vapore e minimizzare la temperatura in uscita dall’HRSG, onde sfruttare al meglio entrambi gli input energetici, valorizzando anche eventuali frazioni rinnovabili.