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Luca Sabini
Premessa
La discarica di rifiuti solidi urbani comprensoriale della Comunità Montana delle Valli del Taro e del Ceno, sita in Borgotaro (PR) località Piani di Tiedoli e gestita dalla ditta Oppimitti s.r.l. per la Comunità Montana, concluderà la propria attività alla fine del 2001. Si tratta di un abbancamento coltivato a lotti successivi e, dopo la valutazione delle ipotesi di produttività del giacimento, é stato ritenuto possibile lo sfruttamento del giacimento contemporaneamente alla coltivazione mediante la realizzazione di un impianto di captazione di biogas che, insistendo inizialmente sulle superfici già dismesse, possa progressivamente interessare le superfici dei lotti man mano dismessi dal 1996 al 2001, giungendo a completamento con l'esaurirsi dell'attività di coltivazione.
Poiché il biogas di discarica ha un notevole contenuto di metano, esso può rappresentare una fonte energetica conveniente, pratica e affidabile. L'esame di diverse esperienze già portate a termine in altre discariche di analoghe dimensioni, hanno portato a ritenere che la forma di utilizzazione più conveniente fosse la produzione di energia elettrica da immettere sulla rete ENEL, usufruendo anche delle favorevoli condizioni economiche previste dalle vigenti leggi in materia di risparmio energetico. Il sistema di aspirazione e la torcia di combustione sono stati dimensionati considerando di riuscire a captare il 70% del biogas prodotto nell'anno di massima produzione (2002 con 330 mc/h).
Ubicazione dell'impianto
Il nuovo impianto é sito in comune di Borgotaro, ai piedi della discarica in località Piani di Tiedoli.
Caratteristiche tecniche generali dell'impianto
L'impianto effettuerà la captazione e combustione del biogas per mezzo di un sistema di aspirazione e di incenerimento ad alta temperatura. Esso é costituito da:
- una rete di captazione e trasporto del biogas
- una stazione di aspirazione e controllo
- un inceneritore ad alta temperatura (torcia)
- un sistema di analisi e controllo
Sezione di captazione:
l'estrazione del biogas avviene tramite 20 pozzi di captazione uniformemente distribuiti su tutto il corpo della discarica. Ogni pozzo é collegato singolarmente tramite una tubazione in polietilene ad alta densità (PEAD) ad un collettore di raggruppamento (per un totale di due collettori) posato dalla sommità della collina dei rifiuti, dal quale si diparte una tubazione esterna in PEAD che convoglia il biogas estratto alla centrale di aspirazione. Il gestore sta provvedendo, in sincronia con il procedere della coltivazione, alla posa di una capping artificiale sulle superfici inclinate, realizzato con un telo di PEAD a spessore 0,5 mm. A distanze prefissate, e sotto il telo impermeabile, vengono posate tubazioni microfessurate in PEAD (cieche per la parte finale che attraversa il telo ed esce in atmosfera) DN 75, aventi lo scopo di drenare il biogas trattenuto dal telo; anche queste tubazioni sono collegate ai collettori dei pozzi precedentemente descritti.
Sezione di aspirazione e combustione del biogas composta dalle seguenti componenti:
- stadio di separazione della condensa:
questo strumento, che ha il compito di separare e scaricare automaticamente parte della condensa presente nel biogas e trattenere per mezzo di un filtro le parti solide in sospensione, é realizzato in acciaio zincato a caldo ed ha un diametro di 400 mm; il fondo é saldato mentre la parte superiore termina con una flangia (flangia: piastra a forma di anello provvista di fori, posta all'estremità dei tubi per congiungere i tubi stessi fra loro e con altre parti di macchina).
L'ingresso del fluido é tangenziale, a vortice, mentre l'uscita é nella parte superiore del separatore di condensa. Nella parte inferiore dello stesso separatore é prevista una flangia di fondo per la pulizia periodica. Al fine di effettuare la regolazione della depressione sul collettore principale, o di intercettare il flusso del biogas in caso di interventi di manutenzione, é stata installata una valvola a farfalla.
- stadio di aspirazione/compressione:
per ottenere la depressione necessaria ad aspirare il biogas dalla discarica e comprimerlo alla torcia di combustione é utilizzato un aspiratore multiuso. Questo tipo di aspiratore ha il grande vantaggio di avere un range di regolazione molto ampio il che consente di ottenere una curva di aspirazione quasi costante al variare della portata.
Sulla linea di mandata dell'aspiratore é installata una elettrovalvola a chiusura rapida che ha il compito di intervenire ogniqualvolta procede la sequenza di blocco.
Torcia di combustione:
l'unità di combustione, di tipo cilindrico, é realizzata con lamiera in acciaio inox 310. Le caratteristiche tecniche sono:
| *capacità di combustione: 1.200.000 Kcal |
| *portata nominale: 300 mc/h |
| *portata minima: 30 mc/h |
| *percentuale minima di metano: 25% |
| *pressione minima: 50 mm H2O |
| *temperatura di combustione: ca. 900° C |
| *misuratore di temperatura: a termocoppia |
| *acensione: automatica, tramite elettrodo |
| *regolazione carburante: manuale per aria primaria e secondaria |
| *antiritorno di fiamma: a pacchi in rete |
| *altezza del camino di combustione: 4,8 m |
| *alimentazione: 220 volt, 50 Hz |
Il sistema di combustine é dotato di un pilota automatico che esegue le operazioni di accensione e controllo del combustore. Tale sistema consente l'effettuazione in automatico della logica di funzionamento di seguito descritta:
a) il segnale di avviamento dell'aspiratore fa aprire l'elettrovalvola che immette il biogas nella linea del pilota
b) trascorso il tempo di pochi secondi sino ad un massimo di un minuto, inizia lo scintillio dell'accenditore che permette l'accensione del pilota. Se questo non avviene, lo scintillio si ripete ad intervalli di circa un minuto per un tempo massimo di sei minuti, dopo di che si ha un segnale di allarme per mancata accensione
c) questo punto il sistema di combustione ha il pilota acceso e dalla termocoppia di controllo viene dato l'assenso all'apertura della valvola principale che immette il biogas nel combustore
d) in queste condizioni, e cioè con l'aspiratore in funzione, se il pilota si dovesse spegnere, ripartirebbe immediatamente la sequenza di accensione
e) il sistema di combustione resta in funzione fino a che non viene spento l'aspiratore
f) in assenza di tale segnale si chiudono sia l'elettrovalvola del pilota che la valvola principale
Misuratore di portata:
il sensore della misura di portata è inserito sulla linea di mandata.
Sistema di sicurezza con controllo dell'ossigeno:
il sistema consente di evitare l'aspirazione di pericolose miscele esplosive. A tale scopo é previsto un analizzatore paramagnetico di ossigeno, il relativo sistema di condizionamento dei campioni da analizzare e la logica di intervento, che provvede a segnalare un preallarme (set n°1) ed un allarme (set n°2). In concomitanza con il set n°2 la valvola di sicurezza "on-off" chiude immediatamente il flusso e l'impianto viene disattivato.
| 1. presa di controllo |
| 2. separatore di condensa |
| 3. valvola di intercettazione |
| 4. regolatore di depressione |
| 5. valvola servoazionata |
| 6. by-pass |
| 7. compensatori in gomma |
| 8. aspiratore |
| 10.valvola on-off pneumatica |
| 11.termostato |
| 12.flangia tarata |
| 13.trasmettitore di portata |
| 14.sistema di combustione |
| 15.accenditore |
| 16.termocoppia |
| 17.filtro rompi-fiamma |
| 18.analizzatore di ossigeno |
| 19.quadro elettrico |
| 20.compressore dell'aria strumentale |
| 21.collegamento all'utilizzo |
Modellizzazione della produzione del biogas
Dalle analisi eseguite é stato possibile ricavare un modello della produzione di biogas della discarica. I valori della produzione oraria teorica sono riportati nella tabella seguente insieme al 70% di tale valore che si suppone essere la quantità effettivamente sfruttabile dall'impianto di produzione di energia.
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Anno |
Produzione oraria teorica |
Produzione oraria x 0.7 |
| 1991 | 0 | 0 |
| 1992 | 5 | 3,5 |
| 1993 | 40 | 28 |
| 1994 | 100 | 70 |
| 1995 | 175 | 122,5 |
| 1996 | 240 | 168 |
| 1997 | 300 | 210 |
| 1998 | 340 | 238 |
| 1999 | 380 | 266 |
| 2000 | 420 | 294 |
| 2001 | 450 | 315 |
| 2002 | 470 | 329 |
| 2003 | 450 | 315 |
| 2004 | 410 | 287 |
| 2005 | 360 | 252 |
| 2006 | 320 | 224 |
| 2007 | 275 | 192 |
| 2008 | 240 | 168 |
| 2009 | 220 | 154 |
| 2010 | 180 | 126 |
| 2010 | 165 | 115,5 |
| 2012 | 150 | 105 |
| 2013 | 130 | 91 |
| 2014 | 120 | 84 |
| 2015 | 110 | 77 |
| 2016 | 95 | 66,5 |
| 2017 | 80 | 56 |
| 2018 | 65 | 45,5 |
| 2019 | 50 | 35 |
| 2020 | 40 | 28 |
| 2021 | 30 | 21 |
| 2022 | 20 | 14 |
Il grafico sottostante mostra i dati della precedente tabella visualizzando l'andamento delle curve di produzione oraria di biogas. L'analisi del grafico mostra che le curve crescono fino all'anno 2002 dove raggiungono il loro massimo con il valore teorico di 470 mc/h e il valore al 70% di 329 mc/h. La curva poi scende tendendo ad azzerarsi anche se nella tabella e nel grafico sono riportati i valori fino all'anno 2022 in cui la produzione é già troppo bassa per essere sfruttata.
Riepilogo progressivo dell'attività
L'impianto di produzione é entrato in funzione nel mese di giugno del 1997, anno in cui la produzione oraria teorica di biogas era di 300 mc e quella sfruttabile 210 mc. Di seguito sono riportati tre tabelle con relativi grafici con il riepilogo progressivo dell'attività dell'impianto di produzione.
Ore mensili e totali di attività:
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Mese |
Ore mensili |
Ore totali |
| giugno "97 | 300 | 300 |
| luglio "97 | 480 | 780 |
| agosto "97 | 550 | 1330 |
| settembre "97 | 600 | 1930 |
| ottobre 97" | 718 | 2648 |
| novembre "97 | 698 | 3346 |
| dicembre "97 | 634 | 3980 |
| gennaio "98 | 672 | 4652 |
| febbraio "98 | 667 | 5319 |
| marzo "98 | 610 | 5929 |
| aprile "98 | 624 | 6553 |
| maggio "98 | 716 | 7269 |
| giugno "98 | 631 | 7900 |
| luglio "98 | 600 | 8500 |
| agosto "98 | 474 | 8974 |
| settembre "98 | 682 | 9656 |
| ottobre "98 | 720 | 10376 |
| novembre "98 | 699 | 11075 |
| dicembre "98 | 728 | 11803 |
Produzione mensile e totale di biogas:
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Mese |
Biogas mensile |
Biogas totale |
| giugno "97 | 39000 | 39000 |
| luglio "97 | 72000 | 111000 |
| agosto "97 | 93500 | 204500 |
| settembre "97 | 114000 | 318500 |
| ottobre "97 | 157960 | 476460 |
| novembre "97 | 153560 | 630020 |
| dicembre "97 | 129970 | 759990 |
| gennaio "98 | 139104 | 899094 |
| febbraio "98 | 146740 | 1045834 |
| marzo "98 | 125050 | 1170884 |
| aprile "98 | 118560 | 1289444 |
| maggio "98 | 146780 | 1436224 |
| giugno "98 | 119890 | 1556114 |
| luglio "98 | 119890 | 1676004 |
| agosto "98 | 101910 | 1777914 |
| settembre "98 | 136400 | 1914314 |
| ottobre "98 | 154800 | 2069114 |
| novembre "98 | 152382 | 2221496 |
| dicembre "98 | 136864 | 2358360 |
Produzione mensile e totale di KW:
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Mese |
KW mensili |
KW totali |
| giugno "97 | 58320 | 58320 |
| luglio "97 | 141660 | 199980 |
| agosto "97 | 176616 | 376596 |
| settembre "97 | 233028 | 609624 |
| ottobre "97 | 304960 | 914584 |
| novembre "97 | 290934 | 1205518 |
| dicembre "97 | 281826 | 1487344 |
| gennaio "98 | 310140 | 1797484 |
| febbraio "98 | 293130 | 2090614 |
| marzo "98 | 234360 | 2324974 |
| aprile "98 | 217080 | 2542054 |
| maggio "98 | 297140 | 2839194 |
| giugno "98 | 243090 | 3082284 |
| luglio "98 | 192924 | 3275208 |
| agosto "98 | 212958 | 3488166 |
| settembre "98 | 243630 | 3731796 |
| ottobre "98 | 270216 | 4002012 |
| novembre "98 | 272592 | 4274604 |
| dicembre "98 | 243881 | 4518485 |
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