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Centrale Termica: Definizione

Una centrale termica è un impianto energetico che ha lo scopo di generare calore bruciando del combustibile: può essere a metano, a gasolio, oppure come nel caso che riporteremo di seguito progettato da SMEA Engineering, a biomassa (ad esempio il cippato).

Il calore generato viene trasmesso a delle condutture dell’acqua, e da qui se ne può fare l’utilizzo desiderato, come riscaldare abitazioni, uffici (si parla in questo caso di teleriscaldamento), o impiegarlo per necessità industriali (è proprio questo il nostro ambito, e proporremo adesso come esempio proprio questo tipo di applicazione).

Il funzionamento quindi è molto simile a quello utilizzato dalle note caldaie condominiali, cambiano però le potenze in gioco, l’ambito di utilizzo, e soprattutto in questo caso il combustibile, che è considerato una vera e propria fonte rinnovabile.

Centrali a biomassa: funzionamento (torna su)

Per descrivere il funzionamento di una centrale termica a biomassa utilizziamo un esempio pratico realmente realizzato e frutto della progettazione di impianti industriali SMEA Engineering, esaminando la risposta alla necessità di uno dei nostri clienti di generare calore per l’essiccazione del tabacco non più utilizzando combustibili fossili ma passando al rinnovabile, nello specifico al cippato.
È bene fare quindi prima una panoramica della situazione, e poi entrare nel dettaglio del funzionamento della centrale termica a biomassa.

Prima dell’operazione, ogni forno per l’essiccazione del tabacco era dotato di un bruciatore alimentato a gasolio e di una batteria di scambio aria/fumi. I fumi caldi riscaldavano l’aria in ingresso ai forni che va ad essiccare il tabacco, tramite uno scambiatore fumi/aria.

In questa configurazione si aveva una rete di distribuzione del gasolio che dal serbatoio portava il combustibile ad ogni forno di essiccazione. Ogni forno era infatti dotato del proprio bruciatore a gasolio.
Il cliente come anticipato decide di passare a fonti combustibili di tipo rinnovabile, facendo ricadere la propria scelta sul cippato. Inizia dunque la progettazione di impianti termici a biomassa e la successiva implementazione.

Si decide in sede di progetto dell’impianto termico di smontare i bruciatori a gasolio su ogni forno, smantellare la linea del gasolio, e sostituire la batteria di scambio con un’altra dotata di scambiatore acqua aria. Infatti nello stato post operam l’aria che va ad essiccare il tabacco deve esser riscaldata grazie all’acqua calda che proviene dalle nuove caldaie a biomasse.

La centrale termica a biomassa è costituita da 2 generatori di calore e viene alimentata con biomassa vegetale solida avente un’umidità massima del 40 % in peso e una pezzatura non superiore ai 3 cm.
Le caldaie sono dotate di sistemi di caricamento indipendenti ed autonomi che garantiranno un’autonomia di almeno 24 h.

È possibile modulare la potenza resa all’interno di un range che va da 5 a 100. I generatori di vapore operano in depressione costante sia in camera di combustione sia nei condotti fumi. Le caldaie sono dotate di sistemi di estrazione ceneri dalla camera di combustione primaria tramite coclee; esse sono installate per rendere facili e sicure le operazioni di pulizia della camera di combustione, dello scambiatore fumi/acqua e dal trattamento fumi.

Per far fronte ad eventuali imprevisti sulle caldaie a biomasse, viene per sicurezza montata una caldaia di emergenza alimentata a gasolio. La caldaia si attiva solo in caso di blocco delle caldaie a biomassa.
Ogni singolo generatore è dotato di tutti i sistemi di sicurezza previsti dalla normativa vigente.

L’impianto termico è corredato di un’idonea stazione di sollevamento acqua verso la rete di teleriscaldamento, tale sistema è progettato per garantire un approvvigionamento alla rete proporzionale alla richiesta di calore. La regolazione di portata delle pompe avviene tramite inverter, e il tutto funziona in modo completamente automatico tramite il PLC che rileva il numero di essiccatoi operativi e le loro singole necessità termiche. Ogni pompa è dotata di avviamento graduale per la preservazione degli organi meccanici e per evitare eventuali colpi d’ariete.

La centrale ha inoltre contabilizzatori di calore in grado di registrare l’energia termica prodotta e distribuita all’impianto.

Per evitare che il guasto di un singolo essiccatoio pregiudichi il corretto funzionamento dell’impianto termico, quest’ultimo è dotato di valvole di ritegno e di intercettazione nonché di tutta la strumentazione necessaria per un corretto monitoraggio. Tutti i componenti utilizzati sono conformi alla norma CE.

La rete di teleriscaldamento è progettata per alimentare l’intero centro di essiccazione seguendo un preciso schema che viene fornito alla ditta. Le tubazioni sono implementate in acciaio inox in modo da non avere problemi di corrosione e sono coibentate con materiale idoneo in grado di sopportare le temperature di progetto dell’impianto, venendo poi rivestite in lamierino di alluminio al fine di preservarne lo stato. La staffatura delle stesse (anch’essa in inox), è progettata al fine di sostenere il carico e garantirne la corretta dilatazione. Il piping viene realizzato in modo da consentire un accesso agevole alla centrale termica e all’interno dello stabilimento di essiccazione consentendo di condurre adeguatamente gli eventuali interventi di manutenzione dei componenti installati.

Per quanto riguarda i forni d’essiccamento, ognuno di essi è composto da una batteria di scambio termico ad alto coefficiente di scambio e minima resistenza al passaggio dell’aria di processo. La rete è progettata per la distribuzione omogenea dell’acqua all’interno delle varie batterie di scambio. Ogni singolo forno è dotato di valvole modulanti per il comando dell’acqua e dell’aria, e queste sono dotate di riferimento potenziometrico al fine di interfacciarsi correttamente con il PLC. Esse garantiscono un range di modulazione 0 – 100 con temperatura dell’acqua in ingresso pari a 110 °C.

Ogni singolo forno è inoltre dotato di quadro elettrico indipendente al fine di garantirne il funzionamento anche in condizioni di anomalia del sistema di telegestione e telecontrollo, ognuno a sua volta dotato di sonde di temperatura in grado di controllare la mandata e il ritorno del forno, sonde di umidità per controllare il tenore di acqua presente all’interno, oltre che tutti i sistemi di comando, regolazione e controllo di tutti i componenti elettrici presenti nel forno quali motore ventilatore, valvola acqua e valvola aria.

Ogni quadro ha al suo interno un PLC autonomo in grado di garantire la cura in automatico del forno anche in assenza di collegamento al PLC centrale, ed è dotato di sistema di funzionamento manuale in caso di anomalia del sistema automatico o di qualsiasi componente quali sonde o servomotori.
Alla fine dei lavori dunque, si ha a disposizione una impianto dove l’aria responsabile dell’essicazione del tabacco è ora riscaldata da acqua calda andata in temperatura grazie a una caldaia riconvertita a energia rinnovabile, che può ora godere anche dei certificati bianchi.

Progettazione Impianti Termici: vantaggi (torna su)

I vantaggi rappresentati dalla progettazione di impianti termici a biomassa e dal loro utilizzo, specialmente nel caso sopra citato, sono numerosi:

• alimentazione delle caldaie con fonti rinnovabili;
• presenza di una sola centrale termica centralizzata invece di una centrale per ogni forno;
• è più semplice la gestione della sicurezza e la pratica di prevenzione incendi;
• distribuzione ai singoli forni di acqua calda invece che di combustibile per alimentare i singoli bruciatori;
• presenza di un efficace sistema di trattamento fumi;
• risparmio energetico conseguente alla modulazione tramite inverter e servomotori dell’acqua ai forni;
• migliore qualità del prodotto;
• maggior quantità di prodotto essiccato correttamente grazie al monitoraggio continuo di numerosi parametri sia della centrale termica sia dei forni;
• risparmio economico;
• contenimento delle emissioni in particolare del CO e dell’NOx grazie all’utilizzo di una camera di combustione di ampie dimensioni e con un’idonea distribuzione dell’aria e del ricircolo fumi;
• elevate efficienze termiche, con raggiungimento di temperature dei fumi in uscita dal generatore di calore inferiori ai 220 °C;
• ottemperanza dei limiti di legge (D.Lgs. 152/2006) per tutti gli inquinanti presenti (polveri, CO, NOx);
• alto grado di affidabilità dell’impianto mediante realizzazione di ridondanze per i componenti strategici, per rendere l’impianto efficiente anche in caso di guasto o manutenzione;
• riduzione dei fenomeni di imbrattatura del generatore di calore grazie ad un efficiente sistema di pulizia delle ceneri;
• agevoli interventi ispettivi e manutentivi, grazie alla facile accessibilità di tutte le apparecchiature;
• continuità e sicurezza di funzionamento grazie all’impiego di adeguato sistema di automazione (PLC);
• reattività dell’impianto, in caso di mancanza di energia elettrica o fermo: il PLC permette ai forni di adattarsi a temporanee mancanze di potenza termica portandosi in una fase operativa di sicurezza per poi tornare operativi al ripristino delle condizioni di normalità.

Progettazione Impianti Termici: incentivi (torna su)

Lo Stato italiano premia questo tipo di impianti con i Certificati Bianchi, anche conosciuti come TEE (titoli di efficienza energetica). Uno di essi corrisponde a un TEP, ovvero una tonnellata equivalente di petrolio risparmiata utilizzando fonti alternative.

Gli enti distributori di energia e gas, sono obbligati per legge a produrre con adeguati progetti, un certo numero di certificati bianchi. Se non ci riescono, o se lo ritengono opportuno, possono alternativamente acquistare dei TEE da aziende che li generano sull’apposito mercato organizzato dal GME.

La normativa in materia è regolata attualmente dal decreto 28 dicembre 2012: esso ratifica qual è l’ammontare di risparmio energetico da conseguire per gli enti distributori di elettricità.
La certificazione dei suddetti TEE è affidata al GSE, che si occupa anche della gestione e della valutazione della progettazione di impianti termici e centrali a biomassa.