Dissipazione termica d’emergenza per Cogenerazione e Power Generation

Gli impianti di power generation e di cogenerazione sviluppano e lavorano con grandi quantità di energia termica, prodotta dal lavoro meccanico degli elettrogeneratori, dai motori endotermici e dalle turbine che forniscono energia elettrica al sito produttivo o per immissione in rete. Un impianto di cogenerazione è un caso particolare di sistema generativo, trattandosi di un impianto termoelettrico in cui il combustibile che alimenta il motore endotermico, che sia gasolio, biodiesel, gas naturale, biogas o biomasse, viene impiegato per la generazione combinata di energia elettrica e calore, usato per ottenere acqua calda per uso tecnologico, ossia di processo in industria o per riscaldamento.

 

Tutti gli impianti di cogenerazione e power generation necessitano di sistemi di dissipazione del calore d’emergenza, in quanto se il calore generato non viene utilizzato e nemmeno recuperato (ad esempio in periodi in cui il recupero di calore non è richiesto o viene meno la richiesta di acqua calda), è necessario poter fare affidamento su di un sistema di smaltimento e dissipazione alternativo, che mantenga la temperatura di lavoro del motore e gli equilibri termici su valori ottimali per assicurare il corretto funzionamento dell’impianto di generazione, evitando malfunzionamenti e danni al motore e ai macchinari a causa del surriscaldamento degli equipaggiamenti. In genere infatti la produzione di energia elettrica è prioritaria alla produzione di calore, questo sempre nella power generation ma anche in impianti di cogenerazione, e pertanto è sempre necessario dotare il sistema di circuiti di dissipazione d’emergenza.

 

In un impianto di power generation, che si applichino poi sistemi di recupero e sfruttamento termico per la cogenerazione o meno, si ha la produzione di grandi quantità di calore: la fonte di energia primaria nel gruppo elettrogeno trasforma solo una piccola percentuale di potenza in elettricità, tra il 40 e il 45%, mentre il resto viene perso il calore. Calore che può essere prelevato e recuperato dai fumi di scarico, dall’acqua di raffreddamento del motore e dell’olio idraulico, e dall’eventuale sistema di raffreddamento dell’aftercooler. Le camicie del motore possono arrivare a temperature di circa 90 gradi, per cui l’acqua di raffreddamento raggiunge discrete temperature, ma comunque inferiori ai 90 gradi centigradi, così come anche i valori di recupero sull’olio motore variano a seconda della grandezza del gen set. I fumi di combustione raggiungono invece temperature estremamente elevate, superiori ai 400 gradi centigradi, pertanto sono qui in gioco ingenti quantità di calore, e nel caso non vengano riutilizzate occorrono sistemi di dissipazione d’emergenza ben studiati.

 

Per gestire le diverse fonti di calore e i carichi termici, è possibile equipaggiare il sistema di differenti soluzioni di termoregolazione e macchine termiche. Un sistema di dissipazione di emergenza è fondamentale anche nel caso di un sistema di cogenerazione, in cui il calore viene in genere recuperato e riciclato per altri usi che ottimizzano la resa del combustibile primario: nel caso infatti il sistema di riutilizzo del calore di recupero non sia funzionante, laddove non sia necessario e il sistema che lo riutilizza venga escluso o disattivato, occorrerà infatti un sistema d’emergenza che entri in funzione per disperdere il calore in eccesso, ad esempio con radiatori e by-pass dei fumi.

 

Il recupero di calore in un impianto di generazione è generalmente ottenuto attraverso un circuito di raffreddamento del motore e dell’olio idraulico lubrificante, e con scambio termico con i fumi di scarico che avviene di solito con uno scambiatore a fascio tubiero. Il gruppo di dissipazione d’emergenza può pertanto essere realizzato con l’impiego di diversi sistemi di termoregolazione e macchine termiche, quali Torri evaporative, Scambiatori di calore acqua/acqua e radiatori e free cooler per il raffreddamento dell’acqua a raffreddamento del circuito primario del motore e dell’intercooler.

 

Il sistema di dissipazione termico d’emergenza va disegnato tenendo in considerazione, oltre ovviamente ai carichi termici di lavoro da gestire, la collocazione geografica del sito industriale. A seconda infatti della temperatura dell’aria esterna, e quindi non solo della latitudine a cui si trova l’impianto ma anche delle medie stagionali in cui esso funziona, e della disponibilità di acqua fredda per alimentare il circuito idraulico di scambio termico, saranno infatti preferibili Torri evaporative, che assicurano la dispersione del calore prelevato dall’acqua di raffreddamento per contatto con l’aria, o in alternativa elettroradiatori o scambiatori di calore a piastre acqua/acqua che asportino il calore in eccesso e inutilizzato prelevato dalla stessa acqua di raffreddamento dei macchinari e del fluido lubrificante.