Computational modelling of a coal-fired power cycle

The exponential increase of power generation through renewable energy sources, and the more and more strict environmental policies concerning pollutants and greenhouse gases emissions have been progressively changing the traditional thermoelectric sector. Shifting towards advanced technologies for electricity generation and emissions reduction, new power applications have been developed and foreseen in order to be able to build new plants and convert existing ones through the so-called repowering processes. The aim of this work is to provide a computational model for a single power section belonging to ENEL’s Torrevaldaliga Nord’s coal-fired power plant, featuring three equal steam power cycles providing a total net power output of 1980 MW. The model, developed through the use of Aspen Plus software, is supposed to be used as the starting point for a preliminary repowering project of the plant, which would dismantle the use of the coal fired boiler in spite of the installation of an oxy-combustion gas turbine cycle, whose exhaust gases would provide the necessary thermal power input to the steam cycle itself. The use of natural gas and pure oxygen provides exhaust gases composed mainly of water and carbon dioxide, allowing easy separation and avoiding CO2 venting into the atmosphere, drastically reducing related emissions. Numerical results are confronted with test’s data in order to assess whether this model is able to closely match the actual plant’s operating conditions and performances, together with overall performance indicators.

L’aumento esponenziale della produzione di potenza da fonti rinnovabili, e le normative ambientali sempre più severe riguardanti emissioni di inquinanti e gas serra, hanno progressivamente cambiato il settore termoelettrico tradizionale. Muovendosi verso tecnologie avanzate per la generazione elettrica e la riduzione delle emissioni, nuove applicazioni sono state previste e sviluppate in modo tale da permettere la realizzazione di nuovi impianti e la conversione di quelli esistenti, attraverso le cosiddette operazioni di ripotenziamento. Lo scopo di questo lavoro è fornire un modello numerico per una singola sezione di potenza appartenente alla centrale a carbone ENEL di Torrevaldaliga Nord, la quale presenta tre cicli a vapore per una potenza totale di 1980 MW. Il modello, sviluppato attraverso il software Aspen Plus, può essere utilizzato come il punto di partenza per un preliminare progetto di ripotenziamento, che vedrebbe la dismissione della caldaia alimentata a polverino di carbone in virtù dell’installazione di un ciclo a gas ad ossicombustione, i cui gas combusti fornirebbero la necessaria potenza termica per il ciclo a vapore. L’utilizzo di gas naturale ed ossigeno puro permette di ottenere gas combusti formati essenzialmente da acqua ed anidride carbonica, facilmente separabili per condensazione della prima, permettendo di ridurre drasticamente le emissioni di CO2. I risultati numerici sono confrontati con i dati ricavati dal test per determinare se tale modello riesce a rappresentare fedelmente le reali condizioni operative, insieme ad indicatori di prestazioni generali.