Flessibilizzazione di impianti IGCC mediante stoccaggio di idrogeno

As a result of the exponential growth of power production from renewable sources and the emissions regulations progressively more restrictive, considerable changes in the thermoelectric sector are taking place. The aim of this work is the analysis of the perfomances of IGCC power plants adopting pre-combustion carbon capture systems. After a full description of the IGCC state of art and of the advantages related to this technology, a novel process scheme is proposed. The modified plant Gasifier and Combined Cycle can operate autonomously; moreover the new configuration owns a syngas PSA along with a storage section for the hydrogen produced. Full load criteria are defined and assessed to analyze the weekly charging and discharging phases of the storage facility. The GS program, developed at Politecnico di Milano, has been used to evaluate the performances of the reference IGCC and of the modified plant. Finally the sensitiveness of the storage section is estimated towards the maximum pressure of the cave and the dimension of the gasifier. The efficiency of the whole proces appears to be slightly lower than the reference plant, so more researches have to be carried out in order to improve syngas thermal recovery. On the other hand, the new configuration allows to improve the power plant operational flexibility to a good degre, which means the possibility to reap higher economical returns, with lower emissions with respect to traditional Combined Cycle.

L'incremento esponenziale della produzione energetica mediante fonti rinnovabili e le normative sempre più stringenti in materia di emissioni hanno determinato una profonda trasformazione del settore termoelettrico tradizionale. Questo studio, in particolare, si concentra sugli impianti a ciclo combinato con gassificazione integrata e tecnologie di cattura della CO2 pre-combustione. Dopo aver delineato i vantaggi derivanti dall'utilizzo degli impianti IGCC e illustrato una panoramica dell'attuale stato dell'arte della loro tecnologia, viene presentato uno schema di processo innovativo. Il gassificatore risulta indipendente dal Ciclo combinato, inoltre sono compresi un sistema di separazione PSA per il syngas e una caverna di stoccaggio per l'idrogeno prodotto. Definiti i criteri di funzionamento è stato analizzato l'esercizio settimanale dell'impianto per caratterizzare il processo di carico e scarico dell'idrogeno della sezione di accumulo.Per simulare le prestazioni dell'impianto di riferimento e di quello modificato, è stato impiegato il programma GS, sviluppato presso il Politecnico di Milano. È valutata infine la sensibilità della sezione di stoccaggio nei confronti della massima pressione impiegata e delle dimensioni del gassificatore. L'efficienza globale dell'impianto risulta leggermente penalizzata e necessita di ulteriori approfondimenti volti a migliorare il processo di recupero termico del syngas. In definitiva la nuova configurazione permette di aumentare la flessibilità del Ciclo combinato, quindi le possibilità di remunerazione sul mercato elettrico, con emissioni più contenute rispetto ai Cicli Combinati tradizionali.