Energie Wasser Bern converte 150.000 tonnellate di rifiuti all'anno in elettricità e teleriscaldamento

Berna/Studen, febbraio 2025. “Questa è la mia installazione”, dice Daniel Berger con un occhiolino mentre attraversa il corridoio di 300 metri della centrale elettrica Forsthaus di Berna. Berger è coordinatore di progetto e di cantiere presso Energie Wasser Bern (ewb) e lavora per l'azienda da oltre 20 anni. “Il suo impianto è una centrale complessa e altamente efficiente, ancora agli inizi, in cui ewb produce elettricità e calore da 150.000 tonnellate di rifiuti ogni anno per i clienti di Berna e dintorni - 365 giorni all'anno, 24 ore su 24”. La centrale di ewb è entrata in funzione nel 2012, dopo che l'impianto precedente era diventato troppo piccolo e non poteva essere ampliato sul sito di allora, che distava solo 150 metri. L'impianto energetico di Forsthaus comprende un impianto di incenerimento dei rifiuti, una centrale elettrica a ciclo combinato gas-vapore (CCGT) e un impianto di riscaldamento a legna. Le ciminiere si innalzano per circa 70 metri nel cielo.

I rifiuti bruciano su una griglia raffreddata ad aria. I gas di scarico, caldi quasi 1000 °C, vengono convogliati attraverso innumerevoli tubi d'acciaio in una caldaia a bassifondi a quattro passaggi, in cui l'acqua viene fatta circolare e riscaldata: “Nella parte anteriore della caldaia c'è l'acqua di alimentazione a una temperatura di 135 gradi Celsius”, spiega Daniel Berger, “nella parte posteriore ci sono 400 gradi Celsius e una pressione di 40 bar”.

Il vapore caldo viene convogliato a una delle tre turbine dell'impianto per produrre elettricità, in questo caso la turbina da 18 MW. Il vapore caldo viene convogliato a una delle tre turbine dell'impianto per la produzione di elettricità, in questo caso la turbina da 18 MW, che dispone di due valvole che possono essere intercettate o disaccoppiate per immettere l'energia generata nella rete di teleriscaldamento tramite condensatori di riscaldamento, in alternativa alla produzione di elettricità. Il vapore può essere prelevato anche per i sistemi ausiliari e per i due principali clienti di Berna.

Daniel Berger è entusiasta dell'interazione tra i vari sistemi: “In termini di efficienza, è semplicemente geniale. Grazie all'accoppiamento con il teleriscaldamento, raggiungiamo un'efficienza dell'88-90%. Senza di esso, saremmo solo al 35-40%!”.

Un elemento centrale dell'enorme centrale è l'alimentazione di aria compressa. Niente funziona senza di essa, sottolinea Berger. L'aria compressa è necessaria per innumerevoli valvole di controllo e sicurezza e come aria di lavoro. Molta aria passa attraverso le cosiddette trombe soniche, che utilizzano le onde sonore per rimuovere fuliggine e polvere dalle pareti interne delle tubature. Anche i soffiatori di fuliggine nei catalizzatori del sistema di depurazione dei gas di scarico richiedono aria compressa, così come le tre grandi turbine con una potenza di 18, 28 e 38 megawatt. Berger si riferisce anche all'impianto di trattamento delle acque reflue e all'impianto di lavaggio delle ceneri volanti, che chiama affettuosamente “Fluwa”. Anche le loro valvole di controllo e regolazione sono azionate con aria compressa.

“L'applicazione più delicata dell'aria compressa è la misurazione delle emissioni”, spiega l'esperto. “E questo perché qui si deve usare aria compressa assolutamente priva di olio”. La criticità di questo aspetto è nota da quando, alcuni anni fa, un server del centro di misura è stato distrutto a causa di perdite di olio nel sistema di tubature dell'aria compressa.

Il motivo era la stazione di aria compressa dell'epoca, che consisteva in tre compressori a iniezione di olio e che ha ripetutamente causato problemi per diversi anni. “Quando abbiamo indetto la gara d'appalto per la fornitura di aria compressa per il nuovo sito, abbiamo specificato il punto di rugiada della pressione, ma non abbiamo richiesto esplicitamente che i compressori fossero privi di olio”, spiega Daniel Berger. Questo si è rivelato un errore nel corso degli anni, poiché le perdite continuavano a verificarsi. “Inoltre, i vecchi compressori avevano problemi con i convertitori di frequenza. Questo significava che dovevamo chiamare regolarmente i tecnici dell'assistenza”. In media, dice Berger, un meccanico si recava alla centrale per un'intera giornata ogni una o due settimane per revisionare la stazione di compressione e correggere i guasti. Alla fine, l'incidente in cui il computer per la misurazione delle emissioni è stato danneggiato a causa della contaminazione da olio è stato il fattore decisivo per togliere i vecchi compressori dalla rete e sostituire completamente la stazione con aria compressa priva di olio.

L'appalto per la nuova stazione è stato assegnato ben tre anni fa al gruppo industriale svedese Atlas Copco, che ha fornito tre compressori a vite oil-free con controllo della velocità integrato ed essiccatori ad adsorbimento integrati. I modelli ZR 90 VSD+ FF sono monitorati e controllati dal sistema di controllo Optimiser 4.0 di Atlas Copco. Il sistema gestisce i compressori su base settimanale e bilancia in modo ottimale le fluttuazioni. Grazie ai due potenti motori a magneti permanenti e alla tecnologia di controllo della velocità Neos VSD+, utilizzata per la prima volta in questa serie, i compressori ZR funzionano in modo molto efficiente: rispetto ai compressori a pieno carico al minimo, consentono un risparmio energetico fino al 35%, una cifra che aumenta drasticamente ancora una volta in combinazione con il sistema di controllo di livello superiore.

Per stabilizzare ulteriormente la rete, nella sala compressori sono stati installati tre serbatoi di aria compressa, ciascuno con una capacità di 5.000 litri; due piani più in alto si trovano altri due serbatoi, ciascuno con una capacità di 10.000 litri. “Questi serbatoi compensano molto bene le fluttuazioni dell'aria compressa”, spiega Berger. Per ridurre i picchi di carico, gli esperti di ewb si sono messi in contatto con Atlas Copco. Hanno deciso di far funzionare i sistemi di depurazione dei gas di scarico, che consumano molta aria compressa, con un ritardo temporale. In questo modo le ampiezze rimangono più piatte. Secondo Berger, tutte le macchine e i sistemi dell'impianto sono ora così finemente sintonizzati tra loro che uno solo dei tre compressori è sufficiente a rifornire di aria compressa l'intera centrale. Tre anni fa, quando la nuova stazione è entrata in funzione, erano ancora necessari 1,5 compressori. Gli altri due sono disponibili come ridondanza per motivi di sicurezza.

Anche i problemi di perdite e contaminazione da aria compressa oleosa appartengono al passato di Berna. Infatti, il design e la sigillatura della camera d'aria dei compressori ZR-VSD+ di Atlas Copco garantiscono la separazione fisica tra i circuiti dell'olio e dell'aria, impedendo all'olio di entrare nella camera dell'aria compressa. Ciò significa che l'aria viene compressa assolutamente priva di olio, in conformità alla classe 0 prevista dalla norma ISO 8573-1.

Berger ammette che alcune macchine della centrale elettrica non dipendono necessariamente dall'aria compressa oil-free. “Tuttavia, per noi non vale la pena installare una seconda rete di aria compressa di qualità inferiore. Ecco perché la qualità dell'aria su alcune macchine è migliore di quanto sia effettivamente necessario”. Da un punto di vista commerciale, tuttavia, questa soluzione è ancora vantaggiosa. Un altro problema era il punto di rugiada in pressione, ricorda Berger: “Doveva essere tra i meno 35 e i meno 38 gradi per mantenere l'aria ragionevolmente pulita. Questo era spesso difficile da ottenere con la vecchia costellazione”. Oggi, in linea di principio, sarebbero sufficienti -30 °C, ma il sistema raggiunge facilmente circa -80 °C.

Il fatto che l'aria compressa sia assolutamente priva di olio è di importanza cruciale non solo per la stazione di misurazione delle emissioni, ma anche per le valvole di controllo della turbina e per il “Fluwa”: il sistema di lavaggio delle ceneri volanti, ad esempio, ha una lubrificazione a vita che non richiede manutenzione, laddove un olio aggiuntivo sarebbe controproducente. Inoltre, gli oliatori a monte forniscono la lubrificazione necessaria per i numerosi cilindri dell'aria compressa, che si muovono avanti e indietro migliaia di volte durante la loro vita utile.

Oltre alla compressione senza olio dei compressori, i responsabili hanno dato grande importanza all'efficienza energetica durante la gara d'appalto per la nuova stazione. Questo perché il vecchio impianto non era ancora stato ammortizzato e quindi avrebbe dovuto essere mantenuto in funzione. “Tuttavia, alla luce dei problemi descritti, questa non era un'opzione per noi”, spiega Berger. La maggiore efficienza dei compressori Atlas Copco è stata un fattore chiave nella decisione.

In questo contesto, Daniel Berger sottolinea l'estrema economicità degli essiccatori ad adsorbimento di Atlas Copco, integrati nei compressori. L'abbreviazione “FF” sulla targhetta sta per “Full Feature”. In questo caso, sono installati essiccatori a tamburo rotante del tipo MDG, sviluppati per punti di rugiada stabili a pressione di -40 °C (anche se, come descritto sopra, nella pratica si raggiungono valori ancora più bassi). L'MDG produce l'elevata qualità dell'aria compressa in termini di umidità residua in modo molto più efficiente rispetto ad altri essiccatori. Questo perché non richiede elementi di riscaldamento aggiuntivi, un ventilatore o aria di spurgo per ottenere i bassi punti di rugiada. Al contrario, utilizza il calore residuo dei compressori per essiccare l'aria compressa. Di conseguenza, il consumo energetico totale è inferiore a 0,2 kW, afferma Berger. È molto meno rispetto a prima della ristrutturazione. Nel precedente impianto di aria compressa, infatti, l'aria compressa proveniente dai compressori veniva trattata in essiccatori ad adsorbimento a valle, con rigenerazione del calore. “Questi essiccatori consumavano molta energia”, spiega Berger. “Richiedevano 30 kilowatt, cioè più di 150 volte quello che usiamo oggi!”.

Secondo Berger, il sistema di controllo di livello superiore, l'Optimiser 4.0, consente di risparmiare circa il 10-15% di energia. Un altro vantaggio è che i meccanici dell'azienda non devono più controllare le cose ogni giorno, come avveniva in precedenza. Invece del “giro di gru e compressori” quotidiano, i colleghi ora controllano la sala compressori solo una volta alla settimana. Leggono l'elenco degli allarmi dell'ottimizzatore e intervengono se necessario. Anche gli operatori dell'impianto nella sala di controllo possono monitorare l'ottimizzatore e leggere quale punto di rugiada è attualmente presente, quale pressione è presente e quali compressori sono in funzione. Sebbene si tratti di pochi parametri, Berger è convinto che l'ottimizzatore svolga egregiamente il suo compito anche senza supervisione: “Abbiamo valutato se controllare la stazione di compressione tramite il nostro sistema informatico di ABB, ma abbiamo deciso di non farlo”. Sarebbe stato troppo complicato e poco efficiente. “L'Optimiser è esattamente la soluzione giusta!”.

Daniel Berger è più che soddisfatto del pacchetto complessivo di aria compressa oil-free, alta efficienza e controllo intelligente, e cita come ulteriore vantaggio il fatto di avere un referente fisso presso il suo fornitore: “L'organizzazione è perfetta, anche se Atlas Copco è una grande azienda”, sottolinea. “Se c'è un problema, chiamo Volker Batt qui in Svizzera e lui se ne occupa. Anche se non ha la risposta o la soluzione pronta subito, manda l'esperto giusto e il problema viene risolto immediatamente”.

La conversione della stazione di aria compressa, durata cinque giorni, è stata un po' una sfida, poiché l'intera centrale elettrica doveva continuare a essere rifornita di aria compressa senza interruzioni. A tal fine, ewb ha acquistato due compressori a noleggio, un generatore diesel e due caldaie eoliche mobili, li ha collegati alla rete, ha spento il vecchio sistema e ha installato quello nuovo. “È stato un po' come un intervento a cuore aperto”, ricorda Berger, ‘ma nessuno si è accorto di nulla’. Per rimanere in tema: Il paziente stava bene, tutti i sistemi della centrale elettrica continuavano a funzionare senza problemi. Anche l'appaltatore delle tubature è stato un partner importante in questo periodo: ha dovuto riposizionare i tubi dell'acqua di raffreddamento, installare gli scarichi della condensa e reinstradare le tubature principali, poiché i compressori Atlas Copco erano più grandi di quelli vecchi. Oggi, solo un singolo pezzo di tubo stranamente angolato nella sala compressori ricorda il sistema precedente: “Non abbiamo potuto rimuovere o raddrizzare questo pezzo perché doveva rimanere in funzione per tutto il tempo!” spiega Daniel Berger. “Ma significa che avrò sempre un ricordo di questo entusiasmante progetto”.

(Autore: Thomas Preuß, giornalista freelance di Königswinter, Germania. www.turmpresse.de)