Nel presente rapporto sono descritti i modelli matematici di alcune unità termoelettriche non convenzionali inserite nel codice SILDYN e sono presentati alcuni studi in simulato i cui risultati consentono di analizzare le prestazioni dinamiche di alcuni gruppi in evidenza quando sono sollecitati da interazioni col sistema elettrico di potenza. Questa attività si inquadra nella più ampia attività del progetto COMPSIE di analizzare e confrontare l’esercibilità e l’affidabilità di tipologie diverse di gruppi termoelettrici. In particolare sono state analizzate le risposte dinamiche di gruppi alimentati a carbone, ovvero: – con caldaia ultra super critica alimentata a polverino di carbone – con caldaia a letto fluido di tipo circolante alimentata con carbone – con sistema di gassificazione del carbone integrato in un ciclo combinato a fronte dei seguenti disturbi : • Gradino -5% della potenza nominale agendo sul riferimento di velocità della turbina (-0.125 Hz) del gruppo CFBC • Stacco di un carico di 234MW. • Apertura di un interruttore di linea e conseguente formazione di un’isola con forte riduzione di carico. • Apertura dell’interruttore di linea uscente dal gruppo e rifiuto totale di carico Dall’analisi dei risultati dei transitori simulati si possono fare le seguenti osservazioni : Gruppo con caldaia ultrasupercritica : • Il gruppo può partecipare alla regolazione primaria e secondaria di frequenza garantendo una partecipazione almeno del +/-5% della sua potenza nominale. Il tempo di stabilizzazione della potenza meccanica di turbina e delle pressioni in caldaia è dell’ordine di 1 minuto. • A fronte di perturbazioni in rete che producono variazioni di 30-50% della potenza nominale del gruppo, questi è in grado di ridurre rapidamente il carico di turbina, mentre la riduzione del carico di caldaia risulta troppo lenta provocando l’intervento a volte incontrollato delle valvole di sfioro all’atmosfera. • Durante la manovra di rifiuto di carico si nota che il gruppo riesce ad alimentare la turbina con il vapore del risurriscaldatore per circa 3 minuti essendo il suo volume decisamente più grande di quello di una caldaia convenzionale. La maggior autonomia del gruppo turboalternatore a caldaia spenta aumenta i margini di tempo per l’esecuzione della procedura di ripiego sul sistema di avviamento. Ciò può essere considerato un aspetto positivo perché verrebbe ad aumentare la probabilità di riuscita della manovra di rifiuto di carico. Gruppo con caldaia a letto fluido circolante: • Il gruppo CFBC con regolazione nel modo "caldaia segue" può partecipare alla regolazione primaria di frequenza di rete senza problemi. Il tempo di stabilizzazione della potenza meccanica di turbina dopo un transitorio di rete in cui viene sollecitata la regolazione primaria è di circa 3 minuti, mentre il tempo di stabilizzazione della pressione è dell’ordine delle decine di minuti. • Nel modo di regolazione "turbina segue" il gruppo CFBC riesce a fare regolazione primaria di velocità senza problemi garantendo tempi di stabilizzazione della potenza meccanica e della pressione caldaia in circa 2 minuti.

• Nell’ipotesi di regolazione in modo "caldaia segue" o "turbina segue", il gruppo CFBC non è in grado di garantire una partecipazione alla regolazione secondaria di frequenza nemmeno con un contributo di +-5% della sua potenza nominale poiché esistono grosse difficoltà di regolazione dovute agli eccessivi ritardi introdotti dall’elevata inerzia termica del combustore e dai tempi di adeguamento della caldaia. • A fronte di grosse perturbazioni in rete che producono variazioni di 30-50% della potenza nominale del gruppo CFBC, la regolazione primaria di velocità riesce a ridurre il carico di turbina ma la riduzione del carico di caldaia risulta troppo lenta e quindi l’aumento di pressione del vapore provoca l’intervento del bypass al condensatore. Per superare senza problemi questo transitorio il sistema di bypass dovrebbe essere dotato di valvole di controllo molto rapide e modulanti per scaricare il vapore in eccesso fino alla stabilizzazione della pressione in caldaia in tempi brevi. Nel caso invece di valvole di bypass controllate a programma o con attuatori più lenti si consiglia di definire una soglia di "massimo sbilancio di potenza ammissibile" che attivi l’intervento della procedura di rifiuto di carico. • Durante la manovra di rifiuto totale di carico le simulazioni consentono di verificare che anche un sistema di bypass con valvole non modulanti e non particolarmente veloci può essere sufficiente a controllare la pressione di caldaia e conseguentemente la velocità della turbina. Si sono volute simulare due situazioni che si basano su due diverse modalità di condurre la caldaia durante il rifiuto di carico : – spegnimento del combustore – combustore a carico minimo (35%) Lo spegnimento del combustore è sicuramente necessario quando la caldaia non dispone di un sistema di bypass vapore che consente di evacuare la potenza in eccesso dovuta all’accumulo di energia in caldaia. In questo caso invece, data la presenza del bypass, risulta più conveniente ridurre velocemente il combustibile di caldaia fino ad un carico minimo consentito e sfiorare il vapore in eccesso al condensatore. La convenienza deriva dal fatto che la turbina risulta stabilmente alimentata dalla caldaia e quindi il gruppo può restare nella condizione di separazione dalla rete fino a tempo indeterminato. D’altra parte la caldaia si troverebbe nella condizione più favorevole per riprendere velocemente carico nel momento in cui il gruppo viene ricollegato alla rete. Gruppo con gassificatore del carbone integrato in un ciclo combinato: • Il gruppo IGCC può partecipare alla regolazione primaria di frequenza di rete senza problemi ed è in grado di partecipare anche alla regolazione secondaria di frequenza con contributi almeno di +- 5% della potenza nominale del TG grazie alla rapidità con cui il TG stesso reagisce. Il tempo di stabilizzazione della potenza meccanica del TG dopo un transitorio di rete in cui viene sollecitata la regolazione primaria è di circa 40s mentre i tempi di stabilizzazione della potenza della TV e del gassificatore sono attorno ai dieci minuti. • A fronte di grosse perturbazioni in rete che producono variazioni di 30-50% della potenza nominale del gruppo IGCC, la regolazione primaria di velocità e la regolazione del carico del TG e della TV riescono a contenere lo sbilancio di potenza evitando che la frequenza superi le soglie di scatto turbina. La pressione del vapore nei tre generatori di vapore di alta, intermedia e bassa pressione viene controllata dalle valvole di bypass che scaricano il vapore in eccesso al condensatore. Il gassificatore è costretto a ridurre il suo carico di gas scaricandolo alle torce per evitare un aumento rapido della pressione nell’impianto di gassificazione. Il controllo del carico del gassificatore deve essere attuato in modo lento e serve per adeguare la produzione di gas alla richiesta del TG e ciò permette di riportare a valori nominali la pressione e quindi lo spegnimento delle torce. • Durante la manovra di rifiuto totale di carico le simulazioni consentono di verificare che è bene provocare il blocco della TV aprendo il relativo interruttore di macchina per evitare pompaggi fra i due generatori con conseguente motorizzazione del TG. Infatti, se nel momento in cui una protezione decreta il rifiuto di carico viene aperto l’interruttore del montante della TV, il TG in circa

30 secondi è in grado di ridurre la sua potenza meccanica per alimentare solo gli ausiliari del gruppo, compreso il gassificatore, i quali dovrebbero mantenere in funzione tutto l’impianto. La TV rallenterebbe mentre il TG manterrebbe la frequenza locale attorno ai 52Hz. La pressione nei generatori di vapore viene controllata dalle valvole di bypass al condensatore. L’eccesso di gas prodotto dal gassificatore viene inviato alle torce le quali controllano la pressione nei diversi componenti dell’impianto. Link al documento di riferimento: A0-038086.doc