La Power+ Generator di Electratherm è un sistema ORC basato sul calore per generare energia, che intercetta il calore residuo per generare elettricità fino a 65kWe in totale assenza di carburante e di emissioni. La tecnologia brevettata di ElectraTherm consente la produzione sostenibile di elettricità considerando la presenza di un’appropriata fonte di calore (da 17°C-116°C con una portata di 4 L/s-12 L/s).

Le appropriate fonti di energia residua per la Power+ sono piccole fonti d’acqua calda distribuite come ad esempio l’acqua proveniente da camicie stazionarie del motore, caldaie a biomassa, fluidi per energia eliotermica e cogenerata (o geotermica). Lo schema in basso mostra degli esempi con differenti fonti di riscaldamento e raffreddamento utilizzabili con la Power+ Generator.

GM Sources

Condizioni necessarie del sistema

Le tabelle sottostanti illustrano le condizioni necessarie per il funzionamento della Power+ Generator, sia con l’unità di misura metrica, sia con l’unità di misura americana.

Da notare che Power+ necessita di una fonte di calore residuo proveniente da un liquido come ad esempio acqua calda, una soluzione glicolica o vapore saturato.

Performance Tables

Componenti importanti nella Power+ Generator

Alcuni componenti degni di nota della Power+ sono l’espansore a doppia vite, il generatore a induzione e il fluido non tossico per il funzionamento dell’intero sistema.

Espansore a doppia vite

La Power+ usa un espansore a doppia vite come blocco motore, il quale in effetti è un compressore che funziona al contrario. La versione dell’espansore a doppia vite è robusta e semplice.
La velocità di funzionamento della Power+ è relativamente bassa (<5000 giri/min) e non necessita di alcun motoriduttore per azionare il generatore.

Un vantaggio significativo dell’espansore a doppia vite è la possibilità di funzionare in maniera bifasica o di funzionare “ad umido”. Questo funzionamento bifasico significa che il fluido refrigerante non deve essere al 100% vapore. La possibilità di funzionare con condizioni variabili del fluido di esercizio, dal vapore caldissimo fino al vapore umido, consente alla Power+ di seguire dei carichi variabili di calore e di produrre energia anche da una vasta gamma di condizioni varabili del calore in ingresso.
Ciò è particolarmente importante quando il carico di calore proveniente da motori a combustione interna scorre con una condizione e una velocità di carico variabile.

Generatore a induzione

Un generatore a induzione è simile ad un motore a induzione dal punto di vista elettromeccanico.
Nel caso della Power+, il generatore a induzione si basa su un motore a gabbia di scoiattolo con una potenza di 70-100 CV (circa 50-75 kW) con alcune migliorie costruttive interne per renderlo un generatore più efficiente. In caso di perdita di energia di rete, l’unità viene spenta automaticamente e non può essere riavviata fino a quando le condizioni della linea energetica non ritorneranno alla normalità.

Fluido di esercizio

Il fluido di esercizio usato nella Power+ è il composto HFC-245fa (1,1,1,3,3 pentafluoropropano). L’HFC-245fa appartiene alla famiglia degli idrofluorocarburi (HFC) refrigeranti approvati dall’EPA (ente protezione ambientale) consentiti dal protocollo di Montreal. Questo fluido non infiammabile, a bassa tossicità nonché sicuro a livello ambientale bolle ad una temperatura di circa 15.5°C a pressione atmosferica. L’HFC-245fa non danneggia l’ozono ed è in linea di massima sicuro da manipolare.
L’olio utilizzato per la lubrificazione è contenuto all’interno del fluido di esercizio e fa parte di un processo di lubrificazione interna con brevetto di proprietà di ElectraTherm.

Funzionamento del sistema

Il funzionamento del sistema della Power+ Generator ORC può essere suddiviso in cinque fasi, rappresentate nello schema in basso. Queste fasi sono:

1) Il fluido di esercizio viene pompato ad una pressione elevata e viene trasferito al pre-riscaldatore.

2) La temperatura del fluido di esercizio viene aumentata nel pre-riscaldatore e inviata all’evaporatore.

3) Il calore intercettato dall’evaporatore porta ad ebollizione il fluido di esercizio facendolo diventare vapore pressurizzato.

4) Il vapore scorre attraverso l’espansore a doppia vite facendo ruotare un generatore elettrico che produce energia.

5) Il vapore viene raffreddato e ricondensato sotto forma liquida all’interno del condensatore per poter ripetere il ciclo di lavoro.

ORC Cycle

Elementi di base di recupero termico

Fonti termiche per Power+ Generator 

Power+ può utilizzare calore residuo di bassa entità (temperatura fra 77°C-116°C) da fonti di acqua calda. Per un circuito secondario di scambio di calore è possibile usare il calore residuo proveniente dai gas di scarico, dall’olio termico e da fonti di calore generate da altri liquidi.

Opzioni di condensazione

Power+ offre due opzioni di condensazione – raffreddamento ad aria e raffreddamento ad acqua. L’utilizzo di un condensatore con raffreddamento ad aria permette la condensazione del fluido di esercizio al di fuori della Power+. Invece, utilizzando un condensatore con raffreddamento ad acqua, il fluido di esercizio viene condensato nel condensatore con raffreddamento ad acqua che si trova all’interno della Power+ Generator. I condensatori con raffreddamento ad acqua possono essere ad esempio torri di raffreddamento oppure radiatori a circuito chiuso di liquido refrigerante.

Prestazioni

Le prestazioni dell’ORC sono influenzate da vari elementi come le condizioni del luogo, la Delta T (variazione di temperatura) del sistema (influenzata dalla temperatura dell’aria ambientale e dalla temperatura dell’acqua di riscaldamento / raffreddamento) e il calore disponibile.

Sistema Delta T

Per Delta T del sistema “ΔT” si intende la temperatura differenziale fra la fonte di calore e la fonte di condensazione ed θ anche la fonte primaria di energia che sta alla base di una maggiore efficienza dei sistemi ORC. Gli intervalli di temperatura per TH e TC utilizzati solitamente per il funzionamento dei sistemi ORC con calore a bassa temperatura hanno un’efficienza minore rispetto ai sistemi ORC con calore ad alta temperatura poiché la temperatura della fonte di calore TH è superiore. Il sistema Power+ è limitato dalla temperatura delta T a causa delle proprietà fisiche del fluido utilizzato, ossia l’acqua.

System Delta T

L’ubicazione della Power+ influenza le condizioni della temperatura dell’aria ambientale. In luoghi con climi caldi come ad esempio l’Africa e la zona equatoriale, l’energia di rete in uscita da Power+ sarà inferiore rispetto all’energia generata da macchine che si trovano in luoghi con climi più freddi, come ad esempio il Nord Europa, anche con la stessa temperatura di ingresso dell’acqua calda. La discrepanza è causata da una Delta T del sistema (differenza fra la temperatura dell’acqua calda in ingresso e la temperatura di condensazione) che è inferiore nei luoghi con climi caldi rispetto ai luoghi con climi più freddi.

Calore disponibile / energia termica

L’energia termica disponibile è il rapporto fra BTUs/ora o kWth che viene prodotto continuamente dalla fonte di calore residuo e che è disponibile per essere sfruttata dalla Power+ Generator. L’energia termica disponibile influenza le prestazioni della Power+ poiché essa converte energia termica in energia elettrica. Praticamente ciò significa: meno energia termica in ingresso equivale a meno energia elettrica in uscita.