La tecnologia innovativa cattura l'energia dal calore disperso

I generatori senza carburante e senza emissioni convertono il calore di scarto di bassa qualità proveniente dai generatori diesel in energia.

Nel 2014, tre generatori a ciclo Rankine organico (ORC) sono stati installati per trasformare in energia elettrica il calore di scarto proveniente da tre gruppi elettrogeni diesel presso la centrale elettrica di Dutch Harbour, nelle remote isole Aleutine dell'Alaska. I generatori catturano il calore di scarto a temperature fino a 170F dall'acqua della camicia di due motori diesel Wärtsilä W12V32 e due motori diesel Caterpillar C280-16.

Anche a questa bassa temperatura del calore di scarto, i generatori forniscono circa 75 kW di potenza lorda per il sito. L’energia generata viene inviata direttamente alla rete, dove i costi residenziali dell’energia raggiungono i 0,50 dollari/kWh, tra i più alti del Nord America e quattro volte la media nazionale statunitense di 0,12 dollari/kWh.

1. Il POWER+ GENERATOR 4400 genera fino a 75 kW ed è ideale per il calore di scarto a flusso ridotto. In questa immagine, un operatore monitora il funzionamento dell'unità utilizzando l'interfaccia uomo-macchina. Per gentile concessione: ElectraTherm

La città di Unalaska e l'Alaska Energy Authority hanno acquistato i tre generatori (Figura 1) per utilizzare la risorsa di calore di scarto esistente e non sfruttata presso la centrale elettrica, realizzando il potenziale di risparmio di decine di migliaia di dollari all'anno sui costi del carburante. La riduzione dei carichi di raffreddamento rappresenta un ulteriore vantaggio poiché le installazioni riducono il lavoro di raffreddamento del radiatore richiesto per i motori diesel. Tutti e tre i generatori ORC utilizzano un circuito di raffreddamento, fornito dall'acqua di mare con una temperatura di ingresso media di 45°F.

I generatori sono stati forniti da ElectraTherm e sono controllati da un controller logico programmabile (PLC) AutomationDirect, che fornisce tutte le funzioni di controllo e monitoraggio richieste. AutomationDirect fornisce anche un'interfaccia uomo-macchina (HMI), che consente agli operatori di visualizzare e regolare il funzionamento secondo necessità.

In un tipico motore alternativo stazionario diesel, a gas naturale o alimentato a biogas, solo circa il 33% dell'energia del carburante applicata (combustione) viene convertita in energia elettrica, mentre l'energia rimanente viene persa come calore di scarto. Alcune delle principali perdite a bassa temperatura includono il 27% perso a causa del calore del radiatore e il 5% perso per attrito. Un ulteriore 35% viene perso sotto forma di calore ad alta temperatura nei gas di scarico.

Questo livello di calore disperso è comune nei motori alternativi. Inoltre, i gas caldi dei camini di scarico provenienti praticamente da tutti i processi di combustione, come quelli utilizzati per accendere forni, fornaci, fornaci, inceneritori, ossidatori termici e caldaie, contengono una grande frazione dell’energia originale del carburante consumato. Quando questo calore viene recuperato e convertito in energia elettrica, l’efficienza complessiva dell’impianto aumenta.

In passato, non esistevano molti prodotti commerciali collaudati per convertire questi tipi di calore di scarto in energia elettrica, quindi gli operatori non avevano altra scelta se non quella di accettare la perdita di calore nell'atmosfera. Oggi, ElectraTherm ha installato più di 70 unità in tutto il mondo con oltre 1,2 milioni di ore di esperienza cumulativa sulla flotta, facendo risparmiare ai clienti milioni di dollari.

Il design POWER+ GENERATOR e le tecnologie proprietarie associate consentono la generazione di energia da fonti di calore a bassa temperatura che vanno da 170F a 270F. Questa tecnologia di trasformazione del calore di scarto converte varie fonti di energia in energia, compreso il calore di scarto generato da motori a combustione interna, piccola energia geotermica, biomassa, solare concentrato e calore di processo.

L'applicazione principale è la trasformazione del calore di scarto dei motori a combustione interna stazionari in energia. I siti di installazione tipici includono la produzione di energia primaria in aree remote, isole e paesi in via di sviluppo; gruppi elettrogeni a biogas, compresi discariche e impianti di trattamento delle acque reflue; centrali di compressione del gas naturale; e biocarburanti rinnovabili.

ElectraTherm utilizza la tecnologia ORC (Figura 2), un processo simile a quello utilizzato in un motore a vapore. La differenza principale con la tecnologia ORC è che l'acqua utilizzata in un motore a vapore viene sostituita da un fluido con un punto di ebollizione molto più basso. Il processo ORC è come un frigorifero che funziona al contrario, dove il flusso di calore viene utilizzato per generare energia.