“Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB Introduzione . Si sta assistendo a livello mondiale ad un crescente interesse per le fonti rinnovabili di energia e per l’efficienza energetica. Tale interesse è motivato da diversi fattori: • Le risorse energetiche tradizionali risultano essere sempre più vicine all’esaurimento ; • Il sistema energetico attuale non è sostenibile sul piano ambientale, sia nel lungo che nel breve termine; • La continua crescita del prezzo dei combustibili fossili; • La forte dipendenza per l’approvvigionamento delle risorse energetiche da parte di pochi paesi di produzione. “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB Introduzione I governi centrali di diversi paesi si sono dati degli obiettivi per attuazione del piano “20 20 20” previsto dal protocollo di Kyoto, che prevede entro il 2020: 1. Ridurre le emissioni del gas del 20% 2. Raggiungere la quota prodotta di energia rinnovabile del 20% 3. Ridurre i consumi di energia del 20% “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB Introduzione Si stanno quindi cercando di adottare e sviluppare le tecnologie che consentono l’utilizzo di fonti di energia rinnovabile e di sfruttare meglio l’energia prodotta (efficienza energetica). Tali tecnologie, alcune già “mature” ed ampiamente diffuse, altre ancora in via di sviluppo o di perfezionamento, vengono sostenute ed incentivate economicamente dai governi di numerosi paesi. Le tecnologie da fonti rinnovabili principali sono: • Solare (Fotovoltaico, solare termico e termodinamico) • Eolica • Idroelettrica • Geotermica • Marina (maremotrice, moto ondoso,correnti sottomarine, gradiente salino) • Agroenergie (biocarburanti, biogas, gassificazione, oli vegetali, cippato) “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB cosa è la cogenerazione La cogenerazione è un sistema efficiente per produrre in maniera combinata elettricità e calore da un unico impianto. La cogenerazione viene spesso identificata dalla sigla inglese CHP, acronimo di “combined heating and power”. Il valore aggiunto di un sistema di cogenerazione consiste nella possibilità di produrre elettricità e allo stesso tempo di recuperare quel calore che di solito rimane inutilizzato e viene disperso in atmosfera. “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB cosa è la cogenerazione La produzione combinata di energia elettrica e calore può essere effettuata utilizzando un “motore” (es. a combustione interna a pistoni, a turbina a gas, a turbina a vapore….) che genera energia elettrica,dal quale si recupera anche calore altrimenti disperso. Il “motore” a seconda delle tipologie può essere alimentato con combustibili fossili (gas naturale, oli combustibili) o mediante biocombustibili rinnovabili (biogas, biocombustibili liquidi) o di risulta (RSU e derivati). “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB cosa è la trigenerazione Produzione combinata di energia elettrica, calore e freddo (combined cooling, heating and power , CCHP). Si realizza utilizzando un “cogeneratore” che genera energia elettrica e calore, a cui si affianca una macchina frigorifera: • a compressione, azionata dall’energia meccanica o elettrica prodotta; • ad assorbimento, azionata dal calore recuperato dal cogeneratore “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: i vantaggi 1. maggiore rendimento della combustione attraverso l’uso di tecnologie più efficienti; 2. minore spreco nella distribuzione dell’energia elettrica; 3. produzione congiunta di riscaldamento ed elettricità. Generalmente solo il 40% dell’energia che si libera dalla combustione nei motori viene trasformata in elettricità. La restante parte per ben il 60% si traduce in calore, ma tale energia termica viene dispersa nell’ambiente senza produrre alcun beneficio. Rispetto alle centrali elettriche, la cogenerazione si realizza mediante piccoli impianti. Si tratta di mini-impianti in grado di generare calore ed elettricità per grandi strutture (es. ospedali, alberghi ecc.) o piccoli centri urbani. La combustione nelle piccole centrali a cogenerazione raggiunge risparmi fino al 40% nell’utilizzo delle fonti primarie di energia. “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: i vantaggi A parità di combustibile consumato il totale dell’energia fornita in un processo di cogenerazione è più che raddoppiata rispetto a quanto accade con un tradizionale impianto di generazione elettrica, con evidenti vantaggi sia a livello economico che sotto il profilo ecologico, dato che si riducono le emissioni di CO2 e di inquinanti. “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: i vantaggi Sfruttando un impianto di cogenerazione per esigenze di autoconsumo si minimizzano le dispersioni di energia elettrica che inevitabilmente si verificano durante il trasporto della stessa lungo la rete di distribuzione nazionale. “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: vantaggio energetico Si ottiene un vantaggio quando Fcog è minore di FEE+FQ , a parità di EE e Q “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: vantaggio energetico “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: vantaggio ambientale •Grazie al recupero termico si evita di tenere in esercizio la caldaia, risparmiando quindi le emissioni della stessa. •Producendo energia elettrica, posso “evitare” di far funzionare centrali elettriche convenzionali,risparmiando le corrispondenti emissioni. “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: vantaggi Vantaggi per il sistema elettrico e per il Paese: •Risparmio energetico : vantaggi per la bilancia dei pagamenti, diminuisce la dipendenza dall’estero (minore importazione combustibili fossili) •Contenimento emissioni inquinanti (con generatori puliti..) e CO2 •Riduzione del sovraccarico delle linee di trasmissione, possibile aumento di affidabilità del sistema elettrico •Riduzione perdite di trasmissione e distribuzione •Si evita la costruzione di nuove grandi centrali / di nuove linee di trasmissione •Favorisce ingresso nuovi operatori / liberalizzazione settore energetico Vantaggi per l’utente: •Benefici economici : risparmio sulle bollette energetiche (su questi tema, ruolo fondamentale degli incentivi – vedi parte normativa) •Maggiore sicurezza negli approvvigionamenti elettrici (possibilità di funzionare anche “in isola” a fronte di black-out) •Funzionamento in “Peakshaving” per far fronte ad elevate richieste di potenza per periodi di tempo limitato •Funzionamento per “Power quality” per garantire tensione e frequenza costante a salvaguardia di un processo produttivo “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La trigenerazione: vantaggi In aggiunta ai vantaggi legati alla cogenerazione, la trigenerazione porta ulteriori vantaggi per il sistema elettrico: •Riduce il picco di richiesta elettrica sulla rete nei mesi estivi •Aumenta l’affidabilità del sistema elettrico nei periodi + critici •Evita la costruzione di nuove linee di distribuzione •Si evita la costruzione di nuove centrali “di punta” per l’utente: •Maggiore risparmio sulle bollette energetiche •Possibile maggior redditività dell’impianto legata al fattore di utilizzo più elevato “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Limiti •Contemporaneità desiderata della richiesta di energia elettrica e termica, salvo utilizzo accumuli di calore (es. serbatoi acqua calda) •Necessaria una buona vicinanza tra produzione e utilizzo (utenze sufficientemente in vicinanza del sistema di generazione) •Maggiori costi iniziali rispetto ai sistemi tradizionali (caldaie + allaccio rete e.e.) •Gestione più complessa dell’impianto •Redditività legata al quadro normativo/tariffario (variabile nel tempo) •Costi burocratici, autorizzativi, fiscali. “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Rendimento La prestazione di un cogeneratore è il rapporto dell’energia prodotta sottoforma di energia elettrica e/o termica con l’energia immessa (contenuta nel carburante) “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Rendimento Se calcolato con riferimento al potere calorifico inferiore (PCI) il limite superiore non è 100% “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Rendimento Con la delibera 42/02, l’Autorità per l'Energia Elettrica e il Gas, prima di dettare i criteri che devono essere soddisfatti perché un impianto possa dirsi cogenerativo ai sensi del decreto 79/99, puntualizza la definizione di cogenerazione e chiarisce i limiti entro i quali può essere incentivata. Le norme per la produzione combinata di energia elettrica e di calore devono favorire soluzioni tecnologiche che comportino un significativo risparmio di energia rispetto alle produzioni separate, escludendo soluzioni orientate alla produzione di sola energia elettrica o di sola energia termica per una quota significativa dell'anno solare. La cogenerazione deve quindi rispettare due parametri: • soddisfare un determinato valore di Limite termico LT: l’impianto cioè deve avere un buon recupero del calore. • assicurare che il risparmio di energia primaria della produzione combinata sia superiore a quello che si otterrebbe producendo separatamente l'energia elettrica e termica. Questo risparmio è espresso dall’IRE (Indice Risparmio Energetico). perché vi sia cogenerazione: l'IRE deve essere ≥ al 10,0% ed LT ≥ 15,0%. “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Ubicazione “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Ubicazione “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Definizioni “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Indice risparmio energetico (PES) “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Indice risparmio energetico (PES)\ “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Condizioni Applicative L'efficienza del cogeneratore viene sfruttata al massimo solo quando si utilizza elettricità e calore. D'estate il calore può essere trasformato in freddo. Per un buono sfruttamento della tecnologia ed un tempo accettabile per il rientro dell’investimento, l'utenza presso la quale è installata la macchina deve richiedere, per almeno 3000-4000 ore l'anno, contemporaneamente: • calore a media e/o bassa temperatura (90°/ 150°C) • elettricità, in quantità pari al rapporto di generazione della macchina (in genere 1/3 di energia elettrica e 2/3 di energia termica) “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Applicazioni Settori di applicazione La cogenerazione può trovare applicazione in tutti quei settori in cui vi è richiesta di elettricità e calore (ed eventualmente di freddo). I tre principali mercati di riferimento sono: • il settore industriale, in cui gli impianti di cogenerazione sono molto diffusi specie nelle grandi aziende, ma con mercati ancora inesplorati come il vasto tessuto di piccole e medie imprese • il settore terziario, che ha dimostrato negli ultimi anni il maggior tasso di crescita per numero di macchine installate. • il settore residenziale, che rientra più propriamente nell’ambito della microcogenerazione e che ha un grande potenziale ancora inespresso “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Micro e Minicogenerazione Possiamo quindi definire: microcogenerazione: • impianti di potenza da 0,1 a 50 Kw minicogenerazione: • impianti di potenza da 50 Kw ad 1 Mw La microcogenerazione domestica (o "residenziale") rappresenta un'alternativa o un'integrazione nel fornire energia elettrica e calore. Per una casa normale può essere sufficiente un microcogeneratore di pochi kW elettrici, che può co-produrre un numero di kW termici grosso modo da 2 a 10 volte maggiore . Le tecnologie più indicate per la microcogenerazione domestica sono i motori Stirling e le celle a combustibile, anche se una possibile alternativa in applicazioni residenziali è la microcogenerazione solare, cioè fotovoltaicotermica. “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Micro e Minicogenerazione Vantaggio economico della microcogenerazione: •riduzione del consumo di energia elettrica dalla rete •vendita, con il regime di "scambio sul posto", dell'elettricità prodotta in eccesso “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Micro e Minicogenerazione Vantaggi: La percentuale di conversione in calore di un microcogeneratore è, come abbiamo visto, di circa l'80%, ovvero la stessa delle tradizionali caldaie a gas perciò il consumo di gas è lo stesso di quando si produce solo calore con una caldaia a gas. Dunque la la convenienza economica di un sistema di microcogenerazione risiede nel valore dell'elettricità generata e consumata nell'ambito domestico. Limiti: Poiché gli impianti di microcogenerazione domestici raramente operano per più di 3500 ore l'anno per soddisfare la richiesta di calore per l'ambiente e per l'acqua, il loro costo di installazione a kW deve essere più basso che per i grandi impianti, in modo da rientrare dall'investimento in tempi ragionevoli. “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie Le diverse tecnologie di cogenerazione si distinguono in base al tipo di macchina o di motore utilizzato per la produzione di elettricità e calore. . “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie . I sistemi più diffusi sono senza dubbio i motori a combustione interna, grazie alla semplicità impiantistica e ai prezzi d'acquisto inferiori rispetto alle altre tecnologie. La ricerca, però, è in continua evoluzione e molte altre opzioni tecnologiche stanno iniziando ad imporsi, guadagnando quote di mercato sempre più importanti. Come conseguenza, i prezzi delle tecnologie più innovative tendono ad abbassarsi; molte di queste, inoltre, presentano il vantaggio (economico ed ambientale) di poter utilizzare fonti o vettori rinnovabili di energia, come l'idrogeno, la luce solare, le biomasse dal legno. “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie Motore a combustione interna (MCI) I motori a combustione interna (indicati anche con l'acronimo MCI) sono attualmente il sistema di cogenerazione più diffuso e consolidato a livello commerciale. Sono disponibili in commercio in taglie che vanno da 1 kW fino a qualche MW di potenza elettrica. . “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie Motore a combustione interna (MCI) I motori a combustione interna sono attualmente il sistema di cogenerazione più diffuso e consolidato a livello commerciale. . Come funziona L’energia meccanica dell’albero motore alimenta un generatore che produce energia elettrica. Attraverso degli scambiatori di calore, viene recuperata energia termica dai gas di scarico e dal circuito di raffreddamento dell’olio. Il calore di recupero può essere utilizzato sotto forma di acqua calda o di vapore, a seconda delle necessità. “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie Motore a combustione interna (MCI) “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie Motore a combustione interna (MCI) “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie Motore a combustione interna (MCI) Date le temperature elevate dei fumi sopra indicate, è possibile sfruttare i gas di scarico del motore anche per generare vapore saturo o surriscaldato. La produzione di vapore ottenibile con il recupero per unità di portata dei fumi del motore termico dipende dalla qualità del vapore richiesto (cioè dalle condizioni di temperatura e pressione) e dalla temperatura a cui si raffreddano i fumi: in genere il raffreddamento dei fumi avviene fino a 120°C, ma per alcune applicazioni civili ed impiegando il gas naturale come combustibile (esente da problemi di rugiada acida) si può scendere fino a 70°C. In altre applicazioni industriali il calore scaricato dai fumi può essere utilizzato per riscaldare olio diatermico a temperature elevate fino, ed oltre, i 200 ÷ 250°C. “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie Motore a combustione interna (MCI) La figura, mostra i valori del rendimento termico di un MCI che scarica fumi a 400°C e con temperatura del fluido da riscaldare di ritorno dall’utenza (all’ingresso della linea di scambiatori di recupero) variabile. Si osserva che all’aumentare della temperatura di ingresso del fluido freddo la quantità di calore recuperabile decresce; in particolare, se la temperatura del fluido supera i 90°C circa, il recupero termico diminuisce decisamente,poiché è possibile sfruttare solo il calore scaricato con i fumi. In figura sono anche indicati i valori di IRE e limite termico, calcolati in base alla normativa italiana sulla cogenerazione ed i limiti individuati dalla delibera AEEG 42/02 e successive modifiche per poter classificare l’impianto come cogenerativo. Si osserva che, nel caso in cui si recuperi solo il calore scaricato con i fumi, per temperature in ingresso del fluido superiori ai 200°C, il valore del LT è inferiore al limite stabilito dalla normativa. “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie Motore a combustione interna (MCI) “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie Motore a combustione interna (MCI) Quali fonti utilizzano I motori a ciclo Diesel utilizzano principalmente gasolio, biodiesel e olio vegetale, mentre quelli a ciclo Otto funzionano soprattutto a gas naturale e biogas. Il gas naturale è il combustibile più utilizzato, in primo luogo per il basso impatto ambientale e per il costo inferiore a quello dei prodotti petroliferi, ma anche per la facilità di approvvigionamento, che non comporta la presenza di serbatoi di stoccaggio. Vantaggi • elevata affidabilità • costi di investimento limitati • buoni rendimenti elettrici • ideali per carichi variabili Svantaggi • funzionamento rumoroso • necessità di costante manutenzione • vibrazioni “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie Motore a combustione interna (MCI) Il motore viene ottimizzato in funzione dell’alimentazione: •Per l’alimentazione a metano i motori a gas a ciclo Otto funzionano tipicamente in regime lean-burn, con forti eccessi d’aria, e con precamera per la stabilizzazione dell’accensione. •Per alimentazione a biogas, il funzionamento è analogo ma è richiesta una modifica del sistema di iniezione per consentire l’ingresso di portate di combustibile maggiore; il biogas infatti, essendo principalmente composto di metano ed anidride carbonica, ha poteri calorifici (tipicamente dell’ordine di 900017000kJ/kg) inferiori al gas naturale. Inoltre, una problematica frequente riguarda il controllo del rapporto di miscela, che per data installazione può subire variazioni sensibili nel corso del tempo: a causa dell’irregolarità di composizione delle biomasse di partenza il contenuto di metano nel biogas subisce fluttuazioni notevoli (presentando valori medi attorno al 3040%). Per questo motivo si adottano sistemi di controllo in retroazione del rapporto di miscela, mediante sonda λ nei fumi che regola la preparazione della miscela “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie Motore a combustione interna (MCI) • Esiste la possibilità, per la verità non molto significativa, di utilizzo di biocarburanti quali l’etanolo derivante da processi di trasformazione di biomasse vegetali a contenuto zuccherino (canna, barbabietola, ecc.). In quest’ultimo caso il funzionamento avviene in genere sempre in miscela con le benzine (almeno al 10%) in modo da consentire l’avviamento a freddo. I motori funzionanti a bioetanolo-benzina non richiedono modifiche se la miscela presenta meno del 10% di etanolo, mentre è richiesta la ri-mappatura della centralina di controllo del motore se il contenuto di biocarburante è maggiore. La presenza di etanolo nel motore può causare erosione degli elastomeri. “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie Motore a combustione interna (MCI) • Alimentazione dual-fuel: possono essere alimentati a gasolio, ad olio combustibile oppure, molto frequentemente, a gas naturale, con l’aggiunta di una piccola percentuale di gasolio: 1-10 %. Il gasolio serve per l’ iniezione pilota, che ha la funzione di provocare l’autoaccensione della carica . L’impiego del gas invece di un combustibile liquido fa riscontrare un aumento della potenza poiché è possibile un funzionamento con minore eccesso d’aria senza incorrere incombusti allo scarico.. “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie Motore a combustione interna (MCI) Nel campo dei combustibili rinnovabili (bio-combustibili) è presente una molteplicità di applicazioni: bio-diesel, oli vegetali, oli derivanti da processi industriali di lavorazione di sostanze organiche, oli da grassi animali, oli esausti da cottura cibi, ecc. •Il bio-diesel è un combustibile liquido con proprietà molto simili a quelle del gasolio; è un derivato di biomasse oleoginose da cui viene estratto un olio (olio vegetale grezzo) che viene successivamente trasformato in bio-diesel, mediante un processo di transesterificazione e raffinazione. Il biodiesel può essere utilizzato puro al 100% (nei motori di nuova concezione) ; nei motori di vecchia concezione dove si può avere usura di elastomeri dovuta al maggior potere solvente del combustibile si può usare il biodiesel previa modifica di alcune parti o in miscela con gasolio convenzionale al 30÷40% senza alcun intervento sul motore. L’impiego di biodiesel, che ha minor potere calorifico del gasolio, porta ad un maggior consumo in termini di volume, ma le penalizzazioni di potenza sono contenute in pochi punti percentuali. Va riscontrato che, rispetto al gasolio, il biodiesel elimina completamente i problemi delle emissioni di ossidi di zolfo. “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie Motore a combustione interna (MCI) •Tra i combustibili rinnovabili l’uso dell’olio vegetale (olio di palma, di colza, di girasole, di soia) tal quale, cioè senza la conversione in biodiesel, è diventato un’opzione teoricamente percorribile, ma economicamente valutabile solo in presenza di incentivi. Dal punto di vista operativo non è ancora ben chiaro se l’impiego di tali combustibili danneggi i motori Diesel o sia realisticamente attuabile su lunghi periodi di funzionamento; certamente l’olio può essere impiegato purché sia adeguatamente trattato e preriscaldato. Rispetto al gasolio la viscosità a 20°C è superiore (la viscosità influisce sulla capacità di nebulizzare il combustibile dentro il motore) e il punto di accensione è molto più alto (300°C conto i 50°Cdel gasolio). Inoltre processi di polimerizzazione spontanea che agiscono sull’olio ad alta temperatura e in presenza di ossigeno danno luogo a depositi e incrostazioni sugli iniettori, in camera di combustione e sulle valvole. “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie Motore a combustione interna (MCI) Tra i principali produttori di motori industriali d’interesse per applicazioni cogenerative, troviamo nella fascia di potenze tra 100 kW e 10 MW: • Caterpillar •Cummins • Deutz Power System • Ecogen • Guascor • Isotta Fraschini Motori • Jenbacher • MAN • MTU • Rolls-Royce • Wartsila • Waukesha “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie Motore a combustione interna (MCI) Costi Il costo d’installazione medio è dell’ordine di 700÷1000 €/kW per i motori medio grandi (taglie da 100 kW a 10 MW) e di 1500÷2500 €/kW per le taglie nel range 5÷100 kW. I costi di manutenzione, seppur variabili in base al costruttore e al modello, in media si aggirano intorno ai 7÷10 €/kW, (in rapporto all’energia elettrica producibile si hanno valori dell’ordine di 8÷25 €/MWh, “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie Motore stirling (combustione esterna) I motori stirling presentano caratteristiche tecniche uniche, che consentono di utilizzare qualsiasi fonte di calore o tipo di combustibile. A causa delle dimensioni relativamente ingombranti, la taglie massima di un motore stirling non supera di norma i 100 kW ed è quindi ideale per la microcogenerazione. L’estrema silenziosità e l’assenza di vibrazioni fanno del motore stirling uno dei candidati più promettenti per la diffusione su grande scala della microcogenerazione in ambito residenziale. Come funziona Il motore stirling è definito “a combustione esterna” perchè il calore necessario al movimento dei pistoni, non è prodotto direttamente all’interno del cilindro in cui scorre il pistone ma viene ceduto dall'esterno tramite uno scambiatore di calore. All'interno del motore è presente un gas (idrogeno, elio o azoto), che viene riscaldato a temperature diverse, creando così una zona calda e una zona fredda. A questa differenza di temperatura corrisponde una differenza di pressione, che è alla base del movimento dei pistoni e quindi della produzione di energia elettrica e calore. Anche se spesso il motore stirling viene definito un motore "ad aria calda", in realtà all'aria si preferisce l'utilizzo di gas che non possono reagire (con il rischio di esplosioni) con le sostanze lubrificanti presenti all'interno del motore. Si tratta di un ciclo chiuso, in cui le parti meccaniche del motore non vengono a contatto con i prodotti della combustione. Questo comporta una serie di vantaggi, tra cui la scarsa esigenza di manutenzione e la silenziosità in fase di funzionamento “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie Motore stirling (combustione esterna) “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie Motore stirling (combustione esterna) Quali fonti utilizzano? Il motore stirling per funzionare ha bisogno semplicemente di una fonte di calore: per questo può essere alimentato con qualsiasi combustibile tradizionale, ma anche col calore derivante dalla combustione di biomasse o dalla luce solare concentrata attraverso uno specchio parabolico Vantaggi • tecnologia matura con grandi potenzialità di sviluppo • funzionamento silenzioso e privo di vibrazioni • lunga vita utile • scarsa manutenzione Svantaggi • costo elevato d'investimento • tecnologia poco conosciuta • dimensioni ingombranti “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie Motore stirling (combustione esterna) Prestazioni in assetto cogenerativo e caratteristiche dell’energia termica disponibile Nel motore Stirling la presenza di combustione esterna rende molto flessibile la produzione combinata di energia elettrica e termica. •A differenza di quanto avviene nelle macchine a combustione interna, dove il calore viene recuperato a valle della macchina, nella camera di combustione esterna si può produrre calore contemporaneamente per il motore e per l’utenza termica ad alta temperatura. In particolare nel motore il calore ad alta temperatura serve per scaldare la “testa calda” dello Stirling, dal quale è anche possibile recuperare calore a più bassa temperatura dal raffreddamento della “testa fredda”. E’ quindi possibile sfruttare calore a diversi livelli di temperatura. . “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie Motore stirling (combustione esterna) In sintesi si può dire che con le macchine a combustione interna la cogenerazione è sempre in serie, mentre con il motore Stirling il calore ad alta temperatura è in parallelo alla produzione di energia elettrica e quello a bassa temperatura è in serie, essendo necessariamente derivato dal raffreddamento del motore “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie Motore stirling (combustione esterna) E’ utile evidenziare che, mentre nei motori a combustione interna il raffreddamento è una esigenza tecnologica, nei motori a combustione esterna il rilascio di calore a bassa temperatura è una esigenza termodinamica del ciclo. Esso influisce infatti sul rendimento del ciclo, che sarà tanto maggiore quanto minore è la temperatura di cessione del calore. In conclusione la cogenerazione con il motore Stirling rende possibile l’inseguimento del carico termico in maniera indipendente dal funzionamento del motore, il cui rendimento influisce solo sul calore rilasciato a bassa temperatura. Da quanto sopra detto risulta che il motore Stirling può trovare nella cogenerazione quella fortuna applicativa che sino ad ora non ha mai avuto. Le più recenti applicazioni stanno dando ragione a tale approccio. Inoltre la combustione esterna che permette di scegliere liberamente il combustibile o la fonte di calore, apre possibilità che, in una situazione energetica sempre più critica, acquista peculiarità anche economiche molto apprezzate. “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie Motore stirling (combustione esterna) Combustibili impiegabili La natura del motore Stirling di macchina a ciclo chiuso ed a “combustione esterna” lo rende adatto all’impiego dei combustibili più disparati: •Combustibili tradizionali (fossili sia gassosi, sia liquidi, sia solidi) • Combustibili derivati da recupero o produzione agroalimentare, come biogas di vario genere, landfill gas, combustibili di origine • Combustibili rinnovabili sia liquidi che solidi (pellet). •Il calore introdotto nella macchina può anche non derivare dalla combustione, ma è possibile lo sfruttamento di energia termica di origine geotermica, solare ad alta temperatura o di recupero da processi industriali. •In particolare per quanto riguarda l’energia termica di origine solare, si stanno concretizzando alcune realizzazioni industriali di prodotti che sembrano ottenere un vantaggio economico con lo sfruttamento “termodinamico” dell’irraggiamento solare. In termini cogenerativi il sistema si presenta particolarmente vantaggioso per le applicazioni civili di piccola taglia poiché il recupero del calore scaricato dal motore Stirling può essere agevolmente utilizzato per il riscaldamento e/o la produzione di acqua sanitaria, risultando competitivo nei confronti dei sistemi fotovoltaici. “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie Motore stirling (combustione esterna) Studi svolti hanno permesso di individuare alcune condizioni che devono essere soddisfatte affinché lo Stirling abbia la possibilità di diffondersi in applicazioni cogenerative di tipo civile residenziale, in competizione con le attuali caldaie murali: • la manutenzione e altri oneri aggiuntivi dovuti alla al sistema di microcogenerazione devono essere comparabili con quelli di una caldaia, sia in termini di costi che intermini di impegno temporale (ad esempio gli interventi di manutenzione dovrebbero essere coincidenti con quelli della caldaia). • il maggior costo iniziale del sistema di micro-cogenerazione deve poter essere ammortizzato in tempi accettabili per l’utente finale. Con riferimento a quest’ultimo punto, studi in merito hanno evidenziato che, tenendo conto degli attuali costi dell’energia elettrica e del gas naturale nei vari paese europei, il sovraccosto rispetto ad una caldaia tradizionale, che può sopportare un sistema di microcogenerazione con motore Stirling per risultare concorrenziale rispetto alla caldaia in parte del mercato europeo, si dovrebbe attestare, in assenza di incentivi, tra 500 e 1000 €/kWe, valori questi non ancora in linea con i prezzi attuali. “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie Microturbina Le microturbine a gas sono degli innovativi sistemi di generazione di calore ed elettricità. Sono caratterizzate da una grande compattezza e da elevati rendimenti elettrici e ottimi rendimenti termici, grazie alle alte temperature dei gas di scarico. Rispetto ad esempio ai motori a combustione interna, le microturbine hanno il vantaggio di avere basse emissioni inquinanti, un funzionamento silenzioso e ridotte vibrazioni. Le taglie hanno una gamma commerciale che va dai 30 e i 250 kW elettrici. Risultano quindi particolarmente adatte alla microcogenerazione. Come funziona I principali elementi di una microturbina sono: • un turbocompressore • uno scambiatore di calore • un combustore • un sistema di recupero termico • un sistema di conversione della frequenza Il turbocompressore, attraverso cui transita il gas in ingresso, contiene una piccola turbina collegata ad un albero, che opera a velocità elevatissime, a circa 50.000 – 120.000 giri / minuto. La rotazione dell’albero alimenta un generatore che produce energia elettrica. I gas di scarico, con temperature superiori ai 250 °C, passano attraverso un recuperatore e una caldaia, trasformandosi in energia termica sotto forma di vapore o acqua calda. “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie Microturbina Quali fonti utilizzano? Normalmente sono alimentate a gas metano. Ma sempre più interessante risulta il ricorso a combustibili alternativi come il biogas, proveniente dalla digestione anearobica della biomassa. Vantaggi • emissioni ridotte •prestazioni termiche elevate • lunga vita utile • manutenzione limitata Svantaggi • costo elevato d'investimento • rendimenti elettrici non elevati • prestazioni a carico parziale • prestazioni influenzate dalle condizioni ambientali “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie Cella combustibile Le celle a combustibile trasformano energia chimica direttamente in energia elettrica e calore, senza passare attraverso processi di combustione e senza utilizzare energia meccanica. Tutto il processo avviene senza alcun rumore o vibrazione; questo rende le celle a combustibile le macchine ideali per tutte le applicazioni, comprese quelle residenziali . Come funziona La struttura fondamentale di una cella a combustibile è fatta di tre strati: l’anodo, l’elettrolita e il catodo. Con l’ingresso di idrogeno (combustibile) e ossigeno (comburente) all’interno della cella, si produce nell’elettrolita una reazione chimica che genera corrente elettrica e calore. Il prodotto di scarto della reazione è vapore acqueo e quindi le emissioni inquinanti risultano praticamente azzerate Le celle a combustibile possono essere di diverso tipo, e vengono classificate in base all’elettrolita utilizzato: a membrana polimerica, ad acido fosforico, a carbonati fusi oppure ad ossidi solidi. Le uniche celle a combustibile ad aver raggiunto una certa maturità tecnologica e commerciale sono le celle ad acido fosforico (conosciute anche con la sigla PAFC), che vengono utilizzate esclusivamente in cogeneratori ad alta efficienza. I campi di applicazione delle celle a combustibile sono moltissimi: oltre che negli impianti di cogenerazione, trovano spazio tra l’altro su automobili, apparecchi elettrici portatili, motori spaziali e navali. “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie Cella combustibile Quali fonti utilizzano? L’idrogeno è al momento il principale combustibile utilizzato nelle fuel cells. Il problema dell'idrogeno è di non avere pressoché alcuna diffusione. Attraverso particolari processi di reforming, combustibili come il gas naturale possono essere trasformati in gas ad alto contenuto di idrogeno e quindi utilizzati nelle celle a combustibile. Vantaggi • funzionamento con diversi tipi di combustibile • emissioni azzerate o comunque ridotte, in caso di utilizzo di idrogeno • alti rendimenti anche per i piccoli impianti • silenziosità e assenza di vibrazioni Svantaggi • molte tecnologie ancora a livello pre-commerciale • costo elevato d'investimento “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie Turbogeneratori ORC (Organic Rankine Cycle) Hanno rendimenti elettrici netti di circa il 18% e termici intorno all’80%, con un'efficienza complessiva vicina al 100%. Sono la soluzione ideale per produrre calore ed elettricità in impianti di piccola e media taglia alimentati a biomassa, in particolare a cippato. Il funzionamento completamente automatizzato non richiede la presenza costante di un'operatore. I turbogeneratori, inoltre, hanno un'elevata affidabilità e una lunga vita utile. La taglia minima commerciale, attorno ai 200 kW, e le notevoli dimensioni non li rendono ancora adatti per applicazioni microcogenerative di piccolissima taglia “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie Turbogeneratori ORC (Organic Rankine Cycle) Come funziona Il principio di funzionamento dei turbogeneratori ORC è simile a quello delle turbine a vapore. A differenza di queste, però, per muovere le turbine, al posto del vapore i turbogeneratori utilizzano un fluido organico a ciclo chiuso. Il fluido organico viene fatto evaporare utilizzando il calore proveniente dalla caldaia a cippato, mediante uno scambiatore ad olio diatermico; il fluido organico vaporizzato alimenta quindi la turbina che produce energia elettrica. Dopo essere transitato per la turbina, il fluido vaporizzato viene fatto raffreddare e condensare, cedendo così calore alla rete di teleriscaldamento (o agli altri utilizzi del calore), per poi essere di nuovo inviato all’evaporatore. In questo modo si chiude il ciclo termodinamico. “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie Turbogeneratori ORC (Organic Rankine Cycle) Quali fonti utilizzano? Il calore necessario ad alimentare il circuito ad olio diatermico, che è alla base del funzionamento del turbogeneratore, viene di norma fornito da biomassa legnosa, in particolare cippato, bruciata in grandi caldaie. In alternativa alla biomassa, è possibile prevedere collettori solari a concentrazione per il riscaldamento dell'olio diatermico. Vantaggi • alta efficienza • lunga durata • elevata affidabilità • bassa manutenzione • funzionamento autonomo, senza operatore Svantaggi • costo elevato d'investimento “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie Turbina a gas Possono essere particolarmente efficienti – fino al 60% quando il calore dei gas di scarico è recuperato da una caldaia che produce vapore, successivamente espanso in una turbina a vapore in un ciclo combinato. Le turbine a gas in ciclo semplice richiedono un costo di investimento minore rispetto a cicli combinati, centrali convenzionali a carbone o impianti nucleari e possono essere progettate per generare grandi o piccole potenze. Inoltre il tempo di costruzione può andare da poche settimane ad alcuni mesi, mentre gli altri tipi di impianto richiedono anni. “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie Turbina a gas Come funziona Il principio di funzionamento è il seguente: l'aria è aspirata e compressa dal compressore che la immette in camera di combustione. Qui viene miscelata al combustibile (metano) che, con la sua ossidazione, innalza l'entalpia della corrente gassosa che prosegue il suo percorso passando negli stadi della turbina dove ha la possibilità di espandersi, cedendo energia alla turbina stessa. La turbina trascina il compressore e l'energia netta risultante viene utilizzata direttamente come energia meccanica trasformata in energia elettrica mediante un alternatore accoppiato alla turbina. il calore allo scarico, viene recuperato tramite i rigeneratori. I rigeneratori sono scambiatori di calore che trasferiscono il calore dei gas di scarico all’aria compressa, prima della combustione. Nella configurazione del ciclo combinato, la caldaia a recupero trasferisce il calore ad un sistema che alimenta una turbina a vapore. “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie Turbina a gas Quali fonti utilizzano? •Metano Vantaggi •Taglie fino a 250 MW • Temperatura fino a 500° • lunga durata • elevata affidabilità • bassa manutenzione • costo investimento contenuto per alte taglie Svantaggi • costo elevato d'investimento piccoli impianti • Impossibilità ad utilizzo intermittente • scarsa efficienza a carico parziale • efficienza modesta per taglie fino a 10 MW • perdita di efficienza con aumento temperatura esterna “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie Microcogenerazione “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Le tecnologie “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Applicazioni Settori di applicazione La cogenerazione può trovare applicazione in tutti quei settori in cui vi è richiesta di elettricità e calore (ed eventualmente di freddo). I tre principali mercati di riferimento sono: • il settore industriale, in cui gli impianti di cogenerazione sono molto diffusi specie nelle grandi aziende, ma con mercati ancora inesplorati come il vasto tessuto di piccole e medie imprese • il settore terziario, che ha dimostrato negli ultimi anni il maggior tasso di crescita per numero di macchine installate (vedi voce nel menu di sinistra) • il settore residenziale, che rientra più propriamente nell’ambito della microcogenerazione e che ha un grande potenziale ancora inespresso “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Applicazioni Industria La cogenerazione industriale di grande taglia è una realtà già da molto tempo presente nel nostro Paese, con cifre importanti sia per numero di impianti che per potenza installata • Tessile • Chimico • Farmaceutico • Alimentare (caseifici, pastifici, salumifici,..) • Cartiere • Laterizi /Ceramico • Metalmeccanico / Verniciatura Esempio applicazione industria tessile “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Applicazioni Terziario Tra le applicazioni più interessanti, ci sono: • Alberghi • Centri commerciali • Supermercati • Ospedali • Università • Strutture sportive L’abbinamento con macchine frigorifere per il condizionamento estivo, in regime di trigenerazione, permette di sfruttare pienamente il sistema anche nella stagione calda e di soddisfare particolari necessità, puntando così alla piena autonomia energetica. Il collegamento alla rete elettrica consente di immettere e prelevare energia elettrica usufruendo dei benefici dello Scambio sul posto, assicurati a tutti gli impianti cogenerativi ad alto rendimento di potenza fino a 200 kW Gli impianti di potenza superiore a 200 kW possono comunque vendere elettricità alla rete, alle condizioni vantaggiose previste dal regime di Ritiro dedicato “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Applicazioni Residenziale Le utenze residenziali sono caratterizzate da un utilizzo spesso discontinuo di energia. Per questo motivo è importante che l’impianto cogenerativo sia collegato alla rete elettrica, in regime di Scambio sul posto, soltanto in questo modo è possibile valorizzare l'elettricità prodotta e non immediatamente autoconsumata dall'utenza Inoltre, è conveniente che il motore sia azionato soltanto quando è possibile utilizzare o comunque accumulare tutto o gran parte del calore cogenerato. L'accumulo del calore è indispensabile per avere acqua calda anche a cogeneratore spento. L'accumulo si realizza con dei serbatoi di acqua calda termicamente isolati, ai quali è possibile collegare non soltanto il cogeneratore, ma anche altri eventuali generatori di calore come pannelli solari, pompe di calore e caldaie. Il mancato utilizzo del calore costituisce un grande spreco energetico, tale da non rendere economicamente conveniente il ricorso alla cogenerazione. Al momento, la trigenerazione (cioè la produzione di freddo a partire dal calore di scarto del cogeneratore) non è una tecnologia applicabile agli impianti domestici. “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Applicazioni “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Analisi di fattibilità Fattibilità – Definizione –Tecnica Verifica se gli aspetti tecnici dell’intervento sono effettivamente realizzabili -Organizzativa Verifica se l’intervento è realizzabile nell’ambito della organizzazione dell’utente -Economica Verifica se le risorse necessarie per la realizzazione dell’intervento (costi) sono giustificate dai ritorni prevedibili,espressi in termini di benefici -Temporale Verifica se l’intervento è realizzabile nei tempi coerenti alle necessità ed utilità dell’utente -Motivazionale Verifica l’effettivo grado di accettabilità che l’utente esprime rispetto al nuovo intervento “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Analisi di fattibilità La convenienza tecnico-economica nella realizzazione di un impianto di cogenerazione non può non prescindere da una analisi specifica ed accurata dei carichi elettrici, termici e frigoriferi (se si tratta di un impianto trigenerativo), richiesti dall’utenza. L’analisi deve valutare: • la potenza massima richiesta •curve di carico giornalieri, mensili e stagionali. Questo fatto rende l’applicazione di un sistema cogenerativo assolutamente non generalizzabile, ma la scelta opportuna della tecnologia, della taglia e della e delle modalità di gestione dell’impianto devono essere comunque valutate caso per caso. “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Analisi di fattibilità Per una orientazione di massima sulla tecnologia idonea ad una certa applicazione esistono diagrammi a mosaico. “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Analisi di fattibilità . “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Analisi di fattibilità Per una valorizzazione di massima sul valore di investimento in base alla tecnologia utilizzata si può far riferimento al seguente diagramma: “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Analisi di fattibilità Sulla base di tali indicazioni, e noto l’andamento delle domande termiche ed elettriche, è necessario ricorrere a strumenti di simulazione che permettano di confrontare tra loro varie ipotesi impiantistiche e taglie di impianti. Questo costituisce una parte fondamentale dello studio di fattibilità, che in generale prevede una sequenza di attività. “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Analisi di fattibilità Nella valutazione circa la fattibilità di un impianto cogenerativo è comunque possibile svolgere alcune considerazioni generali dettate dall’esperienza: • solitamente è bene che il cogeneratore sia sottodimensionato rispetto alle richieste di picco dell’utenza, in modo tale che il sistema operi per un maggior numero di ore possibile in condizioni prossime a quelle nominali, che consentono di ottenere i più alti valori dei rendimenti. I picchi di richiesta termica ed elettrica possono essere coperti da caldaie ausiliarie (o prevedendo unità di accumulo) e sfruttando la rete elettrica nazionale; • generalmente il tempo di ritorno di un impianto di cogenerazione è tanto più breve quanto più ore all’anno viene mantenuto in funzione. Questo perché il costo di installazione iniziale è in proporzione più elevato di un generatore termico tradizionale. • non sempre il massimo risparmio ottenibile coincide con il minimo tempo di ritorno, poiché quest’ultimo dipende dal costo di installazione del cogeneratore che non cresce linearmente con la sua taglia e varia anche a seconda della tecnologia scelta; • La convenienza economica di un progetto di cogenerazione è fortemente influenzata dalle condizioni contrattuali di fornitura e cessione dell’energia. In particolare ha fondamentale importanza la possibilità di cedere a prezzi vantaggiosi l’energia elettrica prodotta in esubero e di acquistare il combustibile a condizioni agevolate (riduzione delle accise). “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Analisi di fattibilità “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Analisi di fattibilità “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Analisi di fattibilità “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Analisi di fattibilità “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Analisi di fattibilità “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Analisi di fattibilità “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Analisi di fattibilità “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Analisi di fattibilità “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Analisi di fattibilità “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Analisi di fattibilità “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Analisi di fattibilità “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Analisi di fattibilità “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Analisi di fattibilità Funzionamento in Isola o Parallelo rete “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Analisi di fattibilità Funzionamento a pieno carico “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Analisi di fattibilità Funzionamento ad inseguimento termico “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Analisi di fattibilità Funzionamento ad inseguimento elettrico “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Analisi di fattibilità Dimensionamento: sintesi degli obiettivi progettuali Analisi di fattibilità: sintesi delle fasi operative “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Analisi di fattibilità Dimensionamento: sintesi degli obiettivi progettuali “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: Analisi di fattibilità Dimensionamento: sintesi degli obiettivi progettuali “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: esempi applicativi In Italia ci sono oltre 90 mila piscine* (alberghi, agriturismi, centri fitness, impianti privati, impianti pubblici) le piscine pubbliche, sono 3.270* in totale (una ogni 19.000 abitanti). Esempio: Studio di fattibilità Potenza 40 kWe Investimento 100.000 € Funzionamento 5.500 h/anno Risparmio 25.000 €/anno Pay-Back 4 anni * Fonte Assopiscine – Associazione Italiana Costruttori Piscine il segmento piscine “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: esempi applicativi La cogenerazione nei caseifici: Energia termica sottoforma di acqua surriscaldata o vapore per il processo di pastorizzazione del latte; energia elettrica per il tecnologico e l‘illuminazione Esempio: Studio di fattibilità Potenza 400 kWe Investimento 500.000 € Funzionamento 4.000 h/anno Risparmio 150.000 €/anno Pay-Back 3,4 anni “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: esempi applicativi La cogenerazione nelle concerie: Acqua calda e vapore per il processo di lavorazione delle pelli Esempio: Studio di fattibilità Potenza 250 kWe Investimento 320.000 € Funzionamento 4.000 h/anno Risparmio 80.000 €/anno Pay-Back 4 anni “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: esempi applicativi Negli Hotel è applicabile la Trigenerazione per condizionamento, riscaldamento, acqua calda sanitaria, riscaldamento della piscina e produzione di energia elettrica per il tecnologico e l‘illuminazione. In Italia ci sono 3500 Hotel dotati di piscina. Esempio: Studio di fattibilità Potenza 80 kWe Investimento 150.000 € Funzionamento 6.000 h/anno Risparmio 36.000 €/anno Pay-Back 4,1 anni “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: esempi applicativi Nelle Cliniche e Case di cura si utilizza la Trigenerazione per condizionamento, riscaldamento, acqua calda sanitaria e produzione di energia elettrica per il tecnologico e l‘illuminazione. In Italia le Cliniche private sono 624 (542 accreditate) Le Case di Cura private per assistenza agli anziani e invalidi sono 2088 le semiresidenziali (53% accreditate) e 4132 le residenziali (69% accreditate ) Totale : 6.844 strutture Esempio: Studio di fattibilità Potenza 35 kWe Investimento 70.000 € Funzionamento 5.000 h/anno Risparmio 20.000 €/anno Pay-Back 3,5 anni Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: esempi applicativi TELERISCALDAMENTO Quartiere Vauban, Friburgo (Germania) EPOCA DI REALIZZAZIONE Il progetto è stato realizzato nel periodo compreso tra il 1993 e il 2006 secondo le seguenti fasi: 1993 – inizio della pianificazione del distretto; 1995 – progetto urbanistico; 1996 – piano regolatore e inizio della vendita dei lotti del primo stralcio; 1997 – risanamento dell'area e inizio della costruzione dell'infrastruttura; 1998 – occupazione dei primi alloggi; 1999 – vendita secondo stralcio di lotti; 2001 – circa 2.000 abitanti insediati nel nuovo quartiere; 2006 – conclusione lavori. Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCBLa cogenerazione: esempi applicativi La cogenerazione: esempi applicativi TELERISCALDAMENTO Quartiere Vauban, Friburgo (Germania) Vauban è un nuovo distretto di Friburgo dedicato a 5.000 residenti e 600 lavoratori che occupa un’area di 38 ha. Tutti gli edifici sono costruiti secondo buoni standard energetici, con un consumo energetico pari a 65 kWh/m2anno. Almeno 100 unità abitative seguono lo standard "passive house" (domanda di calore ≤15 kWh/m2anno) e sono previste altre 100 “plus energy houses” (case che producono più energia di quella che consumano). Altri obiettivi riguardano la riduzione delle emissioni di CO2, lo sfruttamento attivo e passivo dell’energia solare, il rinverdimento obbligatorio dei tetti piani. Dal 2002 è in funzione un impianto di cogenerazione altamente efficiente (CHP) alimentato con cippato di legna e connesso alla rete di riscaldamento. Nel 2000 sono stati integrati sui tetti delle abitazioni 450 m2 di collettori solari, e 1.200 m2 di pannelli PV. Pianta del quartiere. (Fonte: http://www.assa-cee.org/asUrban_Vauban.htm ). “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: esempi applicativi TELERISCALDAMENTO Quartiere Vauban, Friburgo (Germania) L’insediamento comprende le seguenti zone: Zona residenziale 19,0 ha = 45,8% Zona mista 2,2 ha = 5,4% Zona artigianale 3,2 ha = 7,6% Zona pubblica 1,9 ha = 4,6% Infrastruttura sociale 0,7 ha = 1,6% Verde pubblico 5,7 ha = 13,6% Strade, piste, parcheggi 8,9 ha =21,4% Gli edifici hanno normalmente 3-4 piani, ma nelle zone più periferiche anche 5-8. Immagini del quartiere. (Fonte: http://www.assa-cee.org/asUrban_Vauban.htm). “Interventi di sensibilizzazione, formazione e supporto alle imprese nel campo dell’ energia” CIG 4473049CCB La cogenerazione: esempi applicativi TELERISCALDAMENTO Quartiere Vauban, Friburgo (Germania) TECNOLOGIE IMPIEGATE L’impianto di cogenerazione ad alta efficienza serve l’intero quartiere ed è alimentato per l’80% da trucioli di legno e per il 20% da gas naturale. Il calore prodotto è distribuito tramite una rete di teleriscaldamento. L’energia elettrica necessaria a coprire l’intero fabbisogno del quartiere è fornita per il 30% dall’impianto di cogenerazione e per la parte restante da 1.200 m2 di pannelli fotovoltaici collocati sulla copertura del parcheggio e sui tetti di alcuni edifici. Fonte: Claudia Bisceglia, HANNOVER, EDIFICARE SU UN TERRENO AGRICOLO: quando l’antropizzazione del territorio non impoverisce l e risorse naturali, L'INDUSTRIA DELLE COSTRUZIONI N° 397
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