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Analisi dell’affidabilità dei cicli combinati e sulle relative tecniche diagnostiche

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Analisi dell’affidabilità dei cicli combinati e sulle relative tecniche diagnostiche

Recently updated on Aprile 7th, 2021 at 12:05 pm

Il presente rapporto descrive le attività di Ricerca di Sistema svolte nell’ambito dell’Area PRODUZIONE E FONTI ENERGETICHE, relativamente al Progetto 1 “Flessibilità e affidabilità degli impianti a ciclo combinato”. La ricerca, dedicata agli impianti di generazione dell’energia elettrica con turbine gas operanti in ciclo combinato, ha avuto un duplice scopo: da una parte quello di identificare le aree di maggiore criticità ai fini della disponibilità e affidabilità dei cicli combinati; dall’altra di definire lo stato dell’arte e possibili tematiche di sviluppo delle tecniche di sorveglianza e monitoraggio atte ad incrementare la disponibilità delle suddette unità di generazione e ad ottimizzarne le pratiche manutentive. L’analisi statistica ha dimostrato una chiara tendenza ad un esercizio marcatamente flessibile degli impianti. I dati di indisponibilità per fuori servizio accidentali e manutenzioni programmate hanno permesso di stimare che la perdita economica per mancata produzione in un tipico ciclo combinato da 400 MW è pari a circa 5.5 M€/anno, a prescindere dai costi vivi di realizzazione degli interventi manutentivi. Sotto opportune ipotesi si è per contro stimato che il benefico derivante dall’adozione di migliori pratiche di monitoraggio e diagnostica potrebbe risultare pari a circa 1.18 M€/anno, per lo stesso tipo di impianto. Inoltre l’analisi ha evidenziato che la turbina a gas è responsabile di oltre la metà degli eventi di guasto e di circa il 40% della perdita di capacità produttiva, mentre il generatore di vapore a recupero causa un numero di fuori servizio più contenuto. L’approfondimento sulle cause di guasto nei diversi sottosistemi dell’impianto ha sottolineato la maggiore responsabilità delle parti calde della turbina a gas, ma ha anche evidenziato che l’affidabilità della strumentazione è un fattore problematico trasversale a tutti i sistemi di impianto e spesso sottovalutato. La rassegna dei sistemi di monitoraggio esistenti sul mercato ha messo in luce la presenza preponderante dei sistemi proprietari sviluppati dai maggiori costruttori, che propongono pacchetti software di monitoraggio centralizzato integrati sia per funzionalità che per sistemi di impianto monitorati. Tuttavia sembra di poter dedurre che moduli per l’analisi di vita residua e di ottimizzazione delle rampe di avviamento e di carico non siano ancora consolidati per i cicli combinati e non siano entrati nella pratica comune di esercizio. La sensoristica in fase di sviluppo è stata valutata nell’ottica di una sua efficace applicazione in campo con la minima invasività ed, eventualmente, di un suo utilizzo con macchina in esercizio a scopo di monitoraggio continuo e di diagnostica. Si è documentata una intensa attività di ricerca a livello internazionale sulle problematiche del degrado e consumo di vita delle parti calde della turbina a gas, dove l’introduzione dei rivestimenti ceramici ha posto problemi nuovi e tuttora in buona parte ancora aperti. Al riguardo, tra le tecniche di controllo non distruttivo più innovative, le migliori prospettive di applicazione in campo possono essere associate alle tecniche ottiche di piezospettroscopia a fotoluminescenza e di emissione nel medio infrarosso (MIR), che forniscono indicazioni di danno incipiente. Peraltro recentemenete un costruttore ha reso disponibile una tecnica ottica di monitoraggio in linea per il rilievo di danno in essere sui primi due stadi delle pale rotanti di turbina; questo fatto costituisce un decisivo passo in avanti nel monitoraggio continuo del macchinario. Considerevoli risorse dai costruttori sono dedicate allo sviluppo di misure in esercizio delle grandezze termodinamiche afferenti al percorso aria-gas della turbina a gas, con lo scopo di approntare sensoristica di elevata durata ed accuratezza da impiegare in normale esercizio per l’affinamento del controllo di processo. Sono state prese in considerazione anche strumentazioni con tecnologia più consolidata, per le quali si potrebbero prevedere utilizzi complementari o più estesi, quali la misura di pulsazioni di pressione e la misura di carica elettrostatica nei gas. Si è poi rilevata la necessità di efficaci strumenti di validazione e riconciliazione dei dati, che trovano ancora scarsa attenzione nella pratica corrente sugli impianti.

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