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IGCC

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IGCC: UNA DEFINIZIONE

L'acronimo IGCC sta per Integrated Gasification Combined Cycle, cioè, ciclo combinatociclo combinato
Si parla di ciclo combinato quando i gas di scarico in uscita da una turbina a gas vengono impiegati come sorgente di calore per un ciclo a vapore, essendo a temperatura molto alta (circa 600°C). Si tratta in pratica di far funzionare in cascata una turbina a gas e un impianto a vapore, ottimizzando in questo modo il recupero delle 'potenzialità energetiche' dei gas di scarico (la conversione in energia meccanica è tanto più efficiente quanto più i di scarico sono caldi).
con gassificazione integrata. Questo significa che a monte di un ciclo combinato vi è una sezione dell'impianto dove viene svolto un processo di gassificazione.

La turbina a gasturbina a gas
In senso stretto il termine turbina a gas indica la macchina in cui avviene l'espansione dei fumi derivanti dalla combustione di gas naturale. Essa è costituita da un compressore che comprime l' aria comburente, un combustore dove avviene la reazione chimica di combustione vera e propria ed un turbo espansore che è l'organo da cui si ricava lavoro utile. In senso più ampio, invece, il termine turbina a gas identifica l'intero impianto motore per la produzione di energia elettrica.
 è un impianto che necessita di un combustibile 'pulito' per funzionare: i gas combusti che si espandono al suo interno non devono risultare fisicamente e chimicamente 'aggressivi' per non causare fenomeni di corrosione e sporcamento dei delicati organi interni della macchina stessa (palettatura, condotti...).

La turbina gas, quindi, non consente l'utilizzo diretto di combustibili di basso pregio, come il carbonecarbone
Il carbone è una roccia sedimentaria composta prevalentemente da carbonio, idrogeno e ossigeno. La sua origine, risalente a circa 300 milioni di anni fa, deriva dal deposito e dalla stratificazione di vegetali preistorici originariamente accumulatisi nelle paludi. Questo materiale organico nel corso delle ere geologiche ha subito delle trasformazioni chimico-fisiche sotto alte temperature e pressioni. Attraverso il lungo processo di carbonizzazione questo fossile può evolvere dallo stato di torba a quello di antracite, assumendo differenti caratteristiche che ne determinano il campo d'impiego.
I carboni di formazione relativamente più recente (ovvero di basso rango) sono caratterizzati da un'elevata umidità e da un minore contenuto di carbonio, quindi sono 'energeticamente' più poveri, mentre quelli di rango più elevato hanno al contrario umidità minore e maggiore contenuto di carbonio.
o i residui di raffineria. Una soluzione per superare a questo limite è quella di ricorrere ad un passaggio intermedio, la gassificazione appunto, che permette di convertire il combustibile di partenza in un gas di sintesi pulito e ben accettato dalla turbina a gas.

LA GASSIFICAZIONE

La gassificazione è un processo utilizzato a livello industriale da molto tempo (i primi sistemi risalgono addirittura alla prima metà dell' '800), tutt'oggi oggetto di continui miglioramenti. Essa consiste nella trasformazione di un combustibile solido o liquido in un gas combustibile (syngas), ricco di elementi incombusti (CO e H2), a seguito di complesse reazioni chimiche di 'ossidazione parziale'. Questo significa che si 'blocca' il processo a metà tra la fase di pirolisipirolisi
Processo di conversione termica di combustibili solidi in assenza (o ridotto tenore) di aria che avviene tra i 400-800 °C. I prodotti derivanti dalla pirolisi possono essere in fasi differenti ( cioè possono essere solidi, liquidi o gassosi) a seconda della temperatura raggiunta e dei tempi di residenza nel reattore.
(rottura dei legami chimici ad alta temperatura in assenza di ossigeno) e quella di combustionecombustione
Processo chimico esotermico (ovvero che comporta sviluppo di calore) in cui il combustibile si combina con l'ossigeno presente nell'aria oppure appositamente separato (comburente). La reazione di combustione avviene previo innesco localizzato (accensione).
.

Possiamo immaginare il gassificatore, cioè il reattore sotto pressione dove avviene il processo di gassificazione, come un componente che prevede 3 flussi in ingresso:

  1. combustibile (se solido, viene polverizzato e alimentato nel reattore)
  2. ossidante, cioè ossigeno puro al 95 % prodotto in un impianto di separazione dell'aria
  3. acqua o vapore, per moderare la temperatura e per apportare idrogenoidrogeno
    Primo elemento della tavola periodica, presente sulla Terra in forma combinata, soprattutto nell'acqua e nei composti organici. Esso è costituito da 3 isotopi: prozio (cioè l'idrogeno propriamente detto) per più del 99.9 %, il deuterio e il trizio. La forma molecolare dell'idrogeno (H2) dà origine ad un gas inodore, incolore, altamente infiammabile e molto più leggero dell'aria (ecco perché lo si trova in bassissime concentrazioni in atmosfera).

 e 2 flussi in uscita:

  1. syngas grezzo ad una temperatura di oltre 1300 °C
  2. cenericeneri
    Materiale di natura inorganica che rappresenta il residuo della combustione del carbone.
    .

LA SEZIONE DI POTENZA

La sezione di potenza, in linea di principio consiste essenzialmente in un ciclo combinato, come quelli alimentati a gas naturalegas naturale
Idrocarburo che ha un'origine simile al petrolio, che si forma a partire dalla decomposizione anaerobica (cioè in assenza di ossigeno (O2) di microorganismi, attraverso processi biologici avvenuti nel corso delle ere geologiche. La composizione del gas naturale varia notevolmente a seconda del sito di formazione, ma in genere presenta un'alta percentuale di metano (dal 70 al 95 %), anidride carbonica (CO2CO2
Gas inodore, incolore e non infiammabile, la cui molecola è formato da un atomo di carbonio legato a due atomi di ossigeno. È uno dei gas più abbondanti nell'atmosfera, fondamentale nei processi vitali delle piante e degli animali (fotosintesi e respirazione).

), azoto (N2) e idrogeno solforato (H2S).
, con un apporto aggiuntivo di vapore ricavato dal recupero termico del syngas, che sarà fatto espandere nella turbina a vaporeturbina a vapore
La turbina è il componente di una centrale termoelettrica dove l'energia termodinamica del vapore viene convertita in lavoro meccanico. Il vapore, infatti, esercita un lavoro sulle pareti dei condotti, man mano che diminuisce la sua pressione, cioè man mano che si espande. Questo lavoro, mette in rotazione un albero motore collegato ad un generatore elettrico.
insieme a quello generato dal recupero termico a valle della turbina a gas.

Le modifiche richieste ad un impianto a gas sono relativamente modeste, e quindi si tratta di una versione della stessa macchina più o meno adattata. Il punto di forza di questa tecnologia , rispetto ad altri sistemi innovativi, è quello di non richiedere la progettazione di nuove macchine. Di contro, però, l'integrazione di diversi sistemi porta a diversi problemi per cui è senza dubbio necessaria una più matura esperienza operativa (problemi di limitata affidabilità).

PRESTAZIONI E PROBLEMATICHE

Gli impianti IGCC possono raggiungere rendimenti attorno al 40-42 %. Oggi questi valori sono ottenibili dai migliori impianti USC, tuttavia esistono notevoli spazi di miglioramento che sono preclusi alla tecnologia del vapore, legati essenzialmente all'introduzione di turbine a gas di nuova generazione.

I primi 3 impianti, proprio perché sono stati i primi, hanno subito problemi di varia natura e gravità; dalle ultime notizie disponibili, tuttavia, sembra che si stiano avvicinando ad una fase di commercializzazione e quindi è ragionevole pensare in un avanzamento dello sviluppo di questa tecnologia, in particolar modo connesso all'utilizzo di carbone.

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