Project EASE in Bergamo

Het gas- en waterbedrijf "Bergamo Ambiente e Servizi" (BAS) voor de Italiaanse stad Bergamo heeft een bijzonder aardgasexpansieproject gerealiseerd. Door een combinatie van technieken is men er in geslaagd om ca. 30% meer elektriciteit te produceren met aardgasexpansie dan normaal. Het ontwerp heeft de naam E.A.S.E. gekregen, wat staat voor Efficient All Seasons Expander. Het ontwerp is door BAS gemaakt in samenwerking met de Technische Universiteit van Milaan.

Algemeen
Aardgas wordt door SNAM aan het gasbedrijf van Bergamo geleverd met een druk, die varieert tussen 38 en 50 bar overdruk. Het gas wijkt in samenstelling af van het Nederlandse aardgas. Het aardgas hier is vrijwel zuiver methaan; het methaangehalte is 99,5%. Er zijn twee overdrachtpunten van het transportnet van SNAM naar het distributienet van Bergamo en twee voor de naastgelegen plaats Seriate. De distributienetten van Bergamo en Seriate zijn met elkaar verbonden. Voor de gasexpansie is een gasvolume van ongeveer 90 miljoen m³ per jaar beschikbaar. In het distributienet van BAS werkt men met een overdruk van 2,5 bar. De drukverhouding is daarmee erg gunstig voor gasexpansie. De ingenieurs van BAS wilden de mogelijkheid om elektriciteit op te wekken met gasexpansie maximaal benutten. De daarvoor genomen maatregelen zijn als volgt:
• verhoging van het vermogen door het aardgas op een hogere temperatuur te brengen zonder dat dit extra energie kost bij de warmteproductie
• expansie in twee, en deels in drie, trappen met tussentijdse herverhitting van het aardgas
• keuze van een expansiemachine met een gunstig rendement bij deellast en een extreem groot regelbereik.

Hogere gastemperatuur met aangepaste wkk
Het vermogen van een gasexpansiemachine neemt rechtlijnig toe met de absolute temperatuur van het gas (de temperatuur in Kelvin). Gebruikelijk bij aardgasexpansie is een gastemperatuur van 80 tot 90 °C aan het begin van het expansieproces. Verdere opwarming wordt gewoonlijk niet toegepast, omdat relatief goedkope restwarmte uit een wkk normaal op 90 °C beschikbaar is.
In Bergamo wordt ook wkk gebruikt als efficiënte warmtebron. Er zijn twee Jenbacher gasmotoren aanwezig, die samen 1,5 MW elektrisch vermogen leveren met een rendement van 39 %. Samen met de benutting van de vrijkomende warmte is het totale rendement van de wkk 85 % zoals gebruikelijk bij gasmotoren. De truc zit in een afzonderlijk systeem voor de uitlaatgassen van de gasmotoren. Met de hete uitlaatgassen wordt niet zoals gebruikelijk warm water geproduceerd, maar stoom met een druk van 8 bar. Met deze stoom wordt een deel van het aardgas opgewarmd tot 150 °C. Dat levert meer expansievermogen op, maar ook een hogere eindtemperatuur van het aardgas. Die is na expansie nog circa 85 °C. Daarmee zou het rendement van de gasexpansie dalen, maar dit heeft men keurig opgelost door het warme gas in een recuperator energie te laten uitwisselen met het nog koude gas uit het transportnet. Het gas verlaat deze recuperator met een temperatuur van slechts 25 °C.

Expansie in twee en drie trappen
Er staan twee expansiemachines opgesteld in Bergamo, een driecilinder en een viercilinder zuigermachine. De viercilindermachine kan 16.000 m³/h aardgas verwerken en de driecilinder 7.000. Omdat elke cilinder even groot is, lijkt dit niet logisch. De relatief geringe doorstroomcapaciteit van de driecilinder is het gevolg van het feit, dat de cilinders in serie werken: het gas wordt hier in drie trappen geëxpandeerd: ruwweg van 50 naar 20 bar, van 20 naar 8 bar en van 8 tenslotte naar 2,7 bar. Voor elke cilinder wordt het gas opgewarmd tot 150 °C. De driecilinder levert een maximaal elektrisch vermogen van 480 kW.
Bij de viercilindermachine zijn er gaszijdig twee cilinders parallel geschakeld. Het gas wordt hier in twee trappen geëxpandeerd. Het hogedruk gas wordt voor de eerste trap verwarmd tot ca. 85 °C. Voor de tweede trap wordt het gas, dat dan een druk heeft van 11,5 bar, weer teruggebracht op deze temperatuur. De viercilinder levert een maximaal elektrisch vermogen van 850 kW.
Het effect van de hoge gastemperatuur bij de driecilinder is duidelijk. Per m³ gas wordt er 28% meer elektriciteit geproduceerd. Dit heeft wel een prijs, want de installatie heeft meer warmtewisselaars dan normaal.

Regelbaarheid
De twee expansiemachines zijn aan weerszijden van de elektriciteitsgenerator gebouwd. Bij voldoende gasstroom drijven ze samen de generator aan. Bij daling van het gasverbruik in het distributienet kan de capaciteit van de zuigermachines worden geregeld met schuiven. Het rendement kan daardoor over een groot gebied op peil worden gehouden. Als de gasafname verder daalt, kan een van de twee machines worden losgekoppeld. Hierdoor kan de installatie niet alleen in de winter, maar ook in het zachte Italiaanse voorjaar en najaar goed draaien. De elektriciteitsproductie van het E.A.S.E.-project in Bergamo bedroeg in 2000 ruim 7,5 miljoen kWh. Deze opbrengst is vergelijkbaar met die in voorgaande jaren.