Lezione n.1

“Tecnico Superiore per la gestione e la verifica di impianti energetici” European Qualification Framework - EQF

Valutazione degli effetti ambientali della conversione ed utilizzo dell’energia

Energia e Ambiente

EMISSIONI IN ATMOSFERA

Ing. Michele Vannuccini AA 2015 - 2016

Ing. Michele Vannuccini INGEGNERE PER L’AMBIENTE ED IL TERRITORIO

Laureato presso l’Università degli Studi di Firenze A.A. 2002-2003

CONTATTI:

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DOCENTE

Va l u t a z i o n e d e g l i e f f e t t i a m b i e n t a l i d e l l a

c o n v e r s i o n e e d u t i l i z z o d e l l ’ e n e r g i a

DOCENTE



Sede Legale

Via Borgo San Donnino, 208

50052 Certaldo (FI)

Sede Amministrativa e Operativa

Via Senese,94

50028 Tavarnelle Val di Pesa (FI)

Tel 055-5355773

Fax 055-7729377

[email protected]

www.erre-energie.it

Erre Energie Srl è una società di servizi energetici costituita nel 2009 ed è

attiva sul territorio nazionale con interventi in ambito civile, industriale e nel

terziario.

L'attività di ricerca e sviluppo costante, portata avanti da un pool di tecnici

formati nella Gestione dell’Energia (EGE), ha permesso all'azienda di

consolidare in pochi anni la sua presenza sul mercato energetico legato alle

fonti rinnovabili. L’azienda è accreditata presso l'AEEG (Autorità per l'Energia

Elettrica e il Gas) quale ESCo (Energy Service Company) ed è, quindi,

soggetto riconosciuto nel mercato dei Titoli di Efficienza Energetica (TEE),

contribuendo al raggiungimento degli obiettivi previsti dal protocollo di Kyoto.

Attraverso questo meccanismo Erre Energie finanzia (totalmente o

parzialmente) l'installazione di tecnologie ad alta efficienza.

La nostra mission è la riduzione dei consumi energetici e la diffusione delle

fonti energetiche rinnovabili grazie a soluzioni tecnologiche evolute, studiate

appositamente per la pubblica amministrazione in combinazione a

finanziamenti o incentivi ove presenti, con il fine di migliorare l'efficienza

energetica e la salvaguardia dell’ambiente.

DOCENTE







Sezione Macchine

• Fornire le conoscenze fondamentali sulla tipologia e caratteristiche delle

emissioni inquinanti connesse alla produzione ed utilizzo di energia, con

particolare riferimento alla qualità dell’aria

• Fornire le conoscenze e le competenze operative di base sulla diffusione

delle emissioni (gas e particolato) nell’ambiente aeriforme

• Imparare i fondamenti della Life Cycle Analysis

OBIETTIVI DEL CORSO



PREREQUISITI

SCAMBIO TERMICO

FLUIDODINAMICA

TERMODINAMICA

CONOSCENZA

DI BASE



PROGRAMMA DEL CORSO

A. Valutazione e verifica delle emissioni in atmosfera

Emissioni caratteristiche di impianti di conversione:

• impianti a vapore/generatori di calore

• turbine a gas

• motori volumetrici a combustione interna

Emissioni da traffico veicolare

Fattori di emissione

Inventari delle emissioni

Inquinanti primari, secondari, in traccia

Normativa sulle emissioni inquinanti

Unità di misura, conversioni e correzioni per confronto con limiti normativi

Emissioni alla fonte

Testo Unico sull’Ambiente

BATs e BREF



PROGRAMMA DEL CORSO


Introduzione alla combustione

• Combustibili tecnici

• Caratteristiche ed analisi del combustibile

• Conduzione di calcoli sulla stechiometria della combustione

• Calcolo dei reagenti e dei prodotti



PROGRAMMA DEL CORSO


Effetto serra e contenimento delle emissioni di anidride carbonica

Protocollo di Kyoto

Carbon Footprint - Esempi di calcolo

Emissioni di metano

Life Cycle Assessment



PROGRAMMA DEL CORSO


La misura delle emissioni gassose e di particolato

Conversione tra unità di misura volumetriche, di massa ed energetiche

Analizzatori di gas (principio di funzionamento): NDIR, FID, CL, polarografici

e paramagnetici.

Analizzatori di combustione

Gascromatografo



PROGRAMMA DEL CORSO

B. Trattamento delle emissioni

Rimozione del particolato

Efficienza di rimozione

Distribuzioni di granulometria

Equilibrio dinamico delle particelle

Cicloni, principio fisico di funzionamento

Perdita di pressione nei cicloni

Multicicloni, cicloni a umido

Principi di funzionamento di sistemi con filtri elettrostatici ed a maniche

Selezione del sistema di depolverazione



PROGRAMMA DEL CORSO


Rimozione degli inquinanti gassosi

Condensazione

Assorbimento (torri di lavaggio, scrubber venturi, spray absorber)

Adsorbimento

Rimozione per combustione/ossidazione



PROGRAMMA DEL CORSO


Esempi di sistemi industriali di trattamento effluenti:

• Desolforazione

• Rimozione dei gas acidi e degli NOx

Sistema AMIS per trattamento effluenti da impianti geotermici

Cenni alle soluzioni per la cattura e lo stoccaggio dell'anidride carbonica



TESTI, DOCUMENTAZIONE E PROVE D’ESAME

• Culp, A., 1980, “Energy Conversion”, McGraw-Hill.

• Finzi, G., Brusasca, G., 1991, "La qualità dell'aria. Modelli previsionali e

gestionali", Masson

• Wark, K., Warner, C.F., 1981, "Air Pollution. Its origin and control", Harper &

Row.

• Zannetti, P, “Air Pollution Modeling” Computational Mechanics Publications,

Van Nostrand-Reinhold, 1990.

• Cau, G., Cocco, D., “L’Impatto Ambientale dei Sistemi Energetici”, SGE 2004

• Caputo, C. (a cura di), “L’Impatto delle Macchine sull’Ambiente”, Masson, 1998

• Bejan, Moran, Tsatsaronis, “Thermal Design and Optimization”, Wiley

Modalità di esame:

• n.1 Prova di verifica scritta

• Eventuale esame orale basato sulle carenze dimostrate nelle prove scritte



CALENDARIO DEL CORSO

Data Orario N. ore Docente

martedì 22 settembre 2015 9.00 - 13.00 4 Vannuccini

martedì 29 settembre 2015 14.00 - 18.00 4 Vannuccini

giovedì 8 ottobre 2015 10.00 - 13.00 4 Vannuccini

venerdì 16 ottobre 2015 9.00 - 13.00 4 Lombardi

martedì 20 ottobre 2015 14.00 - 17.00 4 Vannuccini

venerdì 23 ottobre 2015 9.00 - 13.00 4 Lombardi

martedì 27 ottobre 2015 14.00 - 17.00 4 Vannuccini

venerdì 6 novembre 2015 14.00 - 18.00 4 Lombardi

mercoledì 11 novembre 2015 14.00 - 18.00 4 Patrizi


martedì 17 novembre 2015 14.00 - 18.00 4 Patrizi


martedì 24 novembre 2015 14.00 - 18.00 4 Patrizi


martedì 1 dicembre 2015 14.00 - 18.00 4 Patrizi

mercoledì 9 dicembre 2015 14.00 - 18.00 4 Patrizi

venerdì 11 dicembre 2015 9.00 - 13.00 4 Lombardi

venerdì 18 dicembre 2015 9.00 - 13.00 4 Lombardi ESAME FINALE



INQUINAMENTO ATMOSFERICO

E m i s s i o n i i n a t m o s f e r a d a i m p i a n t i d i

c o n v e r s i o n e d e l l ’ e n e r g i a







Presenza nell'atmosfera di sostanze che causano una riduzione dell’utilizzabilità

della risorsa, in termini di qualità, e/o un effetto negativo misurabile su esseri umani,

flora, fauna o materiali; queste sostanze di solito non sono presenti nella normale

composizione dell’aria, oppure lo sono a livelli di concentrazione inferiori.















EMISSIONI IN ATMOSFERA DA IMPIANTI DI CONVERSIONE DELL’ENERGIA



Specie Effetto Inquinante Tempo di Residenza

CO2 – Anidride Carbonica Effetto Serra Molto Elevato – effetto globale

CO – Monossido di Carbonio Tossico, tende a legarsi

con

emoglobina

Basso – effetto locale

HC – idrocarburi

tra cui gli IPA

Smog fotochimico,

cancerogeni, tossico,

effetto sera (CH4)


Elevato – effetto globale

NOx - ossidi di azoto Smog fotochimico,

deposizioni acide, tossico,

effetto serra


SOx - ossidi di zolfo Tossico, deposizioni acide Basso – effetto locale

PTS - Particolato solido

sospeso (totale)

Tossico, effetto frigorifero Basso – effetto locale

Microinquinanti Organici

Diossine e Furani

Tossico Elevato – effetto locale

SITUAZIONE GENERALE E CONFRONTO CON ALTRE FONTI

DI INQUINAMENTO – DATI ISPRA 2012



= 1000 t

















Benzene





Composti Organici Volatili – Non Metanici

IMPIANTI



IMPIANTI A VAPORE



IMPIANTI A VAPORE Caratterizzazione:

Sono del tipo a combustione esterna: le emissioni sono del tutto simili a quelle degli

impianti per produzione di calore e dipendono in larga misura dal tipo di

combustibile utilizzato.

Quantitativamente sono rilevanti perché questi impianti coprono la maggior parte del

carico termoelettrico.

Inoltre per le loro caratteristiche di flessibilità si tende ad utilizzarli proprio con

combustibili difficili e di basso costo.

Inquinanti in traccia metalli pesanti

diossine

ammoniaca

mercurio

arsenico

inq. radioattivi

Ossidi di azoto

Ossidi di zolfo

Monossido di carbonio ed

idrocarburi incombusti (HC)

Particolato



IMPIANTI A VAPORE

Motivazioni delle emissioni:

• La maggior parte dei problemi si presenta per utilizzo di combustibili

solidi (carbone, CDR = combustibile derivato da rifiuti): questi, oltre

a contenere impurità, bruciano con rapporti di miscela

aria/combustibile locali non perfettamente omogenei e richiedono

per questo condizioni ossidanti (eccesso d’aria complessivo

considerevole)

• I problemi più gravi si hanno per combustibili (solidi o liquidi) a forte

tenore di zolfo (olii combustibili, carbone: fino al 7%)



IMPIANTI A VAPORE

Soluzioni:

• Utilizzo di combustibili a basso tenore di zolfo (originari o desolforati)

• Desolforazione dei gas di scarico

• Rimozione del particolato (cicloni, filtri elettrostatici, filtri a manica)

• Combustori a bassa emissione di NOx (combustione a stadi, anche a

livello del focolare)

• Denitrificazione dei gas di scarico

• Controllo accurato della temperatura allo scarico e delle condizioni

operative dei filtri (emissioni in traccia)

• Miglioramento della regolazione (transitori di accensione e

spegnimento, modulazione del carico)



IMPIANTI A VAPORE

Soluzioni avanzate:

• Combustione in letto fluido (limitazione NOx e possibilità di rimozione a

caldo di specie acide con uso di additivi).

Il combustore a letto fluido è costituito essenzialmente da un cilindro verticale in

cui il combustibile (ad esempio il rifiuto o il CDR) viene tenuto in sospensione

(fluidificato) da una corrente d’aria inviata attraverso una griglia posta alla base

del cilindro stesso. In molti casi il cilindro contiene un inerte che si mescola al

materiale da bruciare all’atto dell’alimentazione, in modo da favorire i processi di

scambio termico, fornire sufficiente inerzia termica al sistema e regolarizzare il

processo. Un tipico inerte è costituito da sabbia. L’aria assolve alla duplice

funzione di partecipare al processo di combustione e, fatto più specifico, di

sollevare la massa di sabbia che sovrasta la griglia. La camera di combustione è

rappresentata proprio dal letto di sabbia in stato fluido e la camera del materiale,

entrando in questa zona, subisce subito quei processi di disidratazione e di

combustione tipici del processo, data anche l’elevata superficie di scambio



IMPIANTI A VAPORE

Soluzioni avanzate:



IMPIANTI A VAPORE

Soluzioni avanzate:

• Sostituzione con gassificatori di combustibili solidi, accoppiati a sistemi a

ciclo combinato gas-vapore

La Gassificazione è una tecnologia di conversione termochimica per mezzo della

quale un combustibile solido (Biomassa legnosa) viene trasformato in un

combustibile gassoso (Syngas).

La trasformazione avviene in un reattore stagno, in mancanza di ossigeno e a

temperature intorno ai 1000 °C.

Il Syngas può essere utilizzato per la produzione di Energia Termica ed Energia

Elettrica, in maniera combinata tramite un cogeneratore. L'energia prodotta

utilizzando il Syngas o Gas di sintesi è a tutti gli effetti un'energia rinnovabile.



IMPIANTI TURBOGAS

Gli impianti a turbina a gas sono composti da un compressore ed una

turbina collegati tra loro meccanicamente, come visibile in figura, l’aria

compressa viene inviata al combustore dove si miscela con il

combustibile, ed i gas combusti così prodotti espandono in turbina

cedendo la loro energia.



IMPIANTI TURBOGAS

La differenza sostanziale rispetto alle turbine a vapore risiede nel fatto

che in quelle a gas il fluido operativo è il prodotto stesso della

combustione e pertanto deve essere privo di particelle solide e corrosive

che potrebbero danneggiare irrimediabilmente le palettature; per questo

motivo (salvo particolari soluzioni) non è possibile utilizzare combustibili

solidi ma esclusivamente liquidi (olii combustibili a basso tenore di zolfo)

o gassosi (gas naturale o di sintesi).

I gas di scarico espansi possiedono ancora una notevole quantità di

calore, che può essere perduta allo scarico (Ciclo Semplice) oppure

recuperata installando un impianto a vapore che recuperi il calore

residuo (Ciclo Combinato o Cogenerativo) per produrre altra energia

elettrica mediante una turbina a vapore, oppure direttamente vapore o

acqua calda per usi tecnologici o di teleriscaldamento.



IMPIANTI TURBOGAS

I turbogas hanno caratteristiche di emissione estremamente ridotte,

specialmente nelle applicazioni terrestri dove sono tipicamente alimentati

da gas naturale.

Ossidi di azoto

Monossido di carbonio ed

idrocarburi incombusti (HC)

Particolato



IMPIANTI TURBOGAS

Motivi:

• Il quantitativo di NOx emessi, riferito all’unità di energia, è molto basso; la

combustione in rilevante eccesso d’aria favorisce però l’ossidazione diretta a

NO2 (più tossico di NO)

• Gli idrocarburi incombusti non dovrebbero formarsi in una TG correttamente

gestita (possono formarsi nel caso di TG alimentate a liquido con ugelli

atomizzatori sporchi). Il CO è emesso in quantità molto limitata e

principalmente al carico minimo

• La fumosità è assente nel caso di alimentazione a gas naturale; può essere un

problema per alimentazione a combustibile liquido (propulsione aeronautica)

• Nelle applicazioni a ciclo combinato con turbine a gas si raggiungono

rendimenti molto elevati (>60%). Di conseguenza si ha un inquinamento

termico (calore di scarico) molto ridotto, ed una produzione di inquinanti e di

CO2 riferiti all’unità energetica (kWh) tra le più basse ottenibili nel campo della

conversione dell’energia

• Problemi di emissioni possono incontrarsi con TG che operano su combustibili

di scarso pregio (olio pesante, carbone, scarti di raffineria, etc.)



IMPIANTI TURBOGAS

Soluzioni di trattamento:

• Utilizzo di combustibili pregiati (gas naturale)

• Controllo dell’eccesso d’aria (diminuire al minimo l’aria in eccesso alla

combustione in modo da evitare di avere ossigeno libero di legarsi all’azoto

dell’aria stessa)

• Combustori a bassa emissione di NOx (combustione a stadi; ricircolo dei gas

di combustione)

• Denitrificazione dei gas di scarico (costosissima, tecnologia consente di ridurre

la formazione degli NOx grazie all’immissione in camera di combustione di

acqua o vapore. Nel caso di acqua essa, evaporando, assorbe calore dalla

fiamma, mitigandone la temperatura. Nel caso di vapore si punta ad una

semplice riduzione di temperatura della fiamma per mescolamento con vapore

a temperatura più bassa. Quest’ultimo caso è però più frequente nelle camere

di combustione delle turbine a gas, per ridurre le sollecitazione termica delle

palette. L’effetto benefico della riduzione degli ossidi di azoto è anche in tal

caso dovuto alla riduzione della temperatura di fiamma e quindi alla

mitigazione della formazione di NOx termici.)



IMPIANTI TURBOGAS

Soluzioni avanzate:

• Combustori catalitici (mediante opportuni catalizzatori, si cerca di far avvenire

la reazione di ossidazione del combustibile a temperature inferiori a quelle

usuali, fino a 1000 °C in meno rispetto ad una combustione convenzionale. In

tal modo si hanno notevoli riduzioni delle emissioni di NOx)

Il processo di SCR attua una riduzione degli ossidi di azoto, i quali alla fine

sono convertiti in azoto molecolare (N2) ed acqua (H2O), mediante l’aggiunta

di ammoniaca (NH3) o di urea (CH4N2O), che fungono da agenti riducenti.

La cinetica delle reazioni chimiche di riduzione è agevolata dall’utilizzo di un

apposito catalizzatore, il quale serve a garantire un adeguato grado di

conversione dei reagenti nei prodotti finali (dal momento che tale intervento si

svolge in un range di temperature comprese tra 250 °C e 450 °C e quindi con

bassi livelli di energia di attivazione)



IMPIANTI CON MOTORI A COMBUSTIONE INTERNA (MCI) VOLUMETRICI ALTERNATIVI (NAVI, VEICOLI)



Il motore a combustione interna (MCI) è definito come macchina motrice

endotermica che permette di convertire l'energia chimica, posseduta da una

miscela aria-combustibile (benzina-diesel-cherosene-gpl-metano-ecc...), in

lavoro meccanico reso disponibile all'albero motore ed in generale al sistema di

trasmissione.

I motori a scoppio o diesel sono CHIAMATI ALTERNATIVI perché utilizzano un

meccanismo biella-manovella per la trasformazione del moto alternativo di uno

stantuffo (PISTONE) in moto rotatorio dell’albero motore.




MOTORI A CARBURAZIONE (o a SCOPPIO): sono quelli in cui il combustibile

liquido nebulizzato viene mescolato con l’aria comburente formando una

miscela gassosa che viene introdotta nel cilindro operatore. Quando la miscela

è compressa, una scintilla generata dalla candela ne provoca la combustione.

Per tale motivo questi motori si chiamano anche ad accensione comandata.




MOTORI A INIEZIONE (o DIESEL): sono quelli in cui il combustibile

polverizzato viene introdotto all’interno del cilindro operatore che già contiene

aria compressa e ad elevata temperatura. Il combustibile a contatto con l’aria

comburente calda si incendia spontaneamente; da qui il nome di motori ad

accensione spontanea.




Caratterizzazione:

I Motori Volumetrici a Combustione Interna sono responsabili di gran parte

dell’inquinamento atmosferico legato alla conversione dell’energia.

Microinquinanti ad alta tossicità

Ossidi di azoto

Monossido di carbonio ed idrocarburi incombusti (HC)

Particolato




Motivi:

I tempi limitati a disposizione per il completamento delle reazioni di

combustione sono i principali responsabili delle elevate emissioni (cinetica

chimica).

Il rendimento basso, specie nelle applicazioni come l’autotrazione che

richiedono l’esercizio con carichi molto variabili, comporta cifre di emissione

riferite all’unità di energia prodotta estremamente elevate. Peraltro in queste

applicazioni si preferisce riferire le emissioni all’ambiente al chilometro oppure

(più correttamente, in modo da tenere conto degli effetti dinamici che sono

molto importanti) a cicli di riferimento (ECE, SAE, etc.).

NOTA: Il ciclo Urbano di Omologazione ECE. - Questo ciclo fa riferimento ad una procedura di prova per calcolare i

consumi di combustibile, in cui il veicolo è accelerato, frenato e lasciato girare a regime di rotazione minimo per

intervalli di tempo prestabiliti. Questa analisi permette di confrontare sullo stesso percorso auto diverse.




Motivi:

Per il CO i MCI sono responsabili di oltre il 40% del rilascio globale

nell’ambiente.

Anche la produzione di HC è rilevante (>40% tra Benzene e non-metanici

generici - come per il CO a seguito di problemi di incompleta combustione e di

cinetica delle reazioni relativamente lenta rispetto ai tempi limitatissimi

disponibili per il ciclo).




Motivi:

Per gli NOx la quota di produzione dei MCI è valutata superiore al 50% delle

immissioni totali nell’ambiente. Nel panorama attuale buona parte delle emissioni

sono legati ai motori diesel (automobili e veicoli commerciali pesanti + bus).




Motivi:

Per il particolato, particolarmente evidenti sono i problemi dei motori diesel, legati

in genere a non corretta manutenzione della pompa di iniezione e ad

atomizzazione insoddisfacente del combustibile.

Oggi si vanno diffondendo filtri specifici allo scarico (Trappole di particolato). Il

particolato emesso (in misura minore) dai MCI ad Acc. Comandata è peraltro più

insidioso, di granulometria più fine, meno evidente ma più tossico per la sua

capacità di adsorbire e trasportare microinquinanti nocivi.




Motivi:

I MCI sono responsabili di una serie molto ampia di microinquinanti, perlopiù HC di

catena benzenica, ma anche ammoniaca e diossine di elevata tossicità. Di nuovo,

i tempi limitati disponibili per la combustione e lo scarico pongono problemi molto

ardui per la possibilità sia di riduzione alla fonte, sia di trattamento dopo

l’emissione.




Soluzioni di trattamento:

• Per CO ed HC la soluzione - previa ottimizzazione dei parametri di gestione del

motore - è la rimozione catalitica in ambiente ossidante

• Una quota non trascurabile delle emissioni di HC non proviene dalla

combustione (es. vapori di olio dal carter motore; vapori di combustibile dalle

operazioni di rifornimento) ed il suo contenimento deve essere affrontato in

modo diverso dal trattamento delle emissioni allo scarico (es. riciclaggio vapori

del carter; ottimizzazione del sistema di distribuzione e rifornimento;…)

• Per gli NOx la soluzione di trattamento è ancora la rimozione catalitica, ma in

ambiente riducente. Ciò impone la necessità di una corretta gestione elettronica

del complesso catalizzatore/sistema di iniezione

FATTORI DI EMISSIONE






I fattori di emissione legati a processi di combustione possono essere

indifferentemente espressi secondo le seguenti grandezze:

• Quantità di inquinante prodotto per unità di massa di combustibile

(es. g/tcombustibile)

• Quantità di inquinante prodotto per unità di energia di combustibile

(es. g/GJcombustibile)

• Quantità di inquinante prodotto per tonnellata di petrolio equivalente

(es. g/tep)

• Quantità di inquinante prodotto per unità di volume di fumi di

combustione, o concentrazione di inquinante

(es. g/Nm3fumi)

• Quantità di inquinante prodotto nell’unità di tempo

(es. g/s)

• Quantità di inquinante prodotto per unità di energia prodotta

(es. g/kWh)




TEP (TOE) = Tonnellata

equivalente di petrolio

(total oil equivalent),

rappresenta la quantità

di energia rilasciata da

una tonnellata di petrolio

(1 TEP = 42 GJ).

CALCOLO DEL FATTORE DI EMISSIONE - ANIDRIDE CARBONICA -



Bilancio elementare della combustione del Carbonio:

CARATTERISTICHE DEI COMBUSTIBILI SOLIDI



CARATTERISTICHE DEI COMBUSTIBILI LIQUIDI



CARATTERISTICHE DEI COMBUSTIBILI GASSOSI



FATTORI DI EMISSIONE CO2



TECNICHE DI RIDUZIONE DELLE EMISSIONI DI CO2



ESEMPI DI CALCOLO – FATTORI DI EMISSIONE CO2 CENTRALE TERMOELETTRICA A CARBONE



• Uso di carbone con la composizione riportata in tabella

• Efficienza elettrica pari al 40%

• Potere Calorifico Inferiore pari a 31.000 kJ/kg

• Potenza netta centrale: 320 Mwe

• Ore di funzionamento annue: 7500 h/anno

ESEMPI DI CALCOLO – FATTORI DI EMISSIONE CO2



0,845 kgC/kgf % massa C

31000 kJ/kgf Potere calorifico

3,67 kgCO2/kgCConversione C-CO2

0,4 Eta Rendimento 3600 kJ/kWh

320 Mwe Potenza elettrica Fattore conversione

800 MWT Potenza termica focolare

7500 h/anno Ore/anno funzionamento

25,81 kg/s f Portata combustibile

21,81 kg/s C Portata carbonio

79,96 kg/s CO2 287,85 t/h Emissioni assolute

2158838,71 T/a 2158838710 kg/a

2400000 MWh/a 2400000000 kWh/a

0,90 kg CO2/kWh

Emissione specifica: 899,52 gCO2/kWh

kgCO2/MWh

ESEMPIO DI CALCOLO DI EMISSIONI DI CO2 CICLO COMBINATO CON TG (320 MWE)



• Gas naturale 90%

• Potere Calorifico Inferiore CH4 pari a 46.600 kJ/kg

• Rendimento = 56%

• Tempo di funzionamento: 8000 h/anno

ESEMPIO DI CALCOLO DI EMISSIONI DI CO2 CICLO COMBINATO CON TG (320 MWE)




46600 kJ/kgf Potere calorifico inferiore

2,75 kgCO2/kgCH4 Conversione CH4-CO2



571,43 MWT Potenza termica camera combustione



11,04 kg/s C Portata metano


874064,99 T/a 874064991 kg/a

2560000 MWh/a 2560000000 kWh/a

0,34 kg CO2/kWh


kgCO2/MWh

ESEMPIO DI CALCOLO DI EMISSIONI DI CO2 TERMOVALORIZZATORE




0,093 kgC/kgf % massa C NonRinn

10450 kJ/kgf Potere calorifico inferiore



3,666667 Rapporto kgCO2/kgC

68,18182 MWT Potenza termica focolare



ESEMPIO DI CALCOLO DI EMISSIONI DI CO2 TERMOVALORIZZATORE



1,83 kg/s C Portata carbonio


192918,66 T/a 192918660 kg/a

120000 MWh/a 120000000 kWh/a

1,61 kg CO2/kWh


kgCO2/MWh

0,61 kg/s C Portata carbonio Non Rinnovabile


64076,555 T/a 64076555 kg/a

120000 MWh/a 120000000 kWh/a

0,53 kg CO2/kWh


kgCO2/MWh

INVENTARI



Per caratterizzare un processo con emissioni inquinanti in

atmosfera se non sono disponibili misure legate al

monitoraggio in continua della sorgente emissiva o a controlli

periodici effettuati dagli enti competenti (ARPA) si utilizzano

FATTORI DI EMISSIONE derivanti da INVENTARI

Un inventario di emissioni viene definito dal DM 20.05.91 come:

“una serie organizzata di dati relativi alla quantità di inquinanti introdotti

in atmosfera da sorgenti naturali e/o attività antropiche”

INVENTARI, QUALI APPLICAZIONI?



• Fornire un supporto per la valutazione e la gestione della qualità

dell’aria ambiente (Dlgs 351/99 e DM 261/02)

• Permettere la stesura di mappe delle emissioni per la pianificazione

Territoriale

• Realizzare una banca dati a cui attingere per rispondere agli obblighi

normativi (convenzioni internazionali)

• Fornire i dati di input ai modelli matematici di dispersione e meteo

• Rendere possibile l’elaborazione di scenari di intervento al fine di

ridurre l’incidenza di uno o più inquinanti (accordi di programma

PM10)

INVENTARI – FINALITÁ



INVENTARI



INVENTARIO EUROPEO DELLE EMISSIONI

European Environment Agency EEA

EMEP / CORINAIR Emission Inventory Guidebook (2013)

http://www.eea.europa.eu/publications/emep-eea-guidebook-2013

INVENTARIO AMERICANO DELLE EMISSIONI

Environmental Protection Agency EPA

AP42, Fifth Edition – Compilation of Air Pullutant Emission Factors (2007)

http://www3.epa.gov/ttnchie1/ap42/

INVENTARIO REGIONALE DELLE EMISSIONI - Regione Toscana Generalmente un inventario si intende localese l’entità territoriale o amministrativa a cui si riferisce la stima di emissioni è

subnazionale (scala regionale, provinciale, comunale)

IRSE – Inventario Regionale delle Sorgenti Emissive in aria ambiente

http://servizi2.regione.toscana.it/aria/

INVENTARI - CORINAIR



INVENTARI – AP42



INVENTARI – IRSE – REGIONE TOSCANA


















CALCOLO EMISSIONI CO2 E NOX DA INVENTARIO EMEP CENTRALE TERMOELETTRICA



Un impianto termoelettrico produce una potenza elettrica P=160MW

Rendimento = 0,38;

Combustibile con frazione in massa di carbonio Xm C = 0,8

Potere calorifico inferiore PCI = 27000 kJ/kg.

Volume al camino di fumi secchi Vfs = 10 Nm3 /kg di combustibile bruciato

Il fattore di emissione di NO2 è fe NO2 =125 g/GJ di combustibile.

Calcolare:

• la portata di combustibile mf

• il fattore di emissione specifico di CO2 riferito all'unità di energia elettrica

prodotta (kg/MWh)

• la concentrazione di NO2 nei fumi di combustione in mg/Nm3

CALCOLO EMISSIONI CO2 E NOX DA INVENTARIO EMEP CENTRALE TERMOELETTRICA



• portata di combustibile mf:

mf = P [MW]*1000 [kW/MW]/( * PCI [kJ/kg]) = 15,6 kg/s

• il fattore di emissione specifico di CO2 riferito all'unità di energia elettrica

prodotta (kg/MWh)

fCO2 = Xm C * mf *(44/12 ) * 3600 /P = 1029 kg/MWh

- la concentrazione di NO2 nei fumi di combustione in mg/Nm3:

= 338 mg/Nm3

kgfNm

GJkJ

gmg

kgfkJ

GJg

PCI

V

fX

fs

NOe

NO31000000

1000**2

2

Date post:	13-Apr-2017
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Lezione n.1

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