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GENERAZIONE
CONSIDERAZIONI SULLE
PROVE PRESTAZIONALI
DI UNA CENTRALE
A CICLO COMBINATO
Ripercorriamo alcuni aspetti delle prove di prestazione
di una centrale a ciclo combinato. Aspetti economici
e contrattuali. L’importanza delle prove di esercizio
Massimo Gozzi
definizione delle modalità opera-
arliamo di una moderna centrale a ciclo combinato per la produzione di energia elettrica.
Con il completamento di tutte le prove di avviamento dell’impianto, il costruttore esegue le prove di verifica
delle prestazioni per dimostrare che
l’impianto sia in grado di rispettare
le “Prestazioni Garantite”, definite
contrattualmente con il cliente.
P
tive che saranno provate
sommario delle condizioni di riferimento
sommario delle prestazioni garantite
curve di correzione
programma delle prove
elenco dei documenti e degli stan-
dard di riferimento
identificazione della responsabilità delle prove
definizione dei controlli preliminari e di messa a punto
Metodo di esecuzione
delle prove
È ragionevole a tal fine che almeno 6 mesi prima della data prevista
per l’esecuzione delle prove di verifica delle prestazioni, il costruttore prepari un “Specifica di Prova” da sottoporre per approvazione del cliente
o, eventualmente, dei soggetti terzi
da esso delegati.
Detta specifica include tutte le
informazioni necessarie per la corretta esecuzione e l’approntamento
delle prove e contenga almeno le seguenti informazioni:
definizione degli obiettivi della
prova
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Figura 1: Trasformatore di alta tensione di tipo blindato
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definizione dell’isolamento dell’impianto
identificazione dei punti di misura e delle apparecchiature di misura da adottare
definizione dei parametri di prova da registrare e metodologia per
metodi di acquisizione dei dati
lista dettagliata degli ausiliari
elettrici in servizio durante la prova, ovvero l’acquisizione delle singole misure disponibili (assorbimenti, tensioni e/o potenze) degli
ausiliari elettrici alimentati dal
gruppo durante le prove
definizione dei criteri di esecuzione delle prove
definizione della metodologia
adottata per calcolare i parametri
delle prestazioni
redazione dei bilanci termici in
“edizione finale”
redazione del rapporto finale sui
risultati.
Poiché il costruttore ha la completa responsabilità di tutte le attività
di avviamento che precedono la prova, non si considera il degrado delle
prestazioni dei componenti occorso fino alla fine dell’avviamento. Al costruttore viene consentito comunque,
prima di eseguire le prove, effettuare
controlli, ispezioni, manutenzioni ed
ogni altra attività necessaria per ripristinare le condizioni iniziali, più
vicine possibili alle condizioni cosiddette di “new and clean”.
Se il cliente avesse l’esigenza di avviare l’esercizio commerciale dell’impianto prima di procedere con la prove di verifica delle Prestazioni, potrà
essere applicato un fattore di correzione definito come ”Ore operative
equivalenti“ accumulate durante il
periodo di esercizio commerciale, da
applicare per tener conto del degrado. La curva di correzione viene definita per l’intero ciclo combinato (le
curve dei singoli componenti, pur interessanti, vengono utilizzate solo a
titolo informativo) ed include solo gli
effetti di degrado che non possono es-
Figura 2: Turbina a vapore per impianto a ciclo combinato in fase di montaggio
sere recuperati con procedure di pulizia o lavaggio.
Ogni prova ha lo scopo di misurare il consumo di combustibile, la potenza lorda, le perdite elettriche nei
condotti e nel trasformatore principale nonché il consumo degli ausiliari.
La potenza netta viene misurata ai
morsetti dell’alta tensione, al punto di
consegna dell’energia al Gestore della rete di alta tensione (in Italia a Terna). A tal fine il costruttore fornisce i
certificati di collaudo con perdite del
trasformatore principale, i certificati
di taratura dei trasformatori di corrente e tensione per le misure di potenza della turbina a gas, della turbina a vapore e quella netta a valle
trasformatore principale.
Nel caso tipico della presenza di
due gruppi a ciclo combinato presenti in una unica centrale, dopo il completamento delle prove di prestazione del secondo gruppo (o modulo) viene programmata una prova dell’intero impianto (i due moduli in esercizio
contemporaneo, in servizio alle condizioni di riferimento, per misurare il
carico complessivo assorbito dagli ausiliari e delle perdite, da assumere per
il calcolo delle Prestazione Garantite
complessive.
Durante l’esecuzione delle prove di
verifica delle prestazioni, le condizioni di conduzione dell’impianto, incluse quelle dei sistemi ausiliari, saranno esattamente le stesse di quelle prescritte per l’esercizio commerciale, con
le seguenti eccezioni, giustificati dalla necessità di azzerare le perdite
energetiche verso l’esterno e tra i due
moduli:
tutti i drenaggi e gli sfiati verso
l’esterno saranno isolati;
gli spurghi continui di caldaia sa-
ranno isolati;
i collegamenti aria e vapore da e
verso l’altro modulo saranno isolati.
Durante l’esecuzione delle prove di
verifica delle Prestazioni, vengono di
norma completamente attivati tutti i
controlli automatici previsti per il
normale esercizio, e l’impianto viene
controllato dal Sistema di Controllo
Distribuito (DCS), con la sola condizione di aumentare la frequenza di
acquisizione del DCS.
Curve di correzione
Il tempo di esecuzione delle prove
prestazionali viene concordato in mo-
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GENERAZIONE
Figura 3: Sistema di aspirazione dell’aria destinata al compressore della turbina a gas
la radice le cause che hanno determinato i degradi rispetto alle Prestazioni Garantite.
Analisi dei dati
Essenziale è l’aspetto relativo al
combustibile. Per i cicli combinati,
funzionanti esclusivamente a gas naturale, per determinare l’input termico immesso, necessario per il calcolo finale delle prestazioni, il potere calorifico inferiore (LHV) del combustibile deve essere determinato con
grande accuratezza, sulla base dei
campioni di gas prelevati durante le
prove. Per ogni campione prelevato
da analizzare, la procedura da seguirsi è comunque guidata dalle norme ISO 10715.
Misurazione dei carichi
ausiliari
do tale che le prove siano effettuate
in condizioni ambientali più vicine
possibile a quelle previste alle condizioni di riferimento. In particolare
per quanto concerne la temperatura
di riferimento, che nel caso di zone climatiche calde può prevedere prove
notturne.
In ogni caso vengono presi in considerazione tutti gli scostamenti dei
parametri di prova dalle condizioni di
riferimento, al fine di applicare appropriati fattori di correzione, sulla base di curve di correzione o dei risultati di un modello di simulazione che il
costruttore fornisce al cliente o ai soggetti terzi, già citati, da esso delegati.
Le curve di correzione vengono fissate contrattualmente e producono
una serie di coefficienti da moltiplicare per il valore misurato. A titolo
indicativo viene esposta di seguito
una lista di parametri la cui variazione incide sul calcolo della potenza erogata e del consumo specifico
(rendimento):
temperatura ambiente
pressione ambiente
umidità relativa
temperatura ambiente al con-
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densatore ad aria
perdite elettriche dei generatori
frequenza rete
invecchiamento delle macchine
differenza di pressione tra mon-
te e valle filtro TG
potere calorifico
Strumentazione
Il costruttore è di norma l’unico responsabile della programmazione e
dell’esecuzione delle prove di verifica
delle prestazioni garantite.
Riveste a questo punto una particolare importanza l’aspetto della strumentazione. Tutti gli strumenti usati nei performance test devono essere conformi agli standard e vengono
tarati e certificati da Enti o Laboratori indipendenti, riconosciuti a livello
nazionale od internazionale.
La precisione della strumentazione non viene però generalmente assunta come tolleranza sui risultati
delle prove.
Nel caso i performance test dell’impianto non ottengano i risultati
previsti, il costruttore ha la possibilità di provvedere a sue spese a fornire tutta la strumentazione supplementare necessaria per risolvere al-
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Al fine di determinare la Potenza
Netta erogata dall’impianto, deve essere attentamente misurato il carico
relativo a tutti gli ausiliari necessari
al corretto funzionamento in esercizio continuo.
Ogni apparecchiatura, o gruppo di
apparecchiature, ridondanti, deve
“marciare” in esercizio secondo la modalità richiesta alle condizioni di riferimento.
Per quei componenti che non sono
coinvolti direttamente nel processo di
generazione del carico, ai quali è
richiesto di funzionare in modo intermittente (è il caso delle pompe di
trasferimento, dell’illuminazione,
ecc.), il consumo massimo associato
viene calcolato sulla base del loro fattore di utilizzazione concordato.
Vediamo, a titolo esemplificativo,
un elenco delle apparecchiature ausiliare:
ausiliari della turbina a gas
ausiliari della turbina a vapore
ausiliari elettrici e sottostazione
avviatore statico turbina a gas
pompa di estrazione del conden-
sato
pompa di alimentazione
ausiliari e illuminazione della
caldaia a recupero
ventilatori condensatore aria
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ventilatori refrigeratori aria a ci-
clo chiuso
compressori aria
compressori gas
pompe dell’acqua di servizio a ciclo chiuso
sistemi termici del ciclo ausiliari, aggiunta chimica
sistemi di controllo
ventilazione e condizionamento
cabinati ed edifici tecnici
illuminazione
impianto trattamento acqua
trattamento delle acque di risulta
rilancio acque di risulta
pressurizzazione agenti antincendio
ausiliari di cogenerazione.
Prove di emissioni
in atmosfera e di emissioni
acustiche
La procedura di prova delle prestazioni, include, come parte integrante di tutte le prove, il monitoraggio e la registrazione continua delle emissioni di fumi dal camino del
GVR. Lo scopo di questa prova è dimostrare che, in tutte le condizioni
operative dell’impianto, la concentrazione di ogni contaminante resti
al di sotto i limiti imposti.
La misura delle emissioni viene
eseguita sia per mezzo di strumenta-
zione certificata, dedicata ed installata appositamente per l’esecuzione
delle prove, sia per mezzo del sistema
di analisi in continuo dell’impianto
(SME), purché si proceda alla calibratura del sistema con strumentazione certificata eseguita dal costruttore.
La verifica deve essere eseguita
chiarendo bene la rappresentatività
del punto di prelievo dei campioni delle emissioni e la verifica di linearità
dello strumento.
Relativamente alle prove di rumore il costruttore deve garantire che in
tutte le condizioni di funzionamento,
normali e transitorie dell’impianto,
l’ambiente acustico in tutte le aree,
interne ed esterne all’impianto, rimanga all’interno dei limiti imposti.
Prima di iniziare la prova, il costruttore prepara una mappatura
completa del rumore di fondo esistente sull’area (rilevato nell’arco delle 24 ore). Una particolare attenzione viene data affinché i rumori causati dalle attività di lavoro sull’area
non influenzino le misurazioni di
mappatura. I livelli di rumore vengono misurati, in generale, nei seguenti punti:
ai recettori esterni, indicati sul-
la planimetria dell’impianto;
a punti diversi lungo la recinzione dell’impianto;
a punti diversi intorno ai componenti di impianto, anche ad altezze diverse, con prove specifiche, appropriate e significative;
in aree che sono regolarmente o
periodicamente frequentate da personale di esercizio e manutenzione.
Viene previsto inoltre un programma di ispezioni, prove e misurazioni da eseguire per dimostrare
che le condizioni ambientali di tutte
le aree di lavoro soddisfino i requisiti contrattuali e le norme applicabili.
Prove di esercizio
Una serie di prove che rivestono
grande importanza sono le prove di
esercizio. La filosofia che sta alla base di queste prove è che le prove di garanzia danno una “fotografia” pressoché istantanea dell’idoneità complessiva dell’impianto, sul principio
della scatola chiusa (ovvero del tanto entra (combustibile) e del tanto
esce (energia elettrica). In tal modo
non risultano evidenti i contributi dei
diversi moduli che compongono l’impianto; in altri termini non si ha cognizione di quanto ogni modulo rispetti i parametri assegnatigli. Non
si ha inoltre alcuno strumento per intervenire su quelle sezioni che potrebbero risultare carenti, ma “nascoste” dall’esubero di prestazione di
altre sezioni.
Pertanto le prove di esercizio sono importanti sia per la valutazione
dell’impianto da nuovo, che per l’analisi del suo comportamento nel
tempo, durante la vita utile. In sintesi le prove di esercizio hanno lo scopo di:
determinare le curve di consumo
specifico di riferimento dei moduli;
fornire i coefficienti di scostamento dal consumo di riferimento
o da quello ottimale.
Figura 4: Pannello posto in una sala controllo di centrale
Le prove vengono generalmente
eseguite ad almeno quattro carichi,
da definire rispetto al carico nominale
(60-75-90-100%).
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GENERAZIONE
L’assetto del ciclo termodinamico
deve prevedere:
autoalimentazione dei consumi
di ciclo;
utenze elettriche indispensabili
al funzionamento “in servizio”;
perdite sfuggite dal ciclo control-
late alla portata nominale o minima (sfiato degasatore, campioni
chimici spurghi continui, etc.);
isolamento dei servizi comuni di
impianto (energia elettrica, acqua/vapore);
intercettazione di tutte le linee
degli scaricatori di condensa delle
tubazioni vapore o in alternativa
rilievo dei parametri atti a valutare le portate delle perdite.
La durata di ogni prova deve essere almeno di un’ora dopo il raggiungimento della stabilità dei parametri
di impianto.
I parametri di impianto da rileva-
Figura 5: Caldaia
a recupero con
relativo camino
integrato
re nel corso di queste prove devono
essere definite ad hoc.
Conclusioni
Si rimarca in questa sede la delicatezza delle prove di performance di
una centrale, nel caso particolare a
ciclo combinato, ma di valenza del tutto generale. Nel moderno mercato dell’energia le capacità di un impianto
di vantare capacità prestazionali non
è comunque il solo elemento determinante.
Parametri altamente “apprezzati”
dai gestori delle reti elettriche, come
la regolazione primaria e secondaria,
devono essere attentamente valutati
in fase di collaudo, o meglio andrebbero previsti nella loro adeguatezza
già in fase di progettazione. Ai test
prestazionali competono inoltre eventuali “bonus contrattuali”, che grazie
alle elevate quantità in gioco pesano
parecchio in termini di valenza economica.