Il presente Rapporto descrive le attività di Ricerca di Sistema svolte nell’ambito del Progetto Produzione e Fonti Energetiche – WP 1.3 “Tecnologie innovative che migliorino le prestazioni ambientali dei cicli combinati”. Il rispetto dell’ambiente è un parametro sempre più importante per l’accettazione della presenza sul territorio di impianti termoelettrici, a ciò contribuiscono anche le scelte sulla configurazione di quello che può essere definito il Sistema Acqua dell’impianto (insieme dei processi e utilizzi, dall’approvvigionamento agli scarichi liquidi: in altri termini tutti quegli aspetti che coinvolgono l’acqua e contribuiscono al suo consumo e inquinamento). Le due configurazioni più avanzate di riferimento per il Sistema Acqua sono la ZLD (Zero Liquid Discharge, che non prevede effluenti liquidi in uscita dall’impianto) e la ZWI (Zero Water Intake, che non prevede l’approvvigionamento idrico dell’impianto da fonti esterne all’impianto). In questo contesto le centrali a gas presentano le condizioni migliori per l’applicazione di queste configurazioni, per il semplice fatto che non richiedono elevati quantitativi d’acqua per il loro funzionamento e nel contempo non inducono una significativa contaminazione delle acque usate. Per questa motivazione si è scelto di analizzare e di sviluppare con un certo dettaglio l’applicabilità di queste configurazioni per i cicli combinati da realizzare o anche già presenti nel nostro paese. Nello studio viene preso come impianto di riferimento, l’impianto che meglio rappresenta la situazione riscontrabile nel paese, quello così configurato: 2 TG (250 MWe) + 1 TV (250 MWe) con Torri di Raffreddamento “a secco” o “a umido”. Le due configurazioni di riferimento si differenziano in modo marcato per il fabbisogno d’acqua che risulta superiore di ben 35 volte in presenza della torre “a umido”. E’ in effetti proprio questo notevole fabbisogno che spinge ad adottare la soluzione “a secco”, anche se la penalizzazione che ne consegue in termini di rendimento è di circa 5 punti percentuali sul rendimento della sezione TV dell’impianto. A supporto di quanto finora illustrato si riportano i bilanci idrici relativi alle due diverse configurazioni dell’impianto di riferimento. Per queste due configurazioni sono stati definiti due diversi obiettivi di elevata compatibilità ambientale nel comparto acqua, entrambi possibili in linea di principio sulla base delle tecnologie esistenti ed economicamente sostenibili: null impianto a ciclo combinato con torre “a secco”: configurazione del Sistema Acqua ZWI (Zero Water Intake). Questa configurazione non presenta alcun impatto ambientale (limitatamente al comparto acqua), ma ha maggiori costi di investimento e di esercizio anche se la localizzazione dell’impianto viene svincolata dall’esigenza di approvvigionamento idrico e potrebbe risultare determinante per localizzazioni in aree particolarmente aride o ambientalmente sensibili;

null impianto a ciclo combinato con torre “a umido”: configurazione del Sistema Acqua ZLD (Zero liquid Discharge). basso impatto ambientale (comparto acqua) e con minori costi di investimento e di esercizio e maggiori ricavi in grado di compensare complessivamente i maggiori investimenti e costi di esercizio del comparto acqua dell’impianto: questa soluzione volge a suo favore la possibilità di sfruttare la risorsa idrica rappresentata dalle acque reflue urbane depurate e rende favorevole, accoppiata all’assenza di scariche idrici, la localizzazione in aree urbane, dovendo ridurre la distanza dall’impianto di depurazione civile. Le due nuove configurazioni sviluppate per queste diverse configurazioni del Sistema Acqua dell’impianto, prevedendo comunque la soluzione a ”scarico liquido zero (ZLD)”, prevedono un ampio utilizzo delle tecnologie a membrana in sostituzione delle tradizionali di adsorbimento (resine a scambio ionico) per la necessità di evitare i reagenti di rigenerazione. Sono poi previsti ulteriori interventi consistenti nell’implementazione di reti intelligenti di fognatura, per la raccolta differenziata dei reflui d’impianto e delle acque piovane, e di processi AOX (di ossidazione avanzata, la cui applicazione è stata verificata sulle acque reflue civili dell’impianto, anche se con costi di trattamento elevato nell’ordine dei 10 euro/m 3 ) per il trattamento dei reflui maggiormente contaminati ma continui e di piccolo volume, mentre va previsto lo smaltimento presso terzi autorizzati per i reflui a maggiore contaminazione, ma occasionali. A fronte di questi vantaggi, le nuove configurazioni prevedono maggiori volumi di residui solidi, dato che l’assenza di reflui liquidi viene perseguita attraverso la totale evaporazione dei reflui stessi. Questo trattamento genera quantitativi bassi di solidi salini, costituiti cioè dalla frazione solubile normalmente disciolta nell’acqua scaricata dall’impianto. Una adeguata ottimizzazione a livello di progetto serve a minimizzare questi quantitativi, che vengono stimati nell’ordine di poche centinaia di tonnellate (200-300 tonnellata, sul secco) all’anno. Il problema dello smaltimento di questi nuovi e diversi residui solidi è stato affrontato in modo specifico per le centrali a carbone, sempre nel contesto della attuale fase di Ricerca di Sistema, nel Work Package 2.1 relativo agli impianti a carbone, cui si rimanda. Se i vantaggi di una soluzione ZWI con torre “a secco” sono sostanzialmente legati al ritorno in termini di rispetto per l’ambiente e di maggiore facilità di posizionamento dell’impianto sul territorio, ben maggiori sono i vantaggi che si possono conseguire con una soluzione ZLD con torre “a umido” . Infatti la possibilità di recuperare gran parte della penalizzazione che una torre “ a secco” comporta: circa 15 milioni di euro per i minori costi di investimento nella realizzazione della torre “a umido”, circa 5,5 milioni di euro/anno per i minori costi di produzione dell’energia (nell’ipotesi di 7500 ore annue di funzionamento) e infine circa 4 milioni di euro per la maggiore produzione conseguente al maggiore rendimento dell’impianto (di circa l’1%), anche trascurando i minori esborsi grazie alle più contenute emissioni di CO 2 all’atmosfera. Il fabbisogno idrico per l’impianto di riferimento è di circa 630 m 3 /ora (4.7 milioni di m 3 nell’ipotesi di 7500 ore/anno di esercizio) il costo complessivo per l’approvvigionamento e il trattamento dell’acqua da fonte alternativa compatibile con un risparmio di questa entità è di circa 2 euro/m 3 , valore che può essere ulteriormente incrementato agendo sul fattore di concentrazione nella torre: nell’ipotesi di poter aumentare il

FC da 4 a 6, il costo massimo compatibile sale a 3 euro/m 3 . Per queste centrali a ciclo combinato la soluzione ottimale da perseguire riguarda in definitiva la ricerca di una fonte di approvvigionamento idrico a basso costo compatibile come quantità e qualità per alimentare una torre di raffreddamento “a umido”. Si ritiene che la soluzione più plausibile consista nell’utilizzo delle acque civili trattate nei depuratori urbani, che per portata e caratteristiche sono sostanzialmente compatibili. Solo quando ciò non fosse possibile sarebbe giustificata una soluzione con torre “ a secco”, che comporta una penalizzazione del rendimento elevata, e anche maggiori emissioni di CO 2 all’atmosfera. Ovviamente possono essere valutate soluzioni miste, torri ibride con varie percentuali delle sezioni “a secco” e “a umido”, da considerare quando la quantità d’acqua recuperabile sia però sufficiente, ma anche per poter avere un certo grado di flessibilità di esercizio dell’impianto.