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20-24 Gozzi:Gozzi 23-07-2010 ››› 12:15 Pagina 20 ‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹ 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 20 Powertechnology Figura 1: Trasformatore di alta tensione di tipo blindato luglio-agosto 2010 20-24 Gozzi:Gozzi 23-07-2010 12:15 Pagina 21 ‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹ 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- luglio-agosto 2010 Powertechnology 21 20-24 Gozzi:Gozzi ››› 23-07-2010 12:15 Pagina 22 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- 22 Powertechnology 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- luglio-agosto 2010 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 20-24 Gozzi:Gozzi 23-07-2010 12:15 Pagina 23 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%). luglio-agosto 2010 Powertechnology 23 20-24 Gozzi:Gozzi ››› 23-07-2010 12:15 Pagina 24 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.