IT202100012242A1

IT202100012242A1 - Impianto di estrazione del biogas da discarica con gestione e controllo remoto

Info

Publication number: IT202100012242A1
Application number: IT102021000012242A
Authority: IT
Inventors: Gianni Cordaro
Original assignee: Exe Engineering For Env S R L
Priority date: 2021-05-12
Filing date: 2021-05-12
Publication date: 2022-11-12
Also published as: WO2022238952A1; EP4337394A1

Description

?IMPIANTO DI ESTRAZIONE DEL BIOGAS DA DISCARICA CON GESTIONE

E CONTROLLO REMOTO?

DESCRIZIONE

CAMPO DELL?INVENZIONE

La presente invenzione riguarda le tecniche di gestione e controllo di un impianto di raccolta di biogas da discarica.

In particolare, vengono considerate le tecniche e le logiche di funzionamento per automatizzare il monitoraggio e la regolazione dell'estrazione del biogas da una discarica, al fine di incrementare la quantit? di biogas raccolto e massimizzare la concentrazione di metano.

TECNICA NOTA ANTERIORE

Lo smaltimento dei rifiuti in discarica ? una pratica largamente diffusa pressoch? in tutti i paesi del mondo.

Nel settore ? prassi estrarre il biogas generato dalla fermentazione naturale degli ammassi di rifiuti solidi organici contenuti all'interno del corpo della discarica, attraverso delle perforazioni dette pozzi di captazione.

Generalmente, infatti, con la degradazione della sostanza organica contenuta nei rifiuti in condizioni anaerobiche, vengono prodotti dei gas, tra i quali anche il metano, che dall'interno della discarica migrano attraverso il manto di copertura e finiscono per essere rilasciati in atmosfera.

Attualmente la quantit? stimata di gas raccolto dalle discariche tramite gli impianti tradizionali di raccolta del biogas ? circa il 50% del gas prodotto, l'altra parte va persa in atmosfera.

Una discarica di rifiuti in genere comprende un numero elevato di pozzi, dell'ordine di quindici pozzi per ettaro di superficie di discarica, attraverso i quali si cerca di intercettare ed aspirare parte di questo gas prodotto, convogliandolo verso l'impianto di raccolta del biogas.

L'impianto di raccolta del biogas ? composto da una pluralit? di stazioni di raccolta di biogas, chiamate sottostazioni, alle quali sono collegati un numero elevato di pozzi, in genere dai dieci ai venti per stazione, tramite tubazioni che raccolgono il biogas prodotto nei diversi pozzi.

Ciascuna sottostazione ? a sua volta collegata ad una linea di mandata che raccoglie il gas proveniente dalle varie sottostazioni e lo dirige ad una pompa di aspirazione, chiamata soffiante SOF, per poi andare ai motori M per la valorizzazione energetica.

Ogni pozzo pertanto ? collegato al sistema di raccolta tramite una tubazione in cui circola il biogas prodotto ed estratto dalla sua area di influenza all'interno della discarica. Per regolare l?aspirazione che agisce alla testa di ogni pozzo, sono inserite lungo ciascuna tubazione delle valvole di intercettazione, con la funzione di regolare la depressione applicata all'interno della discarica.

Una depressione troppo bassa non consentirebbe di estrarre sufficiente quantit? di biogas, mentre una depressione troppo elevata faciliterebbe l'ingresso di aria dall'esterno, con il conseguente rischio di esplosivit? a causa della miscela di metano e ossigeno che si andrebbe a generare.

Attualmente il monitoraggio e il controllo dell?estrazione di biogas dalla discarica vengono eseguiti manualmente da un operatore, il quale dopo aver misurato i valori di depressione e composizione del biogas di ciascun pozzo di estrazione, effettua una regolazione sull'apertura di ciascuna valvola, cercando di calibrare la depressione applicata al pozzo.

La regolazione ? condotta da logiche legate all'esperienza dell?operatore e considerando solo alcuni dei parametri del biogas. Inoltre, la misurazione e la regolazione di ogni pozzo, proprio perch? effettuati manualmente, avvengono ad intervalli di tempo molto distanti, che possono arrivare anche ad una o due volte al mese.

Appare evidente quindi che tale sistema non possa tenere conto delle variazioni orarie e giornaliere dei parametri interni ed esterni della discarica.

Inoltre, anche con la migliore tecnologia nota, ogni pozzo viene sempre analizzato singolarmente, non considerandone l'interazione con i pozzi adiacenti, e senza valutare il relativo contributo rispetto all'intero impianto di raccolta. Infatti, ad oggi, qualunque logica di regolazione non tiene conto della prestazione di ogni pozzo, n? della possibilit? di estrarre parte del gas dai pozzi vicini (l'ammasso dei rifiuti ? infatti permeabile, per cui i raggi di influenza dell'espirazione dei vari pozzi si sovrappongono in parte).

SOMMARIO DELL?INVENZIONE

L'invenzione in oggetto riguarda un nuovo impianto per la gestione delle discariche, progettato per rendere automatizzato il monitoraggio e la regolazione dell'estrazione del biogas dalla discarica, attraverso un sistema di gestione e controllo che permette di analizzare tutti i pozzi della discarica andando poi a regolare ciascun pozzo anche in relazione al comportamento degli altri, cos? da incrementare la quantit? di gas raccolto e al tempo stesso massimizzare la concentrazione di metano al suo interno.

L'impianto di captazione prevede la ripartizione della raccolta del biogas in ?sottostazioni?, ognuna costituita da un collettore a cui arrivano dai dieci ai venti tubi, ciascuno dei quali ? collegato alla testa di uno specifico pozzo di captazione. Ogni sottostazione poi ? collegata ad una tubazione pi? grande chiamata "linea" che raccoglie il biogas dalle varie sottostazioni e passando da una soffiante lo manda all?impianto di valorizzazione energetica.

Per il monitoraggio e la regolazione dell'estrazione del biogas, l'impianto prevede la presenza di un' infrastruttura di sensoristica (input) e attuatori (output) applicata al livello della sottostazione su ognuna delle tubazioni provenienti dai pozzi di estrazione.

Tutti i punti di prelievo sono collegati ad un'infrastruttura di campo connessa ad un sistema di acquisizione ed invio dati, come ad esempio un PLC, per lo scambio dati con il sistema di controllo centrale, fisicamente dislocato in ambiente remoto. Tutti i dati di campo vengono perci? raccolti ed inviati al sistema centrale che tramite un algoritmo analizza i parametri di ogni pozzo, li confronta con gli altri e attraverso delle logiche di preferenza e interferenza, comanda la regolazione alla valvola di ogni pozzo.

Il sistema di gestione e controllo ? un sistema in grado di analizzare i parametri di ogni pozzo in termini di percentuale volumetrica di metano e ossigeno (attraverso un analizzatore di gas), di portata aspirata da ogni pozzo e di depressione applicata in ogni pozzo (grazie ad ulteriori sonde). Inoltre, poich? l?algoritmo ? applicato ad ogni punto di prelievo (pozzo) e gestisce globalmente tutti i pozzi della discarica, anche la gestione di allarmi e arresti di emergenza ? comune e condivisa.

Grazie alla specifica scelta e posizione dei sensori da utilizzarsi e gli specifici algoritmi e logiche di regolazione, l'impianto in oggetto consente di agire su ogni singolo pozzo, valutando il suo specifico contributo in termini di portata totale di metano nel biogas aspirato dalla discarica rispetto a due principi: un principio di preferenza, secondo cui si va a scegliere quale pozzo aprire di pi? in base al suo contributo rispetto agli altri pozzi, ed un principio di interferenza, secondo cui, nel caso di due pozzi interferenti, viene scelto da quale pozzo aspirare pi? biogas (l'ammasso dei rifiuti ? infatti permeabile, per cui i raggi di influenza della captazione dei vari pozzi si sovrappongono in parte).

Il sistema di controllo, in particolare, per ogni pozzo calcola due parametri. Il primo parametro, cosiddetto ?fattore K?, ? un indicatore del rendimento del pozzo, e viene determinato come rapporto tra la variazione della concentrazione di metano e la variazione della portata di gas. Il secondo parametro, cosiddetto "fattore St?, ? un indicatore di stabilit? o volubilit? del pozzo, e viene determinato come rapporto tra la variazione della concentrazione di ossigeno e la variazione della portata di gas. Il fattore K ed il fattore St concorrono alla redazione di un indice globale di ?prestazione? Z del pozzo.

In base a questi valori, viene comandata la regolazione di ogni attuatore posto alla testa di ogni pozzo di estrazione che, regolando la depressione, permette il passaggio di una portata di gas avente una certa percentuale di metano.

Tutti i sensori di misurazione sono installati a livello di sottostazione e comunicano con un sistema di acquisizione e invio dati (tipo PLC) che comanda la regolazione degli attuatori. A sua volta ogni sistema di acquisizione e invio dati (PLC) di ogni sottostazione comunica con il server centrale, inviandogli i dati e ricevendo le indicazioni di regolazione per gli attuatori dei singoli pozzi.

Pertanto, la soluzione qui proposta ha lo scopo di realizzare un impianto in grado di poter gestire tutti i pozzi della discarica in maniera automatizzata e da remoto, gestendo in maniera pi? efficiente la raccolta, cos? da aumentare la quantit? di biogas raccolto e diminuire quello emesso in atmosfera.

In un primo aspetto l?invenzione pertanto riguarda un sistema di controllo remoto di un impianto per la gestione di una discarica atto a rendere automatizzato il monitoraggio e la regolazione dell'estrazione del biogas dalla discarica in modo da ottimizzarne la produzione e massimizzare la concentrazione di metano. L'impianto prevede una pluralit? di pozzi di estrazione che sono organizzati in sottostazioni e un?infrastruttura di controllori per l'acquisizione e l?invio dati. Ad ogni pozzo ? associata una infrastruttura di sensori, una valvola di regolazione e un attuatore. I sensori sono atti a misurare la percentuale volumetrica di metano %CH4, la percentuale volumetrica di ossigeno %O2 e la depressione P applicata nel pozzo a cui sono associati. I sensori sono collegati ad un controllore dell?infrastruttura per l?acquisizione e l'invio dati per l'invio dei valori misurati dai sensori al sistema di gestione e controllo remoto tramite una rete di comunicazione.

Il sistema di gestione e controllo remoto riceve i valori misurati dai sensori tramite i controllori, li elabora, e sulla base di regole prestabilite genera i comandi di azionamento degli attuatori che agiscono sulle valvole di regolazione. Le regole prestabilite si basano su un principio di preferenza, secondo cui si va a scegliere quale pozzo aprire di pi? in base al suo contributo rispetto agli altri pozzi e su un principio di interferenza, secondo cui, nel caso di due pozzi interferenti il sistema di controllo sceglie sulla base di un indice medio di prestazione dei pozzi, da quale pozzo aspirare pi? biogas.

In un secondo aspetto l?invenzione concerne un procedimento di gestione e controllo remoto di un impianto che comprende un Ciclo Esplorativo e un Ciclo di ottimizzazione.

Il Ciclo Esplorativo viene eseguito all'avvio dell'impianto e a cadenza mensile per adeguare l'impianto alle mutazioni fisiche e biologiche del materiale in discarica, o qualora venissero registrati dei prolungati cambiamenti delle condizioni ambientali esterne, tali da poter modificare le condizioni all'interno della discarica e comprende per ogni pozzo i seguenti passi:

- eseguire la misura della percentuale di metano %CH4 e il calcolo della portata Q,

- aprire del 1 % delle valvole dei pozzi in funzione,

- attendere trenta minuti,

- controllare le condizioni di ?stop? pozzo ovvero se la percentuale di ossigeno O2 ? maggiore del 3% e la percentuale di metano %CH4 ? minore del 44%,

- controllare le condizioni di ?stop? del collettore ovvero se la percentuale di ossigeno O2 ? maggiore del 3%, oppure la percentuale di metano %CH4 ? minore del 44%, ovvero se la variazione dell?indicatore qualitativo IQ al tempo t1 e al tempo t0 ? minore 0 uguale a 0,5,

- controllare se sono verificate le condizioni di stop: in caso negativo si torna al passo di apertura delle valvole, in caso positivo si controlla se ? gi? il terzo passaggio nelle condizioni di "stop? e in caso negativo si torna al passo di misura della percentuale di metano %CH4 e calcolo della portata Q, in caso positivo si conclude il ?Ciclo Esplorativo" e si richiama il ?Ciclo di ottimizzazione?.

Il ?Ciclo di ottimizzazione? comprende per ogni pozzo i seguenti passi:

- leggere le misure eseguite dalle sonde o sensori e calcolare la portata, - verificare i controlli di sicurezza,

- calcolare i fattori K e Z,

- controllare per ogni pozzo se il fattore Z(x) ? maggiore del fattore K(x),

- in caso positivo aprire del 1% la valvola del pozzo e controllare se la depressione da tO ? minore di 1mbar:

- in caso negativo tornare al passo precedente di apertura della valvola,

- in caso positivo si ricomincia il ciclo e si torna al passo di controllo del fattore Z(x),

- in caso negativo chiudere del 1% la valvola del pozzo e controllare se il guadagno di pressione da tO ? minore di 1mbar:

- in caso negativo si ritorna al passo di apertura della valvola, - in caso positivo si ricomincia il ciclo e si torna al passo di controllo del fattore Z(x),

- attendere trenta minuti e poi tornare al passo iniziale di lettura delle misure. BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno evidenti dalla lettura della descrizione seguente fornita a titolo esemplificativo e non limitativo, con l'ausilio delle figure illustrate nelle tavole allegate, in cui:

- Le Figure 1a e 1b mostrano esempi di pozzi di estrazione installati in una discarica,

- La Figura 2 mostra un esempio di impianto di raccolta del biogas che prevede una pluralit? di pozzi di estrazione collegati direttamente alla linea di raccolta,

- La Figura 3 mostra un esempio di impianto di raccolta del biogas che prevede una pluralit? di pozzi di estrazione organizzati per sottostazioni e collegati tramite queste alla linea di raccolta,

- La Figura 4 mostra i particolari di una sottostazione con diversi pozzi e le connessioni dei pozzi alla linea di raccolta tramite il collettore,

- La Figura 5 mostra un esempio di realizzazione di una sottostazione con i collegamenti a dieci pozzi di estrazione che confluiscono nel collettore monitorato,

- La Figura 6 mostra un esempio di misurazione dei parametri di un pozzo tramite i sensori installati, con invio dati in ingresso al sistema di controllo remoto e invio in uscita del comando di regolazione della valvola all?attuatore posto sulla tubazione proveniente dal pozzo,

- La figura 7 mostra un esempio di impianto con diverse sottostazioni e il sistema di controllo remoto,

- La Figura 8 mostra un esempio di impianto con la gestione della comunicazione su pi? sottostazioni,

- La Figura 9 mostra un ingrandimento di una porzione di impianto relativa ad una sottostazione,

- La Figura 10 mostra un ingrandimento di una porzione di sottostazione, - La Figura 11 mostra il grafico del Kv di una valvola DN25 in funzione della percentuale di apertura della valvola, a seconda del diametro deM?orifizio,

- La Figura 12 mostra un esempio di implementazione del sistema,

- Le Figure 13 e 14 mostrano flow chart relativi al funzionamento durante il Ciclo Esplorativo e il Ciclo di Ottimizzazione del sistema.

Le parti, secondo la presente descrizione, sono state rappresentate nei disegni, ove opportuno, con simboli convenzionali, mostrando solo quei dettagli specifici che sono pertinenti alla comprensione delle forme di realizzazione della presente invenzione, in modo da non evidenziare dettagli che saranno immediatamente evidenti, ai tecnici esperti dell'arte, in riferimento alla descrizione qui riportata.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL?INVENZIONE

Lo scopo della presente invenzione ? quello di realizzare un impianto automatizzato che tramite il monitoraggio e la regolazione dell?estrazione del biogas da una discarica permetta di aumentare la quantit? di biogas estratto, massimizzando la concentrazione di metano al suo interno.

Tale scopo viene raggiunto tramite un algoritmo (o logiche) di gestione e controllo che permette il monitoraggio e la regolazione dell'apertura/chiusura delle valvole di regolazione dei diversi pozzi che formano l'impianto, cos? da poter gestire globalmente tutti i pozzi e rendere pi? efficace ed efficiente l?estrazione di gas metano prodotto dalla discarica.

Attualmente gli interventi di controllo delle condizioni e la modifica delle impostazioni di apertura/chiusura delle valvole, vengono eseguiti manualmente da tecnici che si recano sul posto con cadenza settimanale o mensile.

Diversamente, con la soluzione qui proposta, il controllo e la modifica delle impostazioni dell'impianto possono essere eseguiti con cadenze molto pi? ravvicinate, ad esempio ogni mezz'ora. Ne deriva quindi che l'ottimizzazione pu? essere pi? efficiente ed efficace, avendo la possibilit? di un monitoraggio pi? serrato che permette tempi di reazione pi? brevi ad ogni variazione delle condizioni interne ed esterne alla discarica.

Inoltre, la soluzione qui proposta permette di ottenere un sistema adattativo che reagisce in tempi rapidi e ottimizza maggiormente l?estrazione di metano da ogni singolo pozzo di captazione.

La soluzione qui descritta prevede la possibilit? di monitorare e controllare la produttivit? dei pozzi di una discarica realizzando delle sottostazioni, ciascuna avente una certa numerosit? di pozzi (da dieci a venti), e misurando i parametri di portata, pressione, concentrazione di metano e ossigeno per ciascun pozzo, con la finalit? di determinare alcuni fattori di prestazione, e i loro valori medi, da impiegarsi come riferimento interno dell'Impianto, e sulla base dei quali impostare l?algoritmo di regolazione della depressione di ciascun pozzo della discarica. Oltre ai parametri principali vengono misurati anche la temperatura e l'umidit? del biogas, la pressione barometrica esterna, l?altezza pluviometrica.

Una normale discarica D ? costituita da circa trecento pozzi di estrazione PE. I pozzi di estrazione PE sono dei veri e propri fori di circa 30 cm all?Interno dell?ammasso di rifiuti, in ognuno dei quali viene inserita una tubazione in polietilene ad alta densit? (PE-HD) fessurata, attraverso la quale viene aspirato il biogas prodotto dalla discarica D (Figura 1).

Con riferimento alla Figura 1 b un pozzo PE presenta una tubazione fessurata TF che viene posta in contatto con il foro F realizzato nella discarica. La tubazione fessurata TF ? messa in comunicazione con una tubazione TP che realizza il pozzo PE. In superficie la tubazione TP termina con un elemento chiamato testa del pozzo di estrazione TE. La testa del pozzo di estrazione TE ? collegata ad una valvola V la quale ? a sua volta connessa ad una porta di campionamento con raccordo flessibile PCRF. La porta di campionamento con raccordo flessibile PCRF ? poi connessa ad una tubazione di mandata in superficie TS.

Il gas estratto da ciascun pozzo PE viene raccolto e convogliato in una tubazione di superficie TS che pu? innestarsi direttamente su una tubazione pi? grande di mandata chiamata linea di raccolta LR come illustrato in Figura 2, o collegarsi insieme alle altre tubazioni a dei collettori chiamati sottostazioni SSTAZ come illustrato in Figura 3 e da queste andare a finire nella linea di raccolta LR che collega le varie sottostazioni SSTAZ.

Con riferimento alle Figure da 4 a 10 verr? ora descritta la soluzione qui proposta. Un impianto IMP di raccolta di biogas ? costituito da una pluralit? di sottostazioni SSTAZi di raccolta in cui viene convogliato il biogas generato dalla fermentazione naturale degli ammassi di rifiuti solidi organici ed estratto tramite vari pozzi PE. Dalla testa TE di ogni pozzo PE parte una tubazione di superficie TS che giunge fino ad un collettore C, alla quale si collega tramite un apposito collegamento flangiato CF orizzontale. Ad ogni collettore C arrivano circa dieci tubazioni di superficie TS1, TS2, TS3. TS10 collegate ciascuna ad un pozzo PE1, PE2, PE3, .... PE10 dislocato sulla superficie della discarica D. L?insieme del collettore C e dei collegamenti flangiati alle varie tubazioni di superficie CF-TSi forma una sottostazione SSTAZi.

Le tubazioni di superficie TS che partono dai pozzi PE e si collegano alla sottostazione SSTAZ possono arrivare ad essere anche una ventina.

Con particolare riferimento alle Figure 4a e 4b, nel punto di collegamento della tubazione di superficie TS in polietilene ad alta densit? (FIDPE) alla sottostazione SSTAZ ? presente anche un primo sistema di scarico delle condense SSC, dove viene raccolta e drenata la condensa che il biogas forma durante il tragitto dalla testa del pozzo TE al sistema di collegamento CF-TS con la sottostazione SSTAZ. Esso ? costituito da un cilindro di diametro nominale DN 250 e altezza 70 cm completamente in acciaio INOX, al cui interno il biogas pu? espandersi e raffreddarsi pi? velocemente grazie alla maggior superficie di scambio con l'ambiente esterno. Si precisa che il biogas quando esce dalla discarica D pu? superare anche la temperatura di 60?C, per cui l'ampia superficie in metallo ne consente un rapido scambio termico, facilitando la condensazione del vapore acqueo contenuto all?interno della miscela. Tutto il vapore acqueo formatosi lungo il tratto della tubazione di superficie TS e nel cilindro del sistema di scarico della condensa SSC, viene raccolto all?interno del cilindro e scaricato tramite un sifone SF posto alla base del cilindro stesso. Il sifone SF ? costituito da una tubazione di diametro nominale DN 20 che parte dalla base del cilindro e sale verticalmente verso l?alto per 15 cm, seguita da un breve tratto orizzontale di materiale semitrasparente in cui viene posta una valvola a sfera, e infine da un tratto discendente che lo collega ad una tubazione orizzontale in materiale plastico per allontanare la condensa formata dalla sottostazione SSTAZ.

La funzione di questo tipo di sifone SF ? quella di creare un battente idraulico all'interno del cilindro in modo da evitare che la depressione a cui ? sottoposta tutta la sottostazione SSTAZ non consenta di far entrare aria esterna proprio dalla tubazione di scarico della condensa. Inoltre, proprio perch? tale battente idraulico ? all'interno del cilindro, il volume di condensa a disposizione per mantenere il livello del battente ? sufficiente ad evitarne un prosciugamento, cosa che potrebbe avvenire se il battente idraulico fosse stato creato all'interno del sifone, In ogni caso ? stata comunque inserita una valvola a sfera nel piccolo tratto orizzontale semitrasparente del sifone, in modo da poter controllare visivamente la presenza di tale battente e di consentire l'eventuale chiusura dello scarico per consentire la formazione di un volume di condensa sufficiente a ricreare il battente idraulico.

Dopo il cilindro del sistema di scarico delle condense SSC, si ha un tronchetto T verticale che permette di convogliare il biogas proveniente dal pozzo di estrazione PE all?interno del collettore C al quale ? collegato dal basso. A tale tronchetto verticale T ? collegata tutta la strumentazione di campo per l?analisi e la regolazione del pozzo di estrazione PE collegato.

Nella Figura 4b e nella Figura 5 ? possibile vedere un esempio di sistema di gestione e controllo che prevede di applicare sul tronchetto T una pluralit? di sensori S. Nella forma di attuazione illustrata in Figura 4b e Figura 5, per ogni tronchetto T, partendo dal collegamento con la tubazione di superficie TS e andando verso il collettore C (verso del flusso del biogas) si trova, nell?ordine, un primo misuratore di pressione SPA, un punto di campionamento del gas PPG, una valvola automatica di regolazione V, con il relativo attuatore A, ed un eventuale misuratore di portata SQ.

Questo misuratore di portata SQ pu? essere anche omesso, qualora si decidesse di calcolare la portata in maniera indiretta tramite la differenza di pressione a monte e a valle della valvola V, e conoscendo il coefficiente di portata Kv della valvola V stessa.

Il sistema per calcolare in questo modo la portata sar? spiegato pi? avanti.

Sempre all'interno del tronchetto verticale T sono presenti due valvole manuali a farfalla per eventuali interventi manutentivi. Procedendo sempre nella direzione del flusso, il biogas proveniente dai vari pozzi PE viene convogliato nel collettore C, tramite i tronchetti T in precedenza descritti. Sul collettore C sono presenti un secondo misuratore della pressione SPB, un punto di campionamento del gas nel collettore PPGC ed una sonda di temperatura ST del biogas.

Il sistema di controllo remoto centrale 100 in base a questi valori comanda la regolazione di ogni attuatore A.

Ogni sottostazione SSTAZi poi ? collegata tramite una seconda valvola W ad una tubazione pi? grande chiamata linea di raccolta LR (vedere Figura 2) che raccoglie il biogas di tutte le sottostazioni SSTAZi servite da questa linea di raccolta LR e passando da una soffiante SOF lo manda ai motori M. Anche nella linea di raccolta LR, poco dopo la valvola W che agisce sul collettore C, ? presente, per ogni sottostazione SSTAZ, un terzo misuratore di pressione SPc, per la depressione agente sulla linea di raccolta LR. Tutti i punti di campionamento del gas PPG1, PPG2, PPG3, .... PPGC sono collegati tramite dei piccoli tubi, ad esempio realizzati in Rilsan? poliammide 11 , a dei sensori per l'analisi della composizione del gas SG, posti in una centralina elettrica CE che verr? descritta pi? avanti, mentre tutte le sonde di pressione dei pozzi SPA1 , SPA2, SPA3. SPA10, del collettore SPB e della linea di raccolta SPc possono essere posizionate direttamente nel punto di misura o sistemate in un quadro a parte e collegati al punto di misura tramite tubicini, ad esempio realizzati in Rilsan?.

Anche la valvola W che agisce sul collettore C ? regolata dal sistema di gestione e controllo 100, in modo da far lavorare le valvole automatiche Vi dei singoli pozzi PEi in un range ottimale di regolazione, intorno al 30%-80% di apertura. Qualora le valvole Vi dei pozzi PEi risultassero troppo aperte (Ov>80%), il sistema di gestione e controllo 100 tende a far aprire la valvola W in modo da avere pi? depressione sui singoli pozzi PEi, con conseguente parziale chiusura delle singole valvole Vi. Viceversa, qualora le valvole Vi dei pozzi PEi risultassero troppo chiuse (Ov<30%), il sistema di gestione e controllo 100 tende a far chiudere la valvola W in modo da diminuire la depressione sui singoli pozzi PEi favorendo la parziale apertura delle singole valvole Vi. ? inoltre possibile il passaggio in una configurazione manuale del sistema di gestione e controllo che consenta all'operatore di impostare da remoto la % di apertura della valvola W.

Nel presente caso, con riferimento alla Figura 9 verr? descritta una sottostazione SSTAZ5 con nove pozzi PE1, PE2, PE3. PE9.

La soluzione descritta ? in grado di analizzare i parametri di ogni pozzo PEi in termini di percentuale %CH4 volumetrica di metano indicata con riferimento 10 e percentuale %O2 volumetrica di ossigeno indicata con riferimento 20 (attraverso un analizzatore di gas 104 reperibile in commercio), di portata Q aspirata indicata con riferimento 30 da ogni pozzo PEi e di depressione P applicata indicata con riferimento 40 in ogni pozzo PE (grazie ad ulteriori sensori S, SQ, SP disponibili in commercio).

Il sistema di gestione e controllo remoto centrale 100 in base a questi valori comanda la regolazione di ogni attuatore Ax posizionato su ogni valvola Vx. La regolazione di ogni valvola Vx, intesa come percentuale di apertura della valvola e indicata con riferimento 50, essendo posta su ogni tubazione proveniente dalla testa TEx di ciascun pozzo PEx di estrazione, permette di regolare la depressione P, consentendo il passaggio di una portata Q con una certa percentuale %CH4 di metano 10 e percentuale %?2 di ossigeno 20.

Tutti i sensori di misurazione S, SP, SG, SQ sono installati a livello di sottostazione SSTAZ e comunicano con un sistema di acquisizione e invio dati, come ad esempio un PLC, che a sua volta comunica con il server centrale 102 posto nel sistema di gestione e controllo remoto 100, inviando a cadenze regolari e prestabilite i dati d?ingresso IN(10, 20, 30, 40) al sistema di gestione e controllo remoto 100 e ricevendo i comandi in uscita OUT (50) dal sistema di gestione e controllo remoto 100 come indicazioni per la regolazione degli attuatori Ai dei singoli pozzi PEi.

In particolare, per un pozzo PEi verranno inviati i segnali di ingresso INi (10i,20i,30i, 40i) e ricevuti i comandi in uscita OUTi (50i). Gli ingressi del sistema, che vengono utilizzati per le logiche di controllo dell?impianto, sono la percentuale di Metano (%CH4), la percentuale di Ossigeno (%O2), la Portata Q misurata in Nm<3>/h, e la depressione PA misurata in mbar, ovvero la depressione agente sul pozzo PE a valle di una valvola V. In aggiunta a questi parametri specifici per ogni pozzo, vengono misurati la temperatura e l'umidit? del biogas all'interno del collettore C. L'output del sistema di controllo ? rappresentato dalla percentuale di apertura della valvola Ov.

A sua volta poi il sistema di gestione e controllo remoto 100, invier? i dati a delle pagine grafiche di un sistema di supervisione, lasciando comunque la possibilit? all'operatore di gestire da remoto alcuni parametri del sistema, come ad esempio la regolazione della valvola W della sottostazione SSTAZ.

Le logiche di regolazione permettono non solo di poter prendere decisioni sul singolo pozzo PEi, ma di valutare il suo contributo in termini di portata totale QTOT del biogas aspirato dalla discarica D rispetto a due principi.

Un principio di preferenza in cui si va a scegliere quale pozzo PEx aprire di pi? in base al suo contributo rispetto agli altri pozzi PEy, ed un principio di interferenza in cui nel caso di due pozzi PEn e PEm interferenti viene scelto da quale pozzo aspirare pi? biogas (l'ammasso dei rifiuti ? permeabile per cui i raggi di influenza della captazione dei vari pozzi si sovrappongono in parte). Tali logiche saranno scritte su un software che agir? a livello di unit? centrale, ovvero di sistema di controllo remoto 100 (su Cloud o su Server 102) e descritto pi? avanti nella descrizione.

? possibile prevedere l?installazione del software anche su ogni singolo sistema di acquisizione e invio dati PLC in caso di una sottostazione SSTAZ che lavori isolata in configurazione ?stand alone", o di portarvi alcune logiche di regolazione e controllo per rendere pi? leggero il traffico di informazioni tra il sistema di acquisizione e invio dati PLC della sottostazione SSTAZ, e il sistema di gestione e controllo centrale 100.

La soluzione qui proposta prevede pertanto l'analisi e l'ottimizzazione del flusso di emissione gassosa della discarica D, con particolare attenzione alla gestione di ogni singolo pozzo PEi tenuto in considerazione il fatto che ogni variazione attuata sul singolo pozzo PEx comporta una variazione anche sui pozzi a lui vicini (PEx-1, PEx-2. PEx+1, PEx+2), in quanto i pozzi PEi sono comunicanti tra loro, poich? la discarica D ? un sistema permeabile e aperto, in cui non ci sono suddivisioni o separazioni.

La soluzione qui proposta prevede, su discariche gi? esistenti, l'installazione di un'infrastruttura di sensoristica e l'installazione di un' infrastruttura di attuatori. In particolare, per ognuno dei pozzi di estrazione PEi presenti in discarica D vengono installati dei sensori Si e degli attuatori Ai, in cui i sensori Si misurano i dati in ingresso o input, e gli attuatori Ai realizzano le uscite o output del sistema, Come noto, i pozzi PE che formano l'impianto IMP vengono utilizzati per raccogliere e convogliare la miscela di gas prodotti verso un sistema di valorizzazione energetica. Tra i gas prodotti il metano CPU ha una particolare rilevanza e l'ottimizzazione dell?impianto prevede di massimizzare la quantit? di gas metano estratto.

II sistema di controllo 100 dell?impianto qui descritto ha pertanto come obiettivo proprio quello di aumentare la quantit? di biogas estratto dalla discarica D, massimizzando la concentrazione di metano CH4 all?interno della miscela di gas.

Il sistema di controllo 100 si basa quindi su un algoritmo che riceve in ingresso i dati misurati dai sensori Si posti su ogni pozzo PEi, li elabora, e genera in uscita dei comandi OUTi per il controllo e l?azionamento degli attuatori Ai. In particolare, i dati (%CH4, %02, Q, P) misurati dai sensori Si vengono inviati al centro di controllo remoto 100, il quale li elabora e emette comandi OUTi di apertura/chiusura delle valvole di regolazione Vi. Tali comandi OUTi vengono inviati agli attuatori Ai in modo che essi possano comandare l'apertura/chiusura delle valvole Vi.

L'elaborazione remota ha come obiettivo quello di massimizzare la raccolta di metano dall'intero impianto. Pertanto le strategie di regolazione per l'apertura e/o la chiusura delle valvole di regolazione Vi dei singoli pozzi PEi ? basata sui valori misurati dai sensori Si e su informazioni che tengono in considerazione anche delle previsioni di modifiche di profilo di emissione che si riscontreranno nei pozzi PEi+1,i-1 limitrofi, aprendo o chiudendo uno o pi? pozzi PE.

Per poter tenere conto di tali previsioni vengono calcolati alcuni fattori che permettono di impostare una strategia di apertura e chiusura delle valvole di regolazione Vi, che mira ad ottenere la massima percentuale di metano ottenibile dall'impianto.

Per quanto riguarda le misurazioni della concentrazione del metano %CH4 e dell'ossigeno %02, i relativi sensori del gas SG possono essere posti o direttamente sulla tubazione proveniente dal pozzo PE, o in una centralina elettrica CE di analisi del gas, collegata alle varie tubazioni dei pozzi PE dei punti di prelievo del gas PPG tramite tubicini realizzati ad esempio in Rilsan?.

La centralina CE di analisi del gas verr? descritta successivamente. Al fine di monitorare l?intero impianto IMP, tenendo conto delle mutue influenze di ogni pozzo PE sui pozzi vicini, tutti i punti di prelievo di biogas PPG sono collegati ad un'infrastruttura di campo per lo scambio dati con il sistema di controllo centrale 100.

L'algoritmo del sistema di controllo 100 ? applicato ad ogni punto di prelievo PPGi. Tutti i punti prelievo PPG sono collegati ad un'infrastruttura di campo (centralina CE per l'analisi e il campionamento 104) e da qui ad un sistema di acquisizione e invio dati PLC (quadro sottostazione 106) per lo scambio dati con il sistema di controllo remoto 100. Il sistema di controllo 100 gestisce e tiene conto delle interazioni che avvengono anche tra pozzi PEi+1 ,i-1 limitrofi.

Nella soluzione proposta la gestione allarmi e la gestione degli arresti di emergenza sono comuni e condivise.

In varie forme di attuazione ? previsto che il sistema di controllo 100 sia fisicamente dislocato in ambiente remoto rispetto all?impianto IMP.

Verr? ora descritta nel seguito della descrizione l?architettura generale della soluzione qui proposta.

Per semplicit? verr? descritta l' infrastruttura del sistema di controllo 100 di una singola sottostazione. La gestione di ogni sottostazione ricalca lo schema descritto.

Ogni sottostazione raggruppa i dieci punti prelievo PPG (uno per ciascuno dei pozzi PE).

Con riferimento alla Figura 6, un pozzo PE ? collegato tramite una valvola di regolazione V alla discarica D. Sul pozzo PE sono installati alcuni sensori S o sonde che permettono di misurare la concentrazione di Metano (%CH4), indicata con il riferimento 10, la concentrazione di Ossigeno (%O2) indicata con il riferimento 20, la portata Q (m<3>/h) indicata con il riferimento 30, e la depressione P (mbar) indicata con il riferimento 40.

Pertanto, come evidenziato dalla Figura 6, il sistema di controllo 100 riceve in ingresso IN, attraverso la rete NET, i valori misurati dai sensori S, SP, SG e SQ ed in particolare la concentrazione 10 di Metano CPU, la concentrazione 20 di Ossigeno O2, la portata 30 e la depressione 40.

Il sistema di controllo 100 elabora i dati ricevuti in ingresso e restituisce in uscita OUT i comandi per gli attuatori A che controllano la percentuale di apertura delle valvole di regolazione V.

Pertanto, l?uscita del sistema di controllo 100 sono i valori 50 di percentuale di apertura Ov della valvola V.

Verranno ora definiti i set point del sistema di controllo 100.

L?obiettivo del sistema di controllo 100 ? quello di massimizzare la produzione di Metano CFU, ovvero aumentare la concentrazione 10 di metano CFU estratto dai pozzi PE dell?impianto IMP. Pertanto, l?indicatore qualitativo IQ del pozzo PE ? il prodotto tra la percentuale 10 di Metano CPU e la portata Q del pozzo PE indicata nei disegni con il riferimento 30.

Il campionamento degli ingressi IN prevede la lettura ciclica ogni dieci secondi con i sensori SQ del valore in ingresso della depressione P, indicata nei disegni con 40 e della portata Q indicata nei disegni con 30. Pertanto, a cadenza regolare il sistema di controllo 100 riceve in ingresso dai sensori SQ i valori di portata 30 e depressione 40.

In alcune forme di attuazione all?interno del sistema di controllo 100 viene effettuata una analisi ed una validazione di ogni valore misurato dai sensori SQ e si memorizzano le ultime dieci letture di ogni sensore SQ. Per ogni pozzo PE si hanno pertanto memorizzati gli ultimi dieci valori delle variabili misurate dai sensori SQ.

Per ogni nuovo valore misurato il sistema di controllo 100 controlla la validit? di tale nuova misura NM, ed in particolare la nuova misura NM viene considerata valida se il valore ? compreso in un range che prevede uno scostamento massimo del 10% sul valore medio per quella grandezza, ovvero se la nuova misura NM si discosta dalla media pi? o meno del 10%. In particolare, la misura ? ritenuta valida se soddisfa la condizione: Valore medio -10% < nuova misura NM attuale < Valore medio 10%.

In caso di due letture consecutive con valori di nuova misura NM non validi il sistema di controllo 100 genera un allarme di anomalia sensore SQ o sonda di misura.

Diversamente, le letture dei valori di metano CPU e di ossigeno O2, ovvero i valori delle concentrazioni 10 e 20, verranno effettuate dai sensori SG ad intervalli di trenta minuti, in modo da dare il tempo necessario alla discarica D di adeguarsi alle nuove condizioni di depressione, imposte dalla regolazione delle valvole Vi dell'impianto IMP precedentemente comandate dalle uscite OUTi dal sistema di gestione e controllo 100. Data la lentezza del sistema a reagire alle variazioni di pressione, nell?arco dell?intervallo di tempo di trenta minuti verr? effettuata una sola misurazione e tale valore verr? ritenuto valido, applicando cos? anche un tipo di gestione che non vada ad utilizzare, e dunque sollecitare, eccessivamente i sensori SG del gas, riducendone la vita utile.

Il sistema di controllo 100 ? impostato per considerare pericolosa una concentrazione di Ossigeno superiore al 2%. Pertanto, se il valore %02 della concentrazione 20 di ossigeno O2 raggiunge il valore pari al 2% il sistema di controllo 100 emette in uscita dei comandi per richiedere la chiusura graduale del pozzo PEi a cui fa riferimento la misura.

La chiusura della valvola di regolazione Vi di un pozzo PEi avviene con l?incidenza di 1,5 mbar ogni trenta minuti. La chiusura prosegue con questa modalit? fintanto che non vengono rilevate quattro letture consecutive con concentrazione 20 di ossigeno O2 al di sotto del 2%. Da quel momento in poi il punto di prelievo, ovvero il pozzo PEi da cui provengono le misure, viene reinserito nella gestione automatica del sistema di controllo 100 e torna a far parte dellimpianto IMP di estrazione.

Viene ora descritto l'algoritmo delle macrofunzioni del sistema di controllo 100 deirimpianto IMP di estrazione. L'architettura software da utilizzare sar? dipendente dal sistema server prescelto in fase di progetto, e dalla modalit? di accesso al sistema di lettura e scrittura dei dispositivi di campo.

Il sistema di controllo 100 viene applicato ad una discarica D attiva e gi? in fase di produzione ed emissione gas.

Pertanto, si considerano le seguenti condizioni preliminari di inizio lavori, ovvero una pompa di aspirazione (o soffiante SOF) gi? attiva che per? non lavora al massimo regime, e delle valvole di regolazione V dei pozzi PE in condizione di parziale chiusura (anche se non omogenea).

La fase iniziale ha lo scopo di incrementare la quantit? di gas raccolto da ogni pozzo PE che fa parte dell'impianto IMP.

Tale fase deve procedere aumentando l'aspirazione della pompa di aspirazione (o soffiante SOF)fino al raggiungimento del massimo regime.

Per raggiungere questo risultato vengono presi in considerazione i pozzi PE con percentuale 10 di Metano %CH4 > 45%.

Le valvole di regolazione V vengono aperte a passi di 1 mbar alla volta (si regola finch? non si ottiene un incremento di 1 mbar di depressione) ogni trenta minuti (o alternativamente ogni quindici minuti) fino al raggiungimento del valore di 45% di percentuale 10 di metano CH4 estratto. Si ipotizza che, in conseguenza dell'aumento di depressione P, la percentuale 20 di ossigeno O2 aumenti e la percentuale 10 di metano CFU diminuisca.

In questa fase, e per tutta la durata del funzionamento del sistema di controllo 100, viene effettuato il controllo di sicurezza del limite massimo di O2 al 2%. Il ciclo di lettura/scrittura dei valori avviene ogni quindici minuti.

Ogni pozzo PEi viene portato in condizione di stabilit? per una delle seguenti condizioni:

? percentuale 10i di metano CH4 (%CH4) = 45%

<? >percentuale apertura Ovi valvola di regolazione Vi 100%

? percentuale 20i di ossigeno O2 = 2%

Al momento che si ? raggiunto il massimo regime della pompa di aspirazione (o soffiante SOF), rispettando le precedenti condizioni, viene attivata la fase di ottimizzazione, ovvero inizia il monitoraggio dell'impianto IMP da parte del sistema di controllo 100.

Il ciclo di ottimizzazione ha lo scopo di aumentare la concentrazione 10 di metano CH4, a parit? di portata aspirata.

L'ottimizzazione del flusso si basa sull'assunto che, a parit? di portata (la (o soffiante SOF ? comunque al massimo regime), ? preferibile aprire i pozzi PEx con rendimento migliore e chiudere quelli PEy a rendimento peggiore.

La lettura dei valori di ingresso viene effettuata nella modalit? gi? descritta precedentemente.

Il ciclo di attuazione viene applicato ogni quindici minuti.

Al tempo T0 vengono memorizzati i valori dei sensori S per ogni pozzo PEi, ovvero viene effettuata la prima lettura dei valori.

In particolare per ogni pozzo PEi vengono memorizzati i valori di percentuale 10i di metano CH4 e portata 30i all?istante T0 (CF4T0 - QT0).

Ogni dieci secondi si apre la valvola di regolazione Vi dell? 1 % (o valore inferiore in base alla risoluzione dell'attuatore Ai associato alla valvola di regolazione Vi) finch? la differenza ?? tra la pressione ??0 al tempo T0 e la pressione attuale misurata Patt non ? uguale a 1mbar, ovvero ??= ??0 - Patt = 1 mbar. Naturalmente tale operazione ? attuabile se e solo se la valvola di regolazione Vi non ? completamente aperta.

Dopo quindici o trenta minuti viene effettuata una seconda lettura T1.

Anche in questo caso vengono memorizzati i valori di percentuale 10i di metano CH4, percentuale 20i di ossigeno O2 e portata Q all?istante T1 (CF4T1 - O2T1 -QT1).

Una volta misurati questi valori viene effettuato il calcolo del fattore K, ovvero dell?indicatore di rendimento del pozzo.

Infine, viene effettuato il calcolo del fattore St, ovvero dell?Indicatore di stabilit? o volubilit? del pozzo PE.

Il fattore Kj indica la capacit? di produttivit? residua del pozzo PEj. Un fattore Kj maggiore della concentrazione media di metano all'Interno di tutto il biogas aspirato, indica che il pozzo PEj ha ancora produttivit? residua.

Il fattore K tiene in considerazione le variazioni di percentuali di metano e di portata, ovvero

Il fattore St indica il grado di stabilit? del pozzo, ovvero come al variare della portata, vari la concentrazione di ossigeno.

Un pozzo con fattore St alto indica che a piccoli incrementi di portata si hanno elevate variazioni di concentrazione di ossigeno, denotando una certa instabilit? del pozzo. Per cui a livello di gestione risulta pi? conveniente estrarre quella portata di biogas da un altro pozzo vicino pi? stabile.

Il fattore K ed il fattore St concorrono alla redazione di un indice Z di ?prestazione? dei pozzi.

Il criterio di prestazione viene calcolato a partire dal fattore K, al quale viene sottratta una percentuale perequativa basata sul valore del fattore St. La dimensione dell'Incidenza perequativa del fattore St verr? definita in una fase successiva.

Per i pozzi PEa con indice di rendimento superiore al valore medio (prestazione positiva) si applica la seguente logica: ogni dieci secondi si apre la valvola di regolazione V dell' 1 % (o valore inferiore in base alla risoluzione dell'attuatore A) finch? la differenza tra la depressione 40 al T0 e la depressione 40 attualmente misurata (??) non ? uguale a 1 mbar, ovvero si ha ??= PT0 - Patt = 1 mbar. Anche in questo caso tale operazione ? attuabile se la valvola di regolazione V non ? completamente aperta.

Per i pozzi PEb con indice di prestazione inferiore al valore medio (prestazione negativa) si applica la seguente logica: ogni dieci secondi si chiude la valvola di regolazione V dell? 1 % (o valore inferiore in base alla risoluzione dell?attuatore A) finch? la differenza tra la depressione 30 al T0 e la depressione 30 attualmente misurata (??) non ? uguale -1 mbar, ovvero si ha ??= PT0 - Patt = -1. Naturalmente tale operazione ? attuabile se la valvola di regolazione V non ? completamente chiusa.

Dopo trenta minuti viene effettuato nuovamente il calcolo di prestazione in ciclo continuo.

Bench? i pozzi PE1, PE2, PE3..., PEN vengano gestiti singolarmente, l?area di prelievo (la discarica D) ? comunicante, per cui ? facilmente ipotizzabile che un?azione di apertura/chiusura su un pozzo PEi abbia impatto anche sui pozzi vicini PEi-1 , PEi+1 etc.

In questo caso si ha una sovrapposizione dei raggi di influenza dell?estrazione dei pozzi.

Con riferimento alle Figure 7-9, l'impianto IMP comprende una pluralit? di sottostazioni SSTAZ1, SSTAZ2..., SSTAZn collegate tramite la rete NET al sistema di controllo remoto 100. Ogni singola sottostazione SSTAZi prevede un quadro di controllo 106ssi e un analizzatore di biogas 104ssi.

Il quadro di controllo 106ssi riceve come ingressi i valori misurati dai sensori S, SG, SQ, di ogni singolo pozzo PE. I valori misurati sono la concentrazione 10 di Metano CH4, la concentrazione 20 di Ossigeno (O2), la portata Q 30 e la depressione P 40 dei nove pozzi PEi1-PEi9 che fanno parte della sottostazione SSTAZi e i valori globali della sottostazione SSTAZi.

Ciascun quadro di controllo 106ssi prevede anche come uscite i comandi per gli attuatori A di ciascun pozzo PE che agiscono sulle valvole di regolazione V e per la regolazione della valvola W presente sul collettore C.

L'applicazione dell?algoritmo descritto in precedenza ha come conseguenza che l?aumento di flusso di un pozzo porta alla diminuzione del flusso dei pozzi confinanti. Alla saturazione del flusso maggioritario, il sistema risponder? con lo strozzamento di tale flusso, con il conseguente maggior flusso dei pozzi confinanti.

Inoltre, tale principio di interferenza e comunicazioni dei pozzi verr? utilizzato per far convogliare una maggior portata dai pozzi ritenuti pi? stabili, con fattore Z pi? basso. Si ipotizza perci? un comportamento oscillatorio che, per sua natura, non raggiunga mai un equilibrio assoluto, ma tenda all'ottimizzazione del rendimento complessivo.

La soluzione qui proposta prevede l'installazione di un controllore logico programmabile PLC per il collegamento con i sensori S, SP, SG, SQ e gli attuatori A sul campo. I valori di ossigeno O2 e metano CH4 sono raccolti da una centralina elettronica CE collegata al controllore PLC mediante protocollo seriale Modbus (RS485). La centralina CE supporta fino a dieci ingressi gas. Con ogni centralina CE saranno pertanto misurati nove pozzi di estrazione PE1-PE9 pi? il collettore C in uscita dalla sottostazione SSTAZ.

Il controllore PLC ha il compito di effettuare il collegamento dei vari sistemi di raccolta dati, ovvero i sensori S, SP, SG, SQ, ed il comando degli attuatori A. Il controllore PLC rende disponibili le informazioni al sistema di controllo remoto 100, che sar? installato su applicativo ospitato su server in cloud 102 (ad esempio macchina Window con interfaccia grafica). Tale applicativo avr? il compito di raccordare i dati di tutte le sottostazioni SSTAZi gestite ed eseguire la logica di ottimizzazione prevista.

Verranno ora descritti i componenti hardware da installare sul campo.

La soluzione prevede di installare un analizzatore di biogas 104 per ogni sottostazione SSTAZ come illustrato nella Figura 9. L?analizzatore di biogas 104 ? una centralina per l'uso in ambienti industriali gravosi. Tale analizzatore di biogas 104 ? configurato per campionare dieci punti di misura da impianti in depressione.

L'analizzatore di biogas 104 prevede un raffreddatore con pompa per espulsione delle condense. Esso viene posizionato fuori dalla zona Atex2. L?analizzatore di biogas 104 prevede quattro uscite analogiche 4-20 mA e una interfaccia digitale RS 485 (Modbus RTU).

Per ogni pozzo della sottostazione SSTAZ vengono installati dei sensori S di pressione SPA e, opzionalmente, sensori di portata SQ. Tali sensori SQ di portata possono infatti non essere presenti qualora detta portata venga calcolata indirettamente, anzich? misurata, come di seguito meglio descritto; quando presenti sono installati direttamente sulla tubazione T del pozzo PE1-PE10 in aspirazione. Il segnale di uscita ? un segnale tra 4-20 mA.

Per ogni pozzo della sottostazione SSTAZ, e in particolare per ogni valvola di regolazione V vengono installati degli attuatori A. Tali attuatori A sono installati direttamente sulla tubazione T del pozzo PE1-PE10 in aspirazione. Il range di portata ? tipicamente di 3-10 m<3>/h. Gli attuatori A richiedono una alimentazione da 24V e sono selezionati tra quelli adatti ad ambienti Atex 2. Essi hanno un controllo analogico 4-20 mA.

Il quadro elettrico 106 dovr? contenere la circuiteria di raccordo con le sonde in campo. In prossimit? del quadro verr? installato il dispositivo barriera di sicurezza per il collegamento degli attuatori in zona Atex.

Vengono ora descritti i requisiti dei controllori PLC. Ogni controllore PLC ? dotato di un modulo CPU, con venti ingressi analogici (4-20 mA / 0/10 V) per le misure di portata e pressione e dieci uscite analogiche per il comando delle valvole di regolazione V (con segnali 4-20mA e 0-10V). Inoltre ? presente un modulo di collegamento seriale (Modbus) con la centralina di lettura della concentrazione 40 di ossigeno O2 e della concentrazione 30 di metano CPU. Inoltre, si ha un modulo da sedici input digitali per il collegamento digitale della centralina, linea allarmi, pulsante di emergenza, pulsante di abilitazione quadro, etc. analogamente si ha un modulo da sedici output digitali per il collegamento di dispositivi di segnalazione luminosa e acustica. Infine ? previsto un modulo di trasmissione ethernet/gsm per il collegamento con il sistema di controllo remoto 100.

La soluzione proposta prevede preferibilmente l?utilizzo di componenti PLC Siemens SIMATIC S7.

Per la comunicazione tra il quadro sottostazione 106 e il software del sistema di controllo remoto 100 viene preferibilmente utilizzato un sistema di comunicazione di SIMENS basato su SIMATIC S7-1200 e un canale di collegamento GPRS mediante rete telefonica.

La soluzione qui proposta permette di regolare simultaneamente tutti i pozzi della discarica, tenendo in considerazione il comportamento di ogni pozzo in relazione agli altri. In particolare, ciascun pozzo viene considerato in combinazione con i pozzi adiacenti sapendo che ogni modifica su un pozzo influenza anche il comportamento dei pozzi a lui vicini.

Pertanto, i pozzi non vengono considerati isolati e regolati in maniera indipendente, ma vi ? una logica comune ad ogni sottostazione e all'intero impianto.

Nella tecnica nota l'ottimizzazione avviene esclusivamente a livello del singolo pozzo, considerandolo isolato, mentre la soluzione qui proposta compara i risultati di tutti i pozzi monitorati, ottimizzando l'intera discarica e confrontando anche pozzi vicini che si influenzano a vicenda.

In particolare, la soluzione tiene in considerazione anche il fatto che se viene aperta di pi? la valvola di un pozzo per estrarre maggior quantit? di gas da questo di conseguenza ne verr? estratto meno da quello accanto. Il sistema di controllo remoto ? in grado di dire da quale pozzo ? meglio estrarre quella quantit? di gas, e quindi andr? ad aprire in maniera differente i diversi pozzi.

Inoltre nella tecnica nota si confronta ogni misura rilevata con quella di un pozzo ?tipo", limitandosi a controllare di restare dentro un range prestabilito di valori, soprattutto nel restare sotto a certi valori di ossigeno, come normalmente viene fatto nelle logiche di gestione manuale dei pozzi.

Diversamente, la soluzione qui descritta permette di confrontare ogni misura di ogni pozzo con la precedente in modo da capire se la regolazione effettuata ? stata migliorativa o meno, cos? da poter adattare di volta in volta il sistema alla configurazione pi? efficiente. Si ha in particolare una sorta di gestione con feedback.

Pertanto, l?indicatore qualitativo IQ di un impianto si calcola come:

La portata risulta un parametro fondamentale, che pu? essere misurata direttamente, o essere calcolata mediante formule di carico.

Vengono ora indicati i parametri di campo utilizzati per i controlli e le impostazioni per il corretto funzionamento dell?impianto IMP. Quindi, oltre ai parametri precedentemente menzionati (depressione PA, percentuale CH4, percentuale O2, portata Q) si hanno anche:

la Temperatura del biogas nel collettore (T) [misurata in ?C],

la percentuale di Umidit? relativa del biogas nel collettore (u) [%],

il grado di purezza o Titolo (X) [misurato in g/m<3>],

- la Depressione sul collettore (PB) [misurata in mbar],

la Depressione sulla linea (pc) [misurata in mbar],

la percentuale di anidride carbonica (CO2) [%],

la percentuale di azoto (N2) [%],

la concentrazione di idrogeno solforato (H2S) [misurato in ppm],

- la percentuale di vapore acqueo [%],

la percentuale di parte restante dei composti della miscela di biogas Balance (Bai) [%],

la percentuale di Umidit? relativa esterna [%],

la Temperatura esterna (Tamb) [misurata in ?C],

- la Pressione barometrica esterna (pamb) [misurata in mbar],

l?Intensit? pluviometrica Ip [misurata in mm], e

la Durata pluviometrica tp [misurata in h],

I parametri temperatura T, umidit? u, titolo X, sono necessari per determinare la percentuale volumetrica di vapore vapH2O all?interno della miscela di biogas ovvero i grammi di acqua che il biogas si porta dietro per ogni metro cubo di portata, e il grado di saturazione del biogas per monitorare la tenuta idraulica del battente del sifone per lo scarico delle condense.

In caso di valori di umidit? relativa troppo bassi per lungo tempo si provveder? ad inviare una segnalazione all?operatore per verificare il riempimento del sifone dello scarico delle condense di ogni pozzo.

I parametri di Intensit? pluviometrica Ip, Durata pluviometrica tp, Umidit? relativa esterna uamb, Temperatura esterna Tamb, e Pressione barometrica esterna pamb sono necessari per determinare le condizioni ambientali che possono indurre un profondo cambiamento delle condizioni all'Interno della discarica D e determinare il passaggio da una logica di funzionamento ad un?altra (ad esempio il passaggio da un ciclo di ottimizzazione ad un ciclo esplorativo spiegati pi? nel dettaglio pi? avanti nella descrizione).

Il calcolo della portata Qn (misurata in di ogni conduttura PEn (pozzo/collettore) avviene mediante l'analisi della struttura f?sica del condotto (dimensione/strozzatura) e della composizione del fluido che lo attraversa.

L'indicazione dei sensori Sn, SQn, SGn ci permette di stabilire la diversa incidenza percentuale degli elementi misurati.

La funzione di calcolo della portata ? la seguente:

dove:

? p = ? la differenza di depressione tra pA e pB,

pA = ? la depressione agente sul pozzo,

T = ? la temperatura (in ?C) del biogas nel collettore C,

Kv = ? il coefficiente Kv della valvola V che definisce il flusso di biogas (in funzione della percentuale di apertura %Ov della valvola V),

pn = ? la densit? del biogas.

Occorre a questo punto dettagliare le formule accessorie Kv e pn.

Per il calcolo della portata del collettore si avr? pB al posto di pA, il ?? come differenza tra pB e pC e il Kv della valvola del collettore C.

Il calcolo del coefficiente Kv deve essere differenziato in base alla sezione della valvola utilizzata e alla relativa % di apertura Ov. Tale relazione viene spesso fornita dai costruttori attraverso dei grafici, che possono essere discretizzati come nelle formule sottostanti:

1 ) Valvola DN25 e orifizio 20 mm:

2) Valvola DN25 e orifizio 25 mm:

In entrambi i casi la "x? rappresenta la percentuale di apertura della valvola Ov (%).

Le due espressioni possono essere rappresentate dal grafico di Figura 9, in cui il riferimento 020 indica la curva del primo caso con orifizio 20mm e il riferimento 025 indica la curva del secondo caso con orifizio 25mm.

La densit? (pN), espressa in kg/m<3 >pu? essere approssimata (nel range di temperatura di esercizio della discarica) dalla seguente funzione:

data dalla sommatoria dei prodotti della percentuale volumetrica di ogni gas costituente la miscela per la relativa densit?, diviso la somma delle percentuali volumetriche dei costituenti.

Il sistema 100 prevede l'installazione di un dispositivo di acquisizione ed invio dati (ad esempio un PLC) per il collegamento con le sonde o sensori S e gli attuatori A sul campo. I valori di O2 e CH4, cos? come i valori relativi agli altri gas presenti nella miscela del biogas, sono raccolti da una centralina elettronica CE collegata al dispositivo di acquisizione mediante protocollo seriale Modbus (RS485).

La centralina CE per questo tipo di applicazione ? stata scelta per supportare fino a dieci ingressi di punti di campionamento del gas, ovvero nove pozzi di estrazione PE pi? il collettore C in uscita dalla sottostazione SSTAZ.

La centralina CE pu? arrivare fino a venti ingressi, per cui si pu? arrivare a campionare fino ad un massimo di diciannove pozzi di estrazione, pi? il valore in uscita dal collettore C della sottostazione SSTAZ.

Il dispositivo di acquisizione PLC avr? il compito di effettuare il collegamento dei vari sistemi di raccolta dati o sensori S ed il comando degli attuatori A. Dovr? anche rendere disponibili le informazioni con il sistema di controllo remoto 100, che sar? installato su applicativo ospitato su server in cloud 102 (ad esempio macchina Windows con interfaccia grafica). Tale applicativo 102 avr? il compito di raccordare i dati di tutte le sottostazioni SSTAZi gestite ed eseguire la logica di ottimizzazione prevista.

Vengono ora descritte le componenti hardware di campo.

L?analizzatore di biogas 104 ? una centralina per l'uso in ambienti industriali gravosi. Configurata per campionare dieci punti di misura, da impianti in depressione. L?analizzatore di biogas 104 ? provvisto di un raffreddatore con pompa per espulsione condense. L'analizzatore di biogas 104 ? predisposto fuori dalla zona Atex2. La centralina 104 ? provvista di quattro uscite analogiche 4-20 mAed ha una interfaccia digitale RS 485 (Modbus RTU).

1 sensori S di pressione e portata SQ sono sensori S installati direttamente sulla tubazione T del pozzo PE in aspirazione. Emettono un segnale di uscita analogico ad esempio 4-20 mA o in alternativa a 0-10V.

Gli attuatori A sono installati direttamente sul tronchetto T appartenente al pozzo di estrazione PE. Il range di portata Q varia di solito tra i 3-10 m<3>/h. L?alimentazione ? a 24V. I sensori S sono adatti ad ambienti Atex 2. Hanno un controllo analogico 4-20 mA.

Il quadro elettrico 106 dovr? contenere la circuiteria di raccordo con le sonde o sensori S in campo. In prossimit? del quadro 106 verr? installato il dispositivo barriera di sicurezza per il collegamento degli attuatori A in zona Atex.

Verranno ora descritti i requisiti del dispositivo di acquisizione PLC. Il dispositivo PLC comprende:

- un modulo CPU;

- venti ingressi analogici (4-20 mA/0-10 V) per le misure di portata Q e pressione P;

- dieci uscite analogiche per il comando delle valvole V (4-20 mA / 0-10 V);

- un modulo di collegamento seriale (Modbus) con la centralina CE di lettura di O2 e CH4;

- un modulo da sedici input digitali per il collegamento digitale della centralina CE, linea allarmi, pulsante di emergenza, pulsante di abilitazione quadro, etc; - un modulo da sedici output digitali per il collegamento di dispositivi di segnalazione luminosa e acustica;

- un modulo di trasmissione ethernet/gsm per il collegamento con il sistema di controllo remoto.

Per la comunicazione quadro 106 sottostazione SSTAZ - software verr? utilizzato un sistema di comunicazione di SIMENS basato su SIMATIC S7-1200, e un canale di collegamento GPRS mediante rete telefonica.

Viene ora descritto l'algoritmo delle macrofunzioni del sistema di controllo 100. Il contesto applicativo prevede l'utilizzo di servizi remoti interconnessi con il sistema ?campo? mediante interfacce di tipo Web Service/Rest Service per il reperimento delle letture sonde o sensori S ed il comando degli attuatori A. Si prevede che il sistema di controllo sia un servizio privo di interazione con l'utente. Tuttavia questa interazione potr? essere attuata qualora si desiderasse passare ad una configurazione manuale, ad esempio per interventi manutentivi, escludendo perci? le logiche di gestione e controllo automatizzate.

La struttura applicativa del modulo di accesso al campo dovr? essere svincolata dal sistema di controllo per consentire l'adeguamento alle peculiarit? di ogni impianto.

La dislocazione fisica del sistema di controllo non ?, quindi, necessariamente legata alla prossimit? con l'impianto, per cui si pu? prevedere di utilizzare servizi e piattaforme di tipo ?cloud?. Tale opzione garantisce l?accessibilit? al sistema e svincola il cliente dalle problematiche di manutenzione dell'hardware, limitatamente al sistema di controllo/comando.

Il sistema ? implementato da tre componenti applicative, operanti/installate su un server "cloud? Windows/Linux ed ? previsto l'utilizzo di strumenti software ?Open Source".

Il data base DB sar? il contenitore delle letture dal campo effettuate e conterr? le informazioni di configurazione e di stato dell'impianto.

Saranno gestiti tre livelli di informazioni:

Configurazioni: definizione struttura e nomenclature impianto/sottostazioni/pozzi/sonde;

- Letture/Comandi: archivio letture real-time e traccia dell'esecuzione dei comandi impartiti al campo;

- Stati: informazioni sullo stato attuale deirimpianto e dell'attuazione del sistema di controllo;

- Eventi: log applicativo.

Il modulo di I/O ha il compito di effettuare il ciclo di lettura dei valori della sensoristica S applicata ai pozzi PE/collettori C dislocati nella discarica D.

Ogni parametro avr? un ciclo differenziato di lettura:

- Pressione: 2 secondi;

- Temperatura: 2 secondi;

- RH (umidit?): 2 secondi;

- CPU: 30 minuti;

- O2: 30 minuti;

- N2: 30 minuti;

- H2S: 30 minuti.

In forme alternative dell'invenzione il ciclo di lettura della Pressione pu? variare nel range da 2 a 10 s, quello della Temperatura da 2 a 10 s e quello dell' RH (umidit?) da 2 a 10 s.

La scrittura degli attuatori A (% di apertura valvole Ov) avverr? contestualmente all'impartizione del comando da parte del modulo di controllo 100.

Il modulo di controllo 100 effettua la regolazione dei parametri di impianto. Il ciclo operativo si basa sul timing configurabile di applicazione dell'algoritmo di controllo. Le attivit? scaturite dal modulo di controllo vengono inserite nella base dati ed eseguite dal modulo di I/O.

L'attuazione del sistema di controllo 100 prevede una fase iniziale atta alla massimizzazione della portata Q del flusso complessivo generato dall'impianto IMP. La massimizzazione deve avvenire nel limite della convenienza economica dell'aspirazione in rapporto alla percentuale di metano %CH4 estratto.

Al termine di tale fase il sistema di controllo 100 attiver? il ciclo di regolazione per l'ottimizzazione dei flussi dei pozzi PE.

L'ottimizzazione ha come obiettivo quello di massimizzare l'estrazione di metano dai pozzi PEi con alto rendimento ed al contempo minimizzare l?estrazione dai pozzi PEj con rendimento pi? basso. Tale operazione, ciclicamente ripetuta nell?arco del periodo di operativit? del sistema di controllo 100, tende ad assecondare la differente dinamica fisica del materiale di cui ? composta la discarica D ed allo stesso tempo, indirizzare l'estrazione dalle aree che, nel periodo di operativit?, risultano maggiormente redditizie.

Le due fasi verranno denominate ?Ciclo Esplorativo?? e ?Ciclo di ottimizzazione?. Data la dinamicit? della discarica D ? previsto che, comunque, il Ciclo Esplorativo venga effettuato mensilmente per adeguare il sistema di controllo 100 a sopravvenute mutazioni fisiche e biologiche del materiale in discarica D, o qualora venissero registrati dei prolungati cambiamenti delle condizioni ambientali esterne, tali da poter modificare le condizioni all'interno della discarica D, come ad esempio eventi piovosi intensi e prolungati, drastici cambiamenti delle condizioni ambientali esterne (pressione, temperatura). Tutte queste informazioni posso essere prese o dalle stazioni metereologiche presenti nell?impianto o direttamente dai dati metereologici online dei servizi regionali. Il ?Ciclo Esplorativo" (vedere Figura 13) viene eseguito all'avvio della regolazione di una discarica D e, ciclicamente ogni trenta giorni. Questo fa s? che il sistema 100 identifichi la portata complessiva Qtot e la adegui alle variazioni cicliche degli impianti di discarica. Tali variazioni possono avvenire anche a seguito di eventi meteorologici, o a particolari esigenze manutentive, per cui si prevede che sia possibile forzare tale ciclo in modo manuale.

In un passo 1000 viene eseguita la misura della percentuale di metano %CH4 e il calcolo della portata Q. In un passo 1002 avviene l?apertura del 1 % delle valvole V dei pozzi PE in funzione (se non sono gi? aperte al 100%). In un passo di attesa 1004 vengono attesi trenta minuti. In un passo 1006 viene eseguita la misura della percentuale di metano %CH4 e il calcolo della portata Q. in un passo 1008 vengono controllate le condizioni di ?stop" pozzo PE ovvero se la percentuale 20 di ossigeno O2 ? maggiore del 3% e la percentuale 10 di metano %CH4 ? minore del 44%. In un passo 1010 vengono controllate le condizioni di ?stop" del collettore C ovvero se la percentuale 20 di ossigeno O2 ? maggiore del 3%, oppure la percentuale 10 di metano %CH4 ? minore del 44%, ovvero se la variazione dell?indicatore qualitativo IQ al tempo t1 e al tempo tO ? minore o uguale a 0,5 ovvero - QxCH4(t0) <= 0,5 m<3>/h. In un passo decisionale 1012 si controlla se sono verificate le condizioni di stop. In caso negativo si torna al passo 1002, in caso positivo in un passo decisionale 1014 si controlla se ? gi? il terzo passaggio nelle condizioni di ?stop?. In caso negativo si torna al passo 1006, in caso positivo si procede con un passo 1016 in cui si conclude il ?Ciclo Esplorativo?, e in un passo 1018 si richiama il ?Ciclo di ottimizzazione?.

Nello specifico si hanno i seguenti comandi:

1) All?avvio del ciclo esplorativo (to) viene effettuata la misurazione dei valori delle percentuali di 02, CPU e portata (Q) sul collettore C e sui singoli pozzi PE.

2) Tutte le valvole Vx di apertura dei pozzi Px in funzione o ?run? vengono aperte dell?1% (se non gi? al 100%). Inizialmente tutti i pozzi PE sono considerati operativi e quindi in stato ?run?. Durante il ciclo, a seguito dei controlli di sicurezza descritti di seguito, alcuni pozzi PEy possono essere posti in stato "stop? ed esclusi dalla logica del ciclo esplorativo.

Durante il ciclo esplorativo sono attivi i seguenti controlli di sicurezza:

- pozzo PEi con 02>3%: se CH4>=44% pozzo PEi in normale funzionamento, se CH4<44% pozzo PEi in ?stop? (viene escluso dalle aperture periodiche);

- pozzo PEj con 02> 4%: il pozzo PEj viene messo in stato ?stop? (viene escluso dalle aperture periodiche), e se CH4>=44% viene generato un ?ALERT?.

3) Dopo 30 minuti dall'esecuzione dell'apertura (t1) si effettua nuovamente la misurazione delle percentuali O2, CH4 e portata sul collettore C.

4) Vengono verificate le condizioni di sicurezza di ogni pozzo come descritto in precedenza.

5) Viene effettuata una nuova apertura delle valvole pozzo dell'1% a meno che non si verifichi una delle seguenti condizioni:

a) % O2 sul collettore 0=3%;

b) % CH4 sul collettore<44%;

c) Guadagno di metano ridotto: QxCH4(t1) - QxCH4(t0)<=0,5 m<3>/h (0,5 parametro configurabile).

6) Nel contesto delle aperture dei pozzi PE, ad ogni step ti che almeno un pozzo raggiunga l?apertura del 90% viene effettuata l'apertura dell?1 % della valvola V del collettore C (se non gi? alla massima apertura).

a) Se il collettore C raggiunge l?apertura massima il sistema effettua una notifica all'esterno per la richiesta di aumento del regime di funzionamento della pompa aspiratrice.

7) A seguito delle condizioni del punto 5) il sistema si pone in stato ?stop? per trenta minuti e effettua nuovamente il ciclo dal punto 3).

a) Al terzo passaggio consecutivo per cui permangano le condizioni di ?stop" il ciclo esplorativo termina ed il sistema di controllo passa al ciclo di ottimizzazione.

8) Se non si verifica nessuna delle condizioni al punto 5) il ciclo riparte dal punto 2).

Durante il ciclo esplorativo il controllo della valvola Ve del collettore C viene gestito esclusivamente dal sistema automatico. Nella successiva fase del ciclo di ottimizzazione sar? consentito il controllo manuale.

Il normale ciclo di funzionamento del sistema di controllo ha il compito di massimizzare/ottimizzare la concentrazione di metano a parit? di portata aspirata complessiva, gi? massimizzata mediante il ciclo di startup/esplorativo, incrementando i flussi con maggiore rendimento e riducendo quelli con rendimento minore.

Il ciclo viene effettuato sulla base del calcolo del valore delle sonde CH4 e del calcolo della portata (Q) dei singoli pozzi e del collettore.

La formula di calcolo della portata Q ? quella descritta in precedenza e qui riportata:

Il ciclo di ottimizzazione prevede un loop di trenta minuti. Tale valore potr? essere rivisto in base alle necessit? contingenti e/o alla sensoristica utilizzata.

Le variabili utilizzate in questo algoritmo sono le seguenti:

? Qx(t0): portata del pozzo ?PEx? all?istante di campionamento to ? CH4x(t0): percentuale di metano del pozzo ?PEx? all'istante di campionamento to

? Qc(t0): portata del collettore C all'istante di campionamento to ? CH4c(t0): percentuale di metano del collettore C all?istante di campionamento to

? Qx(t1): portata del pozzo ?PEx" all'istante di campionamento successivo t1

? CH4x(t1): percentuale di metano del pozzo ?PEx? all'istante di campionamento successivo ti

? Qc(t1): portata del collettore C all'istante di campionamento successivo t1

? CH4c(t1): percentuale di metano del collettore C all?istante di campionamento successivo ti

All?avvio del ciclo vengono caricati i valori ti (i valori ?t0" sono inizialmente posti a 0).

Durante il primo ciclo (primo campionamento) vengono caricati i valori ?t1" attuali.

Al termine di ogni ciclo i valori ?t1? diventano ?t0? ed ai ti vengono assegnati i nuovi valori attuali.

L'indicatore di prestazione del pozzo (fattore K) ? cos? definito:

Questo ? il principale indicatore, e indica il contributo in termini di metano all'interno dell'incremento di portata ? Q.

Oltre all?indice di rendimento occorre tenere conto di quanto il comportamento dinamico del singolo pozzo PEn sia funzionale al raggiungimento della produzione ottimale.

Ci sono molti fattori che possono influire sulla dinamica di funzionamento di ogni pozzo PE e, complessivamente, dell?intera discarica D quali: la morfologia del terreno, il flusso dell'acqua piovana all'interno della discarica, i differenti materiali che possono essere stati depositati, una diversa esposizione solare, l'integrit? delle coperture e superiori e/o sottostanti, etc...

Questi fattori possono incidere sulla reattivit? e/o sulla sollecitudine a ?reagire? ad impulsi esterni, quali possono essere le regolazioni gestite dal presente sistema di controllo, ed una possibile conseguenza ? che alcuni pozzi possano avere un comportamento di tipo oscillatorio, considerando il periodo di loop prescelto.

Per ogni pozzo viene definito un parametro ?St? (su una scala 0-100) che ne qualifichi la ?stabilit??. Sulla base del rapporto

St = 0 indica la massima stabilit?,

St = 100 indica massima instabilit?.

Il parametro St, inizialmente configurato su valori omogenei per tutti i pozzi, pu? variare in base al comportamento dinamico della discarica e verr? continuamente ricalibrato a seconda deN'aumentare dei dati a disposizione del sistema che consentono di conoscere meglio il comportamento del pozzo PE.

L'utilizzo del parametro St concorre a calcolare il fattore ?Z?, l'indice di prestazione del pozzo:

Dove il fattore Kc ? l'indice di concentrazione medio di metano all'interno del biogas estratto da tutta la discarica.

Laddove il valore Zx si discosti dal Kc di un determinato valore si effettua la seguente operazione:

? se Zx > Kc, ovvero la concentrazione di metano presente nell'incremento di portata ? Q ? maggiore del valore Kc, la valvola del pozzo PEx viene aperta fino a raggiungere una depressione di 1 mbar dalla misurazione all'istante ti

? se Zx < Kc, ovvero la concentrazione di metano presente nell'incremento di portata ? Q ? minore del valore Kc, la valvola del pozzo PEy viene chiusa fino a raggiungere un aumento di depressione di 1 mbar dalla misurazione all'istante t1

Tale meccanismo di apertura chiusura avviene eseguendo aperture/chiusure dello 0,5% della relativa valvola Vx o Vy ed effettuando la misurazione di pressione/depressione dopo dieci secondi.

Prioritariamente al calcolo di prestazione vengono effettuati alcuni controlli di sicurezza sui singoli pozzi

? Verifica valore H2S pozzo: in caso di valore superiore ad un parametro PAR da definire il pozzo verr? gestito in modalit? chiusura (analogamente al caso Zx < Kc)

? Controllo ?Reverse? pozzo: nel caso in cui la depressione/pressione generata a seguito di un?apertura/chiusura dello 0,5% della valvola sia superiore ai 3 mbar, il sistema di controllo esegue l'operazione contraria (+/- 1 mbar dal valore to)

? Controllo valore O2 pozzo: se il valore della sonda O2 supera il 3% il sistema di controllo effettuer? la chiusura fino al raggiungimento del 1 mbar dal to. Al terzo loop con soglia superata verr? generato un ALERT esterno.

Nella Figura 14 viene rappresentato il ?Ciclo di ottimizzazione?.

In un passo 1020 avviene la lettura delle misure eseguite dalle sonde o sensori S e il calcolo della portata Q. Nel passo 1022 vengono verificati i controlli di sicurezza. In un passo 1024 avviene il calcolo dei fattori K e Z. In un passo decisionale 1026 per ogni pozzo PEx viene eseguito un controllo in cui si verifica se il fattore Z(x) ? maggiore del fattore K(x).

In caso positivo in un passo 1028 avviene l'apertura del 1% della valvola Vx del pozzo PEx e in un passo decisionale 1030 viene controllato se la depressione da t0 ? minore di 1mbar. In caso negativo si ritorna al passo 1028, in caso positivo si continua con un passo 1032.

In caso negativo in un passo 1036 avviene la chiusura del 1% della valvola Vx del pozzo PEx e in un passo decisionale 1038 viene controllato se il guadagno di pressione da t0 ? minore di 1mbar. In caso negativo si ritorna al passo 1028, in caso positivo si continua con un passo 1032.

Nel passo 1032 si ricomincia il ciclo e si torna al passo 1026. Successivamente in un passo di attesa 1034 vengono attesi trenta minuti e poi si torna al passo iniziale 1020.

Nello specifico si hanno i seguenti comandi:

1) All?avvio del ciclo di ottimizzazione (ti) viene effettuata la lettura delle sonde di pressione SP, CPU, O2, H2St, temperatura e calcolo dei valori di portata (Q) sui singoli pozzi PE e sul collettore C. In questa fase si considerano (t0) le misurazioni/calcoli eseguiti al ciclo precedente (valori nulli alla prima esecuzione).

2) Vengono verificati i controlli di sicurezza ed eseguite le azioni (se necessarie) descritte nel paragrafo precedente. I pozzi interessati da tali azioni non vengono coinvolti nelle operazioni descritte nei punti successivi.

3) Viene determinato il fattore Z di ogni pozzo PE.

4) Per i pozzi con Zx > Kc (maggiori di un fattore parametrico)

a) si memorizza la pressione pi (pressione in mbar all'istante t1) b) si effettua l'apertura dello 0,5% della valvola del pozzo X

c) si attendono dieci secondi

d) si memorizza la pressione raggiunta e, se la differenza con p0 ? inferiore a 1 mbar si torna al punto ?4.b".

5) Per i pozzi con Zx < Kc (minori di un fattore parametrico)

a) si memorizza la pressione pi (pressione in mbar all'istante t1) b) si effettua la chiusura dello 0,5% della valvola del pozzo X

c) si attende 10 secondi

d) si memorizza la pressione raggiunta e, se la differenza con po ? inferiore a 1 mbar si torna al punto ?4.b''.

6) Si attendono trenta minuti e si riparte dal punto 1).

Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, i particolari di costruzione e le forme di attuazione potranno ampiamente variare rispetto a quanto descritto ed illustrato a puro titolo di esempio, non limitativo, senza per questo uscire dall'ambito di tutela.

Claims

RIVENDICAZIONI 1) Sistema di controllo remoto (100) di un impianto (IMP) per la gestione di una discarica (D), in cui detto sistema di controllo (100) ? atto a rendere automatizzato il monitoraggio e la regolazione dell'estrazione del biogas dalla discarica (D) in modo da ottimizzarne la produzione e massimizzare la concentrazione di metano, in cui detto impianto (IMP) prevede una pluralit? di pozzi di estrazione (PE) che sono organizzati in sottostazioni (SSTAZ) e un?infrastruttura di controllori (PLC) per l'acquisizione e l?invio dati, in cui ad ogni pozzo (PE) ? associata una infrastruttura di sensori (S, SG, SP), una valvola di regolazione (V) e un attuatore (A), in cui detti sensori (S, SG, SP) sono atti a misurare la percentuale volumetrica di metano %CH4 (10), la percentuale volumetrica di ossigeno %02 (20) e la depressione P applicata (40) nel pozzo (PE) a cui sono associati, e collegati ad un controllore (PLC) dell'infrastruttura per l'acquisizione e l?invio dati per l'invio dei valori misurati (10, 20, 40) dai sensori (S, SG, SP) al sistema di gestione e controllo remoto (100) tramite una rete di comunicazione (NET), in cui tale sistema di gestione e controllo remoto (100) riceve i valori misurati dai sensori (S, SG, SP) tramite detti controllori (PLC), li elabora, e sulla base di regole prestabilite genera i comandi di azionamento degli attuatori (A) che agiscono sulle valvole di regolazione (V), in cui tali regole prestabilite si basano su un principio di preferenza, secondo cui si va a scegliere quale pozzo (PEx) aprire di pi? in base al suo contributo rispetto agli altri pozzi (PEy), e su un principio di interferenza, secondo cui, nel caso di due pozzi interferenti (PEi, PEi+1), il sistema di controllo (100) sceglie sulla base di un indice medio di prestazione (IQ) dei pozzi (PEi, PEi+1), da quale pozzo aspirare pi? biogas.
2) Sistema di controllo remoto (100) secondo la rivendicazione 1, in cui detti sensori comprendono anche un sensore (SQ) di portata Q aspirata (30).
3) Il sistema di gestione e controllo remoto (100) di un impianto (IMP) secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, in cui ogni controllore (PLC) per l?acquisizione e l?invio dati di ogni sottostazione (SSTAZ) comunica con un server centrale (102) inviando a cadenze regolari e prestabilite i dati d'ingresso (IN, 10, 20, 30, 40) e ricevendo i comandi in uscita (OUT) dal sistema di gestione e controllo remoto (100) come indicazioni per la regolazione degli attuatori (A) delle valvole (V) dei singoli pozzi (PE).
4) Il sistema di gestione e controllo remoto (100) di un impianto (IMP) secondo la rivendicazione 3, in cui ciascun pozzo di estrazione (PE) comprende un foro (F) nella discarica (D) con inserita al suo interno una tubazione (TF) attraverso la quale viene aspirato il biogas prodotto dalla discarica (D).
5) Il sistema di gestione e controllo remoto (100) di un impianto (IMP) secondo la rivendicazione 4, in cui detta tubazione (TF) ? realizzata in polietilene ad alta densit? (PE- HD) ed ? forata.
6) Il sistema di gestione e controllo remoto (100) di un impianto (IMP) secondo la rivendicazione 4 o la rivendicazione 5, in cui ogni tubazione (TF) di un pozzo (PE) si innesta in una testa del pozzo (TE) da cui parte una tubazione di superficie (TS) che va a collegarsi ad un tronchetto (T) che a sua volta si innesta in un collettore (C) realizzando una sottostazione (SSTAZ) che raggruppa dieci tubazioni (TS) in cui ciascuna tubazione (TS) ? collegata ad un pozzo (PE1 , PE2, PE3. PE10) dislocato sulla superficie della discarica (D).
7) Il sistema di gestione e controllo remoto (100) di un impianto (IMP) secondo la rivendicazione 6, in cui su detto tronchetto (T) ? predisposta detta infrastruttura di sensori (S, SG, SQ), comprendenti partendo dalla testa (TEx) del pozzo (PEx) e andando verso il collettore (C) un primo misuratore di pressione (SPAX), un sensore di campionamento del gas (SGx) e una valvola automatica di regolazione (Vx), con il relativo attuatore (Ax).
8) Il sistema di gestione e controllo remoto (100) di un impianto (IMP) secondo la rivendicazione 6, in cui ogni sottostazione (SSTAZi) ? collegata tramite una seconda valvola (Wi) ad una seconda tubazione chiamata linea di raccolta (LR) che raccoglie il biogas di tutte le sottostazioni (SSTAZi).
9) Il sistema di gestione e controllo remoto (100) di un impianto (IMP) secondo la rivendicazione 8, in cui detto sistema prevede l'analisi e l'ottimizzazione del flusso di emissione gassosa della discarica (D), con particolare attenzione alla gestione di ogni singolo pozzo (PEx) tenuto in considerazione il fatto che ogni variazione attuata sul singolo pozzo (PEx) comporta una variazione anche sui pozzi a lui vicini (PEx-1 , PEx-2, .... PEx+1 , PEx+2), in quanto i pozzi (PE) sono tutti collegati tra loro, ovvero la discarica (D) ? un sistema aperto e non ci sono suddivisioni o separazioni.
10) Il sistema di gestione e controllo remoto (100) di un impianto (IMP) secondo la rivendicazione 9, in cui sulla base dei valori misurati (10, 20, 30, 40) dai sensori (S, SPA, SG) vengono calcolati alcuni fattori (K, St) che permettono di impostare una strategia di apertura e chiusura delle valvole di regolazione (V) che mira ad ottenere la massima percentuale di metano ottenibile dall'impianto (IMP).
11) Il sistema di gestione e controllo remoto (100) di un impianto (IMP) secondo la rivendicazione 10, in cui il fattore Kx ? calcolato come e il fattore St ? calcolato come n cui detto fattore Kx ? un indicatore del rendimento del pozzo (PEx) e detto fattore St ? un indicatore di stabilit? o volubilit? del pozzo (PEx) e entrambi concorrono alla redazione di un indice globale Z di prestazione del pozzo (PEx) calcolato come dove il fattore Kc ? l'indice di concentrazione medio di metano all?interno del biogas estratto da tutta la discarica.
12) Il sistema di gestione e controllo remoto (100) di un impianto (IMP) secondo la rivendicazione 10 o la rivendicazione 11, in cui i punti prelievo (PPG) sono collegati ad un'infrastruttura di campo detta centralina per l'analisi e il campionamento del gas (CE/104) e da qui ad un sistema di acquisizione e invio dati (PLC/106) per lo scambio dati con il sistema di controllo remoto (100).
13) Il sistema di gestione e controllo remoto (100) di un impianto (IMP) secondo una o pi? delle precedenti rivendicazioni, in cui l'indicatore qualitativo (IQi) di un pozzo (PEi) ? il prodotto tra la percentuale (10i) di Metano CPU e la portata (30, Qi) del pozzo (PEi) come
14) Il sistema di gestione e controllo remoto (100) di un impianto (IMP) secondo una o pi? delle precedenti rivendicazioni, in cui il sistema di gestione e controllo (100) ? configurato per chiudere gradualmente il pozzo (PEi) nel caso in cui la concentrazione O2 di Ossigeno (20i) misurata ? superiore al 2%.
15) Il sistema di gestione e controllo remoto (100) di un impianto (IMP) secondo una o pi? delle precedenti rivendicazioni, in cui la chiusura e l?apertura della valvola di regolazione (Vi) di un pozzo (PEi) avviene con l'incidenza di 1,5 mbar ogni trenta minuti.
16) Il sistema di gestione e controllo remoto (100) di un impianto (IMP) secondo una o pi? delle precedenti rivendicazioni, in cui vengono presi in considerazione i pozzi (PEn) con percentuale (10n) di Metano %CH4 > 45%.
17) Procedimento di gestione e controllo remoto (100) di un impianto (IMP), in cui detto procedimento comprende un Ciclo Esplorativo e un Ciclo di ottimizzazione, in cui il Ciclo Esplorativo viene eseguito all?avvio dell?Impianto e a cadenza mensile per adeguare l'impianto alle mutazioni fisiche e biologiche del materiale in discarica (D), o qualora venissero registrati dei prolungati cambiamenti delle condizioni ambientali esterne, tali da poter modificare le condizioni all?interno della discarica (D), in cui detto Ciclo Esplorativo comprende per ogni pozzo (PEx) i seguenti passi: - eseguire (1000) la misura della percentuale di metano %CH4 e il calcolo della portata Q, - aprire (1002) del 1% delle valvole (Vx) dei pozzi (PEx) in funzione, - attendere (1004) trenta minuti, - eseguire (1006) la misura della percentuale di metano %CH4 e della portata Q, - controllare (1008) le condizioni di ?stop" pozzo (PE) ovvero se la percentuale (20) di ossigeno O2 ? maggiore del 3% e la percentuale (10) di metano %CH4 ? minore del 44%, - controllare (1010) le condizioni di ?stop? del collettore (C) ovvero se la percentuale (20) di ossigeno O2 ? maggiore del 3%, oppure la percentuale (10) di metano %CH4 ? minore del 44%, ovvero se la variazione dell'indicatore qualitativo IQ al tempo t1 e al tempo t0 ? minore o uguale a 0,5, - controllare (1012) se sono verificate le condizioni di stop: in caso negativo si torna al passo (1002) di apertura delle valvole, in caso positivo si controlla (1014) se ? gi? il terzo passaggio nelle condizioni di ?stop" e in caso negativo si torna al passo (1006) di misura della percentuale di metano %CH4 e della portata Q, in caso positivo si conclude il ?Ciclo Esplorativo? (1016) e si richiama (1018) il ?Ciclo di ottimizzazione?; in cui il ?Ciclo di ottimizzazione" comprende per ogni pozzo (PEx) i seguenti passi: - leggere (1020) le misure eseguite dalle sonde o sensori (S) ed eseguire il calcolo della portata (Q), - verificare (1022) i controlli di sicurezza, - calcolare (1024) i fattori K e Z, - controllare (1026) per ogni pozzo (PEx) se il fattore Z(x) ? maggiore del fattore K(x), - in caso positivo aprire (1028) del 1% la valvola (Vx) del pozzo (PEx) e controllare (1030) se la depressione da t0 ? minore di 1mbar: - in caso negativo tornare al passo precedente (1028) di apertura della valvola, - in caso positivo si ricomincia (1032) il ciclo e si torna al passo (1026) di controllo del fattore Z(x), - in caso negativo chiudere (1036) del 1% la valvola (Vx) del pozzo (PEx) e controllare (1038) se il guadagno di pressione da tO ? minore di 1mbar: - in caso negativo si ritorna al passo (1028) di apertura della valvola, - in caso positivo si ricomincia (1032) il ciclo e si torna al passo (1026) di controllo del fattore Z(x), - attendere (1034) trenta minuti e poi tornare al passo iniziale (1020) di lettura delle misure e calcolo della portata.
18) Procedimento di gestione e controllo remoto (100) di un impianto (IMP) secondo la rivendicazione 17, in cui per ogni pozzo (PEx) viene definito un parametro di stabilit? (Stx) inizialmente configurato su valori omogenei per tutti i pozzi (PEx) e che pu? variare in base al comportamento dinamico della discarica (D) e valutato dai gestori deirimpianto, in cui il parametro di stabilit? (St) concorre a calcolare il fattore ?Z?, l'indice di prestazione del pozzo secondo la formula
19) Procedimento di gestione e controllo remoto (100) di un impianto (IMP) secondo la rivendicazione 18, in cui si eseguono i seguenti controlli: - se Zx > Kc la valvola del pozzo (PEx) viene aperta fino a raggiungere una depressione di 1 mbar dalla misurazione all?istante t1, -se Zx < Kc la valvola del pozzo (PEy) viene chiusa fino a raggiungere un aumento di depressione di 1 mbar dalla misurazione all?istante t1.