Elettrificazione degli impianti industriali

I complessi produttivi potrebbero trarre vantaggio dall’utilizzo di più elettricità invece di vapore e gas combustibile per i loro fabbisogni energetici. È possibile ottenere una migliore efficienza energetica, minori emissioni, una maggiore affidabilità e l’eliminazione dei colli di bottiglia dei sistemi di servizi pubblici

DiJames Turner, Ma Katrina Sanaie e Mohamad Fakhreddine, Fluor Enterprises

Elettrificazione è una parola d’ordine popolare quando si parla di transizione energetica. Può avere molti significati diversi e, a seconda dell'argomento, può riferirsi alla flotta di trasporto privato e aziendale (automobili e camion), al trasporto pubblico (autobus e treni) o ai processi e agli impianti produttivi e industriali.

Negli impianti di processo, la sostituzione del vapore e del gas combustibile con l’elettricità può offrire numerosi vantaggi, dal miglioramento dell’affidabilità all’eliminazione di progetti di ammodernamento delle caldaie per ridurre le emissioni complessive. In breve, se l’impronta di carbonio derivante dalla produzione di elettricità è inferiore a quella derivante dalla produzione di energia sostituita dall’elettricità, allora ci sarà un vantaggio di decarbonizzazione derivante dall’elettrificazione.

Questo articolo discute in che modo l'elettrificazione può avere un impatto su un complesso industriale incentrato sui processi, come un impianto chimico o una raffineria di petrolio, e si concentra specificamente sull'applicazione dell'elettrificazione agli impianti industriali esistenti.

Ci sono diverse domande o problemi che i proprietari o i gestori di impianti industriali esistenti potrebbero avere quando considerano l’elettrificazione delle loro strutture (Figura 1).

La struttura funziona al massimo?efficienza energetica? Molti operatori vedono un notevole miglioramento nel loro indice di intensità energetica (EII) dall’elettrificazione dei driver delle turbine a vapore esistenti. I calcoli si basano su una produzione efficiente di elettricità dalla rete, ad esempio da fonti rinnovabili, rispetto alla produzione di vapore di caldaia meno efficiente.

I miglioramenti nell'intensità energetica fanno spesso parte dei piani e degli obiettivi strategici di una struttura, che possono avere un impatto notevole sui costi operativi.

I sistemi di generazione del vapore e le turbine dell’impianto stanno diventando obsoleti e richiedono ormai esigenze di manutenzione sempre crescenti? I proprietari potrebbero aver pianificato progetti di sostituzione delle caldaie a vapore o altri interventi di manutenzione o aggiornamento delle apparecchiature. In tal caso, i proprietari potrebbero voler considerare se questo investimento possa essere speso meglio per l’elettrificazione. L’affidabilità complessiva delle apparecchiature potrebbe aumentare e potrebbero esserci crediti o sconti ambientali che possono essere utilizzati con progetti di elettrificazione.

La struttura è conforme alle normative locali sulle emissioni inquinanti? I proprietari potrebbero trovarsi ad affrontare normative ambientali incombenti che richiederanno investimenti significativi, come l’installazione di sistemi di riduzione catalitica selettiva (SCR) per caldaie a vapore o riscaldatori di processo, per evitare di pagare multe salate. Un progetto di elettrificazione può ridurre la domanda di vapore e potenzialmente consentire lo spegnimento delle caldaie a vapore più vecchie, riducendo quindi il costo di eventuali aggiornamenti ambientali necessari. Le riduzioni delle emissioni derivanti dalla diminuzione della domanda di vapore derivante dall’elettrificazione possono essere utilizzate anche per compensare un aumento delle emissioni provenienti da altri riscaldatori di processo con cambiamenti di processo che possono essere preziosi per altri obiettivi strategici.

I sistemi dei servizi pubblici sono al massimo della loro capacità o, peggio, fuori equilibrio? Se la fornitura di vapore, acqua di raffreddamento o gas naturale è limitata nella struttura, potrebbe non essere possibile espandere o realizzare altri progetti senza realizzare alcuni progetti di elettrificazione. Se il costo per l’acquisto o la produzione di elettricità è inferiore rispetto all’importazione di gas naturale, l’elettrificazione può ridurre i costi operativi.

È necessario riequilibrare il consumo di vapore ed elettricità, ma ci sono preoccupazioni su cosa fare con il gas combustibile in eccesso? Esistono potenziali sinergie nell’esecuzione di un progetto di elettrificazione abbinato a un progetto per aumentare il recupero di gas di petrolio liquefatto (GPL) dal sistema di gas combustibile. Bruciare meno carburante si traduce in una minore produzione di CO2, che rappresenta un fattore strategico per molte aziende. Recuperando una maggiore quantità di GPL e materiale più pesante dal sistema combustibile-gas e sostituendolo con gas naturale, le emissioni di CO2 saranno ulteriormente ridotte, anche se il servizio bruciato non diminuirà. Nella maggior parte dei mercati, i ricavi derivanti dalla vendita di prodotti GPL e altri prodotti liquidi sono superiori al costo di ulteriori importazioni di gas naturale, quindi possono esserci benefici finanziari oltre alla riduzione di CO2.