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Nuove tecnologie ed energia pulita
Articolo tratto da "Automazione Oggi", numero 277 - Febbraio 2005

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Super-Flash è il sistema di sviluppo di Automa per la realizzazione di applicativi di supervisione e di interfaccia uomo-macchina, utilizzato nella centrale termoelettrica di Ostiglia

Super-Flash di Automa è stato utilizzato da Sis.El. per sviluppare il software di supervisione e controllo dell'impianto DEMI della centrale termoelettrica di Ostiglia.

A cura di Massimiliano Gandellini, Elena Bertillo

L'utilizzo di processi produttivi che operano prevedendo la salvaguardia dell'ambiente è uno dei punti fondamentali della politica di Endesa Italia, azienda che nel 2001 ha acquisito Elettrogen dal gruppo Enel e che è oggi a capo di sette siti per la produzione di energia sparsi sul territorio nazionale (quattro centrali termoelettriche, due nuclei idroelettrici e uno a turbogas semplice). La strategia dell'azienda segue principalmente due linee: la prima relativa al miglioramento del rendimento delle centrali, grazie all'adozione di nuove tecnologie come il ciclo combinato, e la seconda riguarda l'attenzione all'ambiente. Tutte le centrali infatti sono, o è previsto che diventino entro fine 2005, certificate UNI EN ISO 14001 e iscritte al registro EMAS, proprio perché l'obiettivo della società è quello di gestire opportunamente gli aspetti ambientali e di costruire un percorso di miglioramento, soprattutto dove l'impatto ambientale è più significativo.
In quest'ottica Endesa Italia ha provveduto a trasformare a ciclo combinato alcune unità produttive delle centrali termoelettriche di Ostiglia (Mantova) e di Tavazzano - Montanaso (Lodi).

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La struttura di rete utilizzata nella centrale termoelettrica di Ostiglia

Ad oggi la centrale di Ostiglia, fortemente impegnata nel completamento del processo di trasformazione da ciclo a vapore tradizionale a ciclo combinato, è composta da quattro gruppi termoelettrici, due dei quali sono già stati riconvertiti e un terzo lo sarà entro il 2005. Il ciclo tradizionale, ancora presente nel quarto gruppo, prevede che un generatore termico, tramite combustione, fornisca vapore ad una turbina che aziona l'alternatore. La combustione avviene in una caldaia bruciando gas naturale (80%) e olio combustibile (20%), la cui reazione rende disponibile l'energia termica necessaria a trasformare in vapore l'acqua che scorre all'interno dei tubi del generatore (caldaia); il vapore viene addotto, tramite tubazioni, alla turbina che trasforma l'energia termica in meccanica. Infine l'alternatore, collegato alla turbina, converte l'energia meccanica in elettrica per un totale di 330 MW.
La nuova centrale in funzione
Con l'espressione ciclo combinato si definisce l'unione di due cicli tecnologici: uno composto da una turbina a gas (ciclo di Brayton) e l'altro da una turbina a vapore, che sfrutta il vapore prodotto in un generatore a recupero grazie all'utilizzo dei gas di scarico della turbina a gas; le due turbine sono poi collegate ai rispettivi generatori elettrici. Il ciclo di Brayton o turbogas è formato da un compressore che aspira, attraverso una batteria di filtri e un silenziatore, 1.700.000 Nm³/h d'aria dall'ambiente esterno portandola a una pressione di circa 18 bar. L'aria così compressa viene immessa nella camera di combustione della turbina assieme al combustibile, costituito esclusivamente da gas naturale (metano); i gas prodotti dalla combustione ad alta temperatura si espandono in una turbina a gas che, ruotando, trascina un alternatore che genera energia elettrica. I gas scaricati dal turbogas sono ancora molto caldi (circa 600 °C) e, se rilasciati direttamente in atmosfera, costituirebbero uno spreco energetico che l'impianto pagherebbe in termini di rendimento. Per evitare questo spreco e incrementare il rendimento della centrale, i gas di scarico del turbogas vengono inviati in un generatore di vapore a recupero, un grosso scambiatore di calore dove i gas cedono calore all'acqua, vaporizzandola. A questo punto i gas possono essere inviati al camino, avendo ormai una temperatura molto bassa (circa 80-90 °C) e quindi un basso contenuto energetico. Il vapore prodotto viene addotto alla turbina a vapore e, dopo aver ceduto la maggior parte della sua energia, viene scaricato in un condensatore, dove prima condensa, raffreddato dall'acqua prelevata tramite pompe dal fiume Po, e poi viene pompato nuovamente nel generatore di vapore a recupero per ricominciare il ciclo. Infine l'energia elettrica prodotta dai due alternatori viene elevata di tensione (a 380 kV) per mezzo di trasformatori collegati tramite elettrodotti alla rete nazionale.

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L'impianto DEMI per la demineralizzazione dell'acqua è stato completamente rinnovato

I vantaggi dei gruppi a ciclo combinato sono evidenti sia in relazione alle performance tecniche dell'impianto - perché la quantità di energia prodotta passa da 330 MW a 380 MW per ogni gruppo e il rendimento da 40% per il ciclo tradizionale aumenta al 56% per quello combinato - sia in relazione alle emissioni in atmosfera. Il gas naturale, composto in gran parte da metano (CH4), è infatti un combustibile fossile a ridotto impatto ambientale; durante la combustione reagendo con l'ossigeno produce prevalentemente CO2 e H2O e a differenza dell'olio combustibile che contiene zolfo, non dà luogo alle emissioni solforose responsabili delle piogge acide. Le quantità di emissioni solide (polveri) sono molto piccole, praticamente trascurabili, se rapportate a quelle di altri combustibili fossili; inoltre, poiché il gas ha una composizione più ricca di idrogeno e più povera di carbonio rispetto all'olio combustibile, consente di avere anche minori emissioni di anidride carbonica (CO2), in accordo con le linee di tendenza emerse nella Conferenza di Kyoto per la riduzione delle emissioni dei gas ad effetto serra.
La trasformazione da ciclo tradizionale a combinato dei primi due gruppi è avvenuta con successo ed ora è in fase di conclusione anche quella del terzo gruppo. A livello tecnico le maggiori difficoltà sono state di tipo logistico nella fase di demolizione dei vecchi impianti e camini al fine di creare spazio per le nuove opere, mentre a livello organizzativo Il personale è stato sottoposto ad un intenso addestramento per acquisire le informazioni necessarie alla gestione dei gruppi di generazione trasformati.
L'importanza dell'acqua
La centrale di Ostiglia è situata in prossimità del fiume Po da cui preleva l'acqua: una parte viene utilizzata per il raffreddamento dei quattro condensatori (uno per ciascun gruppo) e l'altra, opportunamente demineralizzata, costituisce un elemento fondamentale per far funzionare i quattro gruppi, sia quelli a ciclo combinato sia quello a ciclo tradizionale. L'acqua demineralizzata è anche necessaria allo stesso impianto di demineralizzazione durante la cosiddetta fase di rigenerazione delle linee.
L'impianto DEMI che ha la funzione di rendere l'acqua del fiume Po la più pura possibile fino a raggiungere una conducibilità di 0,05 µS/cm, è costituito da due sezioni distinte. Nella prima, il chiariflocculatore, si realizza un trattamento di depurazione preliminare dell'acqua per abbattere la durezza temporanea. La seconda sezione è costituita da 4 linee di produzione e da alcuni serbatoi di stoccaggio. Le linee funzionano secondo il principio dello scambio ionico grazie a dei filtri cationici e anionici attraverso cui l'acqua deve passare per perdere tutte quelle sostanze (metalli e idrati) che ne aumentano la conducibilità e diventare così sufficientemente pura per poter entrare nel ciclo a vapore, i cui componenti in caso contrario sarebbero soggetti ad una maggiore usura e ad una elevata possibilità di guasto.

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Ad oggi tutto l'impianto è gestito tramite un software di supervisione sviluppato da Sis.El., società specializzata nell'automazione di impianti in differenti settori

I filtri sono composti da resine che ogni 1000 m³ d'acqua demineralizzata prodotta devono essere rigenerati (una volta al giorno circa), con soluzione acida e con soda, per essere riportati alle condizioni originali e poter quindi funzionare sempre correttamente. Per un processo di rigenerazione completo occorrono circa 20 ore.
Ogni linea produce circa 50 m³/h di acqua. Per soddisfare il fabbisogno della centrale di acqua demineralizzata devono esser sempre in funzione almeno 2 linee; ogni gruppo ha infatti la necessità di avere circa 10 m³/h di nuova acqua per un totale di 40 m³/h. Per il processo di rigenerazione occorrono circa altri 40 m³/h d'acqua e parte dell'acqua deve essere tenuta come riserva in caso di emergenza. Quindi due linee di produzione a rotazione sono sempre in funzione, la terza è sottoposta a rigenerazione e la quarta viene tenuta di scorta o per essere utilizzata contemporaneamente alle prime due nei casi di grande necessità d'acqua, come per esempio nella fase di avviamento dei gruppi.
Una nuova logica per l'impianto DEMI
L'impianto DEMI per la demineralizzazione dell'acqua è stato completamente rinnovato. Nel 2003 infatti il sistema di automazione basato su una logica elettromeccanica/analogica è stato sostituito con uno nuovo basato su logica digitale.
Ad oggi tutto l'impianto è gestito tramite un software di supervisione sviluppato da Sis.El, società specializzata nell'automazione di impianti in differenti settori.
Per l'ammodernamento del sistema di supervisione e controllo Sis.El. ha realizzato un sistema ridondante (CPU dei PLC, bus di campo e HMI) per garantirne la sicurezza e l'affidabilità. Grazie all'utilizzo di un bus di campo e a PLC GE Fanuc serie 90/30 e Versamax, la società milanese è riuscita a limitare l'utilizzo di cavi procurando così un risparmio in termini di tempi e costi non solo iniziali, ma anche di manutenzione. Per quanto concerne invece il software di supervisione Sis.El ha riconfermato la propria preferenza per Super-Flash, il sistema di sviluppo di Automa con cui ha creato un applicativo standard, che gestisce 1.130 allarmi e circa 300 parametri, utilizzati per lo più per controllare e gestire le numerose valvole delle linee di produzione (più di 200) ed il delicato processo di rigenerazione che utilizza sostanze pericolose, come gli acidi, e che, se non viene eseguito correttamente, non permette l'efficiente produzione di acqua demineralizzata. Con MicroC, il compilatore di linguaggio C che permette di estendere le potenzialità del sistema di sviluppo di Automa, sono state implementate anche le funzioni di gestione parametri di impianto, gestione eventi (cambio dei parametri e manovre eseguite sulle utenze), conta ore utenze, gestione libera dei trends, gestione regolazioni PID.

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La centrale termoelettrica di Ostiglia

Grazie alla flessibilità di Super-Flash, Sis.El è stata in grado di adattare facilmente la grafica del suo SCADA alle esigenze della centrale che desiderava avere un'unica interfaccia per tutti supervisori; quello dell'impianto DEMI e quello, realizzato con Tenore di ABB, che gestisce 3 dei 4 gruppi.
Le postazioni Super-Flash sono tre: due in prossimità dell'impianto DEMI e l'altra in sala manovra. È quindi possibile gestire l'impianto sia in locale sia in remoto.
Grazie ad un OPC Applicom, infine, Super-Flash è in grado di scambiare informazioni con gli altri SCADA creando così un unico sistema integrato di supervisione.
BOX: Per una... Supervisione Libera
Super-Flash è il sistema di sviluppo di Automa per la realizzazione di applicativi di supervisione e di interfaccia uomo-macchina. Tali applicativi possono limitarsi a monitorare l'andamento di un impianto o di una macchina, oppure spingersi fino a comprendere funzionalità di supervisione e controllo, con l'obiettivo di "gestire" la realtà produttiva attraverso un PC. Grazie ai motori Wrunfile e Runfile, le applicazioni Super-Flash possono contare su un'elevata continuità di funzionamento. Oltre ad essere estremamente affidabile, il sistema di sviluppo è anche flessibile, adatto cioè a creare applicazioni per la gran parte dei settori industriali e per gli ambiti più specifici, come quello della Domotica e della Building Automation. Super-Flash è inoltre facile da utilizzare, anche da parte di utenti che non conoscono alcun linguaggio di programmazione, e permette di realizzare interfacce grafiche efficaci, consentendo di organizzare le informazioni nel modo più adeguato. Prodotto di punta della Supervisione Libera (gamma di prodotti per facilitare la realizzazione di applicazioni SCADA/HMI e la loro integrazione sia verso il campo sia verso i sistemi informativi), il sistema di sviluppo di Automa è a disposizione con alcuni servizi specifici, tra cui l'assistenza tecnica e i corsi di formazione, base o avanzati, erogati dagli stessi sviluppatori dei prodotti della linea.
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