I condensatori raffreddati ad aria eliminano l’uso dell’acqua dell’impianto

Molti impianti sono costretti dalle mutevoli leggi ambientali e dalla pressione pubblica ad adattare gli impianti di produzione di energia esistenti a sistemi di raffreddamento ad acqua a circuito chiuso o anche a opzioni di raffreddamento a secco, piuttosto che continuare con l’acqua di raffreddamento a fiume o nell’oceano. Nelle regioni aride in particolare, non c’è abbastanza acqua disponibile per soddisfare contemporaneamente i bisogni delle centrali elettriche e delle persone. (Vedi POWER, gennaio 2008, “Costlier, scarcer supply dictate making thermal plants less thirsty.”)

Lo sviluppatore pragmatico può anche selezionare il raffreddamento a secco all’inizio di un progetto perché aumenta le opzioni di ubicazione dell’impianto e il suo uso può accelerare significativamente l’approvazione dei permessi di costruzione perché i problemi di utilizzo dell’acqua sono eliminati dal tavolo. Accorciare il calendario di un progetto anche di sei mesi può cambiare completamente l’economia di un progetto e bilanciare facilmente l’aumento del costo del capitale delle opzioni di raffreddamento a secco.

Le applicazioni di raffreddamento a secco negli Stati Uniti non sono state limitate alle regioni aride, ma sono state anche specificate per impianti situati in zone orientali, settentrionali e di montagna dove l’acqua è tipicamente più abbondante (Figura 1). Perché questo? Negli ultimi anni, ci sono molte più ragioni per considerare il raffreddamento a secco in generale, e il condensatore ad aria (ACC) in particolare, che la semplice mancanza di acqua disponibile (vedi barra laterale). Per esempio, ci sono forti indicatori che le applicazioni di raffreddamento a secco stanno diventando un’opzione di progettazione standard per le centrali elettriche. Infatti, anche le aree con abbondanti risorse idriche – come Inghilterra, Irlanda, Belgio, Lussemburgo e Italia settentrionale (Figura 2) – stanno adottando questa tecnologia. Infatti, il più grande impianto a ciclo combinato in Europa è valutato a 1.200 MW e usa un condensatore raffreddato ad aria.

La Cina è molto preoccupata di stressare ulteriormente le sue riserve d’acqua e ha adottato il raffreddamento a secco per molte delle sue nuove centrali. Infatti, la Cina ha installato condensatori raffreddati ad aria su oltre 35.000 MW del suo fiorente parco di nuovi impianti e ha dominato il mercato delle installazioni negli ultimi anni (Figura 3). Negli ultimi due anni, la Cina ha acquistato una media di un nuovo ACC al mese per nuove centrali a carbone, con capacità tipiche di 2 x 300-MW o 2 x 600-MW (Figura 4).

In Cina, così come in altre località del mondo, il sito di un impianto non deve più essere situato vicino a una fonte d’acqua se viene scelto l’ACC. Invece, la posizione può essere ottimizzata per quanto riguarda le linee di trasmissione e le linee di distribuzione del gas (per gli impianti a ciclo combinato) o le linee ferroviarie (per gli impianti a carbone). In Cina, gli impianti a combustibile solido sono generalmente situati vicino alle miniere di carbone, il che spiega il recente interesse di quel paese per il raffreddamento ad aria.

Infine, il costo del terreno può essere ridotto quando non è richiesto un sito di impianto sul lago, sul fiume o sull’oceano.

Tendenze di mercato positive

Tra gli anni ’60 e ’90, l’Europa aveva un mercato molto piccolo per centrali elettriche grandi o medie. Si affidava invece alle grandi centrali a carbone e alle centrali nucleari. Al contrario, i progetti di raffreddamento a secco sono cresciuti in popolarità in Medio Oriente, Cina, Sud Africa e Stati Uniti, spinti dalla mancanza di acqua (nelle miniere di carbone, in ambienti desertici o per altre ragioni simili). Dopo il 1990, il mercato mondiale del raffreddamento a secco ha cominciato ad esplodere e si è moltiplicato circa 20 volte solo negli ultimi 13 anni (Figura 5).

Nel brevissimo termine, il mercato delle apparecchiature di raffreddamento a secco continuerà probabilmente ad essere abbastanza attivo in Cina, considerando le enormi richieste elettriche di questo paese in rapida crescita. Una crescita ragionevole è prevista anche in Europa, dato che molti paesi dell’Unione Europea hanno un rinnovato interesse nella gestione delle loro future forniture d’acqua. Anche il Medio Oriente (area degli Emirati) e l’India diventeranno sicuramente due mercati molto importanti nel prossimo futuro. Negli Stati Uniti, il mercato è in costante crescita dalla metà del 2005.

Caso di studio: L’impianto Astoria Energy, New York City

Forse uno dei progetti a ciclo combinato più impegnativi da registrare è stato il progetto Astoria Energy da 550 MW, costruito su un sito di 23 acri lungo l’East River, ad Astoria, Queens, New York City (NYC). Il progetto ACC ha usato ventilatori di 36 piedi di diametro progettati per un basso rumore, perché le sale di accordatura della fabbrica di pianoforti Steinway, famosa in tutto il mondo, si trovano proprio di fronte all’impianto. Il progetto è entrato in servizio commerciale nel maggio 2006.

L’Astoria Energy da 565 milioni di dollari è stato il più grande impianto costruito a NYC in oltre 25 anni. L’impianto è una configurazione 2 x 1 ancorata a due turbine a gas GE 7FA, due generatori di vapore a recupero di calore (HRSG) Alstom, una turbina a vapore Alstom e un condensatore a vapore raffreddato ad aria SPX Cooling Technologies.

Il progetto è stato completato meno di 24 mesi dopo la prima pala di terra. Questo programma può sembrare una passeggiata a Central Park a un costruttore di impianti esperto – se hai un sito verde nel Midwest. Non è così a New York, dove i camion hanno un accesso limitato a questo piccolo sito industriale senza un’area di deposito significativa. Ciò significa che la sequenza di costruzione doveva essere supportata da consegne giornaliere e puntuali di materiale, rendendolo un progetto di costruzione just-in-time. Ciò che il sito dell’impianto forniva, tuttavia, era un accesso in acque profonde per consentire la consegna delle attrezzature su chiatta. Il progetto Astoria Energy ha spinto i limiti della modularizzazione delle attrezzature fuori dal sito, e i due anni di durata del progetto ne attestano il successo.

I principali appaltatori del progetto – che includevano The Shaw Group, Alstom Power e SPX Cooling Technologies – hanno trasformato le tipiche pratiche di costruzione assemblando i moduli principali, compresi gli HRSG completamente assemblati e il condensatore ad aria, fuori dallo stato e poi trasportandoli sul sito. Un’interessante ragione pratica per cui il progetto è stato approvato: NYC richiede che l’80% di tutta l’elettricità sia generata all’interno dei cinque distretti a causa della limitata capacità di trasmissione nella città.

Uno dei maggiori ostacoli del permesso di NYC era quello di progettare un impianto che eliminasse l’uso dell’East River per il raffreddamento una tantum. Infatti, il permesso finale specifica che l’ACC non consumerà o rigetterà alcuna acqua nell’ambiente.

Assemblaggi prefabbricati. L’ACC per questo progetto consisteva di 24 moduli/ventilatori ed è stato preassemblato a 300 miglia a sud di NYC in un cantiere navale situato vicino a Norfolk, in Virginia. Questa struttura fuori sede ha permesso di avere spazio e tempo per pre-montare i moduli ACC molto prima di quando erano necessari nel sito di Astoria. Il clima più temperato ha aumentato la produttività della manodopera in Virginia e, cosa altrettanto importante, il sito aveva uno spazio più che adeguato per il deposito del materiale e le attrezzature di sollevamento (Figura 6).

L’ACC a 24 moduli è stato costruito in 12 sezioni di moduli affiancati (Figura 7). Ciascuna delle 12 sezioni dell’ACC misurava quasi 43 piedi di larghezza x 85 piedi di lunghezza x 49 piedi di altezza, e ciascuna pesava circa 300 tonnellate. Due sezioni dell’ACC sono state sollevate su una chiatta e poi due chiatte sono state spedite insieme dalla Virginia al cantiere con un rimorchiatore (Figura 8).

Montaggio e avviamento rapidi. Solo nove mesi dopo l’aggiudicazione del contratto, le sezioni ACC hanno iniziato ad arrivare al sito di Astoria per l’assemblaggio finale. Quando le chiatte sono arrivate al cantiere, sono state immediatamente scaricate su un carrello motorizzato a basso profilo industriale e rotolate in posizione accanto alla struttura di supporto in acciaio ACC che era già stata eretta in loco (Figura 9). Una gru da 1.000 tonnellate ha sollevato ciascuno dei 12 moduli in posizione, al ritmo di circa due sezioni alla settimana (Figura 10).

Il condotto del vapore, anch’esso preassemblato fuori sede, è arrivato per il montaggio finale in cantiere in lunghezze determinate dalla dimensione della chiatta lunga. In tutto, l’80% delle ore uomo totali richieste per assemblare l’ACC sono state lavorate in Virginia, con un notevole risparmio sui costi rispetto alla fabbricazione in cantiere (Figura 11). Inoltre, rispetto ad altri progetti a ciclo combinato ACC nella zona, l’approccio di modularizzazione ha ridotto facilmente il tempo richiesto per l’installazione degli ACC del 50%.

-William Wurtz ([email protected]) è vice presidente e direttore generale di Dry Cooling, Americas per SPX Cooling Technologies Inc.

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