Dal momento che il mondo sta sviluppando una maggiore consapevolezza ambientale, i settori Power Generation e Oil & Gas ricevono maggiori pressioni per trovare soluzioni più sostenibili. I governi di tutto il mondo si stanno impegnando a creare un futuro rispettoso dell'ambiente. I cambiamenti nelle politiche hanno visto l'introduzione di tasse sull'anidride carbonica e normative più severe imposte in diversi settori. L’immagine di sostenibilità che un’azienda detiene è diventata significatamene più importante, con gli investitori che favoriscono coloro che si impegnano verso cambiamenti sostanziali. Con una domanda crescente di pratiche più ecologiche e con l’aumento dei costi operativi, è diventato essenziale per gli operatori delle turbine a gas ridurre il proprio carbon footprint, contenere i costi operativi, e diventare più efficienti.
Quando il combustibile viene bruciato in una reazione di combustione per produrre energia, l'anidride carbonica viene rilasciata come sottoprodotto. Viene emessa una quantità fissa di carbonio per unità di combustibile bruciato, con più di 2 kg di CO2 rilasciati per ogni 1 kg di gas naturale bruciato. La carbon intensity viene utilizzata per misurare la quantità di CO2 emessa per MWh prodotta, mentre la heat rate misura il rapporto tra combustibile bruciato per MWh prodotto. Le modifiche alla carbon intensity di un motore sono direttamente proporzionali a quelle del suo heat rate, pertanto è fondamentale mantenere un heat rate stabile al fine di ridurre l'impatto ambientale.
Fare un upgrade del sistema di filtrazione aria di un impianto è uno dei modi più semplici ed economici per ridurre il carbon footprint. Esistono tre proprietà che consentono ai filtri di ridurre il carbon impact: un elevato grado di efficienza EPA secondo lo standard EN1822:2009, una perdita di carico bassa e stabile, e un media idrofobico. I filtri ad elevate efficienza EPA sono progettati per eliminare gli effetti di bypass contaminanti come lo sporcamento, l'erosione e la corrosione, che possono impattare drasticamente sull’heat rate di un motore. I filtri che offrono una perdita di carico inferiore e stabile nel tempo riducono anche la carbon intensity, poiché anche solo un aumento di 1” della perdita di carico aumenta l’heat rate di un semplice motore a ciclo dello 0,125%. I filtri idrofobici impediscono ai contaminanti solubili in acqua di raggiungere il motore, mentre le caratteristiche di design come la plissettatura verticale con separatori hot melt interrotti consentono all'acqua di drenare invece che raccogliersi all'interno del media e causare picchi di pressione. Tutte e tre le proprietà si combinano per ridurre il carbon impact migliorando al tempo stesso la disponibilità e fornendo protezione al motore.
La tabella 1 qui sotto evidenzia l’impatto che differenti classi di filtrazione esercitano sulle carbon emissions. Una combinazione di filtrazione con un prefiltro G4 (secondo EN779:2012) e un filtro finale M6 (secondo EN779:2012) è stata usata come confronto di riferimento per una selezione di combinazioni di filtri idrofobici a più elevata efficienza.
| Filtri aria | Impatto su heat rate |
Emissioni correlate alla filrtazione |
Conclusioni annuali |
|||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Prefiltro | Filto finale | Riduzione heat rate vs. linea di riferimento (kJ/kWh) |
Tonnellate di CO2 per anno |
Riduzioen totale di CO2 vs. linea di riferimento (%) |
Riduzione totale di CO2 vs. linea di riferimento (%) |
Auto corrispondenti rimosse dalla strada |
| Bag filter G4 | Bag filter M6 | 0 | 38 000 | |||
| 30/30 GT G4 | Composite F8 | 180 | 24 000 | 14 000 | 2.0% | 8 000 |
| 30/30 GT G4 | Composite F9 | 270 | 17 000 | 21 000 | 3.0% | 12 000 |
| Cam-Flo Hybrid F7 | CamGT 3V-600 E10 | 395 | 7 000 | 31 000 | 4.5% | 17 000 |
| CamGT 3V-600 F8 | CamGT 3V-600 E12 | 440 | 3 000 | 35 000 | 5.0% | 18 000 |
E’ immediatamente evidente che aumentando l’efficienza di un filtro, la riduzione di anidride carbonica corrisponde alla rimozione dalla strada di circa 8.000 – 18.000 automobili! Al fine di ridurre l’impatto di anidride carbonica a lungo termine, i filtri devono essere ad alta efficienza, idrofobici, e devono essere in grado di mantenere una perdita di carico bassa e stabile. I filtri E10 ed E12 mostrati in questo esempio includono tutte e tre queste caratteristiche, che operano congiuntamente per ridurre l’impatto di anidride carbonica.
Le soluzioni di filtrazione ottimizzate sono progettate per proteggere la turbina da tutte le condizioni ambientali ed operative, riducendo il tasso di incrostazione sulle pale della turbina. La contaminazione ha diversi effetti negativi su una turbina, riducendo la capacità di output massimo e aumentando l’heat rate del motore. Il calo della capacità di potenza è generalmente doppio rispetto all'aumento dell’heat rate a causa delle incrostazioni. Un esempio di questo può essere visto nella Figura 1, in cui la capacità di output di una turbina diminuisce del 10% mentre l’heat rate aumenta del 5%. Un heat rate più elevato significa che aumenterà anche l'intensità di anidride carbonica del motore, portando a maggiori emissioni di anidride carbonica per MWh nelle applicazioni sia a carico parziale che a carico base.
I motori a carico parziale non funzionano alla loro capacità massima, ma piuttosto a una capacità stabile inferiore. Ciò significa che la riduzione della potenza dovuta a sporcizia non impedirà immediatamente a una turbina a carico parziale di funzionare a livello di carico operativo. Questo spiega perché l’output di potenza diretto di un motore non viene sempre compromesso dalle incrostazioni nelle applicazioni a carico parziale, come dimostrato nella Figura 1. Tuttavia, l’aumento del heat rate significa che i motori a carico parziale incrostati consumano ulteriore carburante per mantenere la loro potenza di output, con la conseguenza di un aumento dei costi per il carburante, maggiori carbon emissions, e un’intensità superiore di CO2.
Per una centrale a carico di base, che funziona a piena capacità, una riduzione della potenza nominale massima porta a una minore generazione di energia e quindi a una minore combustione di carburante. I costi del carburante e le relative tasse sull’anidride carbonica diminuiscono, rendendo più economico il funzionamento della turbina. Tuttavia, l'aumento dell’heat rate significa che un motore contaminato brucia con un'intensità di anidride carbonica maggiore rispetto a una turbina pulita. Inoltre, la perdita di potenza di output ridurrà le entrate dell'impianto e causerà una carenza all'interno della rete energetica, diminuendo la redditività dell'operatività.
La seguente tabella 2 riporta che, poiché un motore contaminato non è in grado di soddisfare la domanda di carico di base per la produzione di energia, diventa necessario trovare ulteriori fonti di energia. In questo caso, non è consigliabile far funzionare una turbina a temperature più elevate per produrre più potenza poiché ridurrebbe la durata dei componenti del motore. Pertanto, la domanda di energia può essere integrata direttamente attraverso il funzionamento di turbine aggiuntive non contaminate o indirettamente tramite una terza parte. Sebbene le carbon emissions del motore contaminato sembrino inferiori, le carbon emissions indirette necessarie per sostenere una produzione di energia stabile rivelano che le carbon emissions totali di un motore a carico base sono più elevate quando questo è contaminato.
| Carbon intensity | 600 kg of CO2 per MWh | 620 kg of CO2 per MWh |
| Clean engine | Fouled engine | |
|---|---|---|
| Power demand | 200 MW | 200 MW |
| Direct power output | 200 MW | 180 MW |
| Supplemented power required (assume clean engine) | 0 MW | 20 MW |
| Direct carbon emissions | 960 000 tonnes of CO2 per year | 892 900 tonnes of CO2 per year |
| Indirect carbon emissions | 0 tonnes of CO2 per year | 96 000 tonnes of CO2 per year |
| Total carbon emissions | 960 000 tonnes of CO2 per year | 960 000 tonnes of CO2 per year |
Assuming supplemented indirect power provided by a clean engine. Emissions were calculated as follows:
Power demand (MW) * Carbon intensity (kg CO2 per MWh) * 8000 hours per year * 10-3 tonnes per kg = Carbon emissions (tonnes of CO2 per year)
Esistono altri metodi per ridurre l'intensità di CO2 di un motore. Questi includono il carbon scrubbing, la cattura del post-combustion carbon e la cattura del pre-combustion carbon. Tuttavia, questi metodi richiedono la costruzione di un'infrastruttura aggiuntiva che spesso porta a costi operativi e di manutenzione più elevati. Si potrebbe anche fare un upgrade della stessa turbina a gas a una versione più efficiente, ma ciò richiede anche una grande spesa in conto capitale.
Poiché i filtri per l’aria sono già necessari per il funzionamento delle turbine a gas, l’upgrade dei sistemi di ingresso aria comporta generalmente l'utilizzo di infrastrutture preesistenti o un upgrade del sistema attuale. In entrambi i casi, le spese in conto capitale si traducono in un elevato risparmio in rapporto all'investimento effettuato. Le spese operative e le tasse sull'anidride carbonica sono notevolmente ridotte, mentre gli effetti negativi come sporcamento, erosione e corrosione sono ridotti al minimo. Ciò prolunga la durata dei componenti del motore e aumenta la disponibilità e l'affidabilità riducendo la frequenza dei lavaggi offline e online.
In breve, non solo i sistemi di aspirazione dell'aria migliorati riducono l'intensità di CO2 delle tue operazioni, ma proteggono e migliorano le prestazioni del motore, il che significa che è possibile ottenere di più dal motore a un costo ambientale inferiore. Si tratta di una delle soluzioni più convenienti, semplici e accessibili per ridurre l'intensità di CO2 delle tue turbine a gas.
Il deterioramento della turbina e una perdita di carico instabile possono essere mitigati utilizzando filtri EPA idrofobici e a bassa perdita di carico. Alcuni dei vantaggi includono:
• Aumento della redditività dall'efficienza del carburante
• Aumentata disponibilità per la produzione di energia
• Aumento della vita operativa della turbina
• Aumento della vita operativa del filtro
• Maggiore affidabilità del motore
•Maggiore sicurezza
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