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CCC/251

Applicazione di sensori avanzati e controlli smart agli impianti di generazione a carbone
Toby Lockwood

Attualmente è sempre più pressante la richiesta di una maggiore efficienza e flessibilità operativa e di una minore produzione di inquinanti da parte dei grossi impianti di produzione a carbone soprattutto quelli di nuova generazione (ultra-supercritici A-USC e IGCC). Questo al fine di “adeguare” la curva di carico degli impianti a carbone integrandola con quella intermittente tipica delle fonti rinnovabili che ad oggi rappresentano l’attore principale nella nuova rete elettrica “smart” basata sull’autoproduzione di energia.

L’utilizzo di sistemi di controllo sempre più complessi, attuatori e controllori digitali abbinati a potenti computer che supervisionano il processo consente di minimizzare i disturbi conseguenti alle instabilità legate alla produzione di energia elettrica da carbone ovvero i cambiamenti di tipologia di combustibile e le variazioni repentine di carico.
I sistemi di controllo degli impianti di generazione termoelettrica a carbone si sono progressivamente evoluti per rispondere a questa crescente richiesta di maggiore efficienza e flessibilità operativa. In particolare l’ottimizzazione del processo di combustione ha determinato un crescente utilizzo di tecniche di monitoraggio on-line e la sostituzione degli algoritmi di controllo standard con logiche più avanzate e sistemi multi-variabile.

Il controllo dei rapporti stechiometrici aria-combustibile viene tradizionalmente fatto utilizzando sensori per la misura diretta della portata di carbone e aria. L’analisi spettrale della fiamma consente una verifica di questi parametri.

D’altra parte l’applicazione di tecniche spettroscopiche laser consente la mappatura della composizione di CO e O2 nelle zone più calde della camera di combustione.
Oggi i sistemi di controllo degli impianti più moderni sono in grado di determinare la risposta più appropriata all’azione di controllo utilizzando sofisticate tecniche computazionali basate su sistemi intelligenti che riproducono l’andamento del processo “imitando” le azioni di operatori esperti e utilizzando modelli empirici complessi basati su dati storici.
I maggiori sviluppi tecnologici nel settore del controllo di processo riguardano la capacità dei sensori di resistere a ambienti corrosivi e temperature elevate tipiche dei gassificatori e della caldaie commerciali. In questo ambito è di particolare importanza l’utilizzo di sistemi di misurazione ottica basati su fibre e caratterizzati da basso rumore, alta sensibilità e possibilità di mappare misure distribuite in zone a temperature elevate.

Per quanto riguarda il monitoraggio in situ delle caratteristiche delle correnti gassose, la tecnologia si sta dirigendo verso l’utilizzo di materiali nuovi resistenti ad alte temperature applicati a microtecnologie (US DOE) che avranno nel futuro una sempre più crescente applicazione. Queste nuove tipologie di sensori possono essere integrate con tecnologie di comunicazione wireless auto-alimentate. Tali aspetti facilitano lo sviluppo di reti di sensori per il monitoraggio distribuito anche di zone non facilmente accessibili dalla comune strumentazione.

Il report IEA analizza brevemente l’architettura di un sistema di controllo di un impianto di potenza. Vengono considerate quindi le attuali tecnologie più avanzate già applicate al processo di produzione elettrica indagando il modo con cui possono essere combinate con le nuove tecnologie di sensori al fine di ottimizzare il processo.
Viene inoltre dato un quadro completo delle attività di ricerca nel settore del controllo in particolare quelle relative ai controlli basati sul rilevamento ottico, ai micro-sensori applicati alla misurazione in ambienti a elevate temperature e all’ applicazione di tecnologie wireless all’interno di reti complesse di sensori. EL