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convenienza energetica, economica ed ambientale (Calabrese)

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Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile Seminario Tecnico “Tecnologie impian0s0che innova0ve u0lizzabili per risparmio energe0co. Lo stato dell’arte” Applicazioni a+uali e future Case History – Cogenerazione ad alto rendimento e microcogenerazione: convenienza energe0ca, economica ed ambientale Lunedì 06 OGobre 2014 Ordine degli Ingegneri della Provincia di Cagliari Referente scien3fico: Ing. Nicolandrea Calabrese [email protected] www.clima3zzazioneconfon3rinnovabili.enea.it LA PRODUZIONE COMBINATA DI ENERGIA EFFICIENZA ENERGETICA NELLA COGENERAZIONE A parità di energia u0le, il sistema tradizionale usa 48 unità di energia in più (Risparmio di Energia Primaria REP = [(148-­‐100)/148]*100 = 32,4%) LA PRODUZIONE COMBINATA DI ENERGIA EFFICIENZA ENERGETICA NELLA COGENERAZIONE LA PRODUZIONE COMBINATA DI ENERGIA DEFINIZIONI COGENERAZIONE: COMBINED HEAT AND POWER (CHP) Generazione contemporanea di energia ele1rica e termica (energie secondarie) partendo da un'unica fonte (energia primaria) a1uata in un unico sistema integrato Micro-­‐cogenerazione unità di cogenerazione con capacità di generazione installata Pmax < 50 kWe Media cogenerazione unità di cogenerazione con capacità di generazione installata 1 Mwe ≤ Pmax < 10 MWe Piccola cogenerazione unità di cogenerazione con c a p a c i t à d i g e n e r a z i o n e installata 50 kWe ≤ Pmax < 1 MWe Grande cogenerazione unità di cogenerazione con capacità di generazione installata Pmax ≥ 10 MWe LA PRODUZIONE COMBINATA DI ENERGIA ITER NORMATIVO COGENERAZIONE: ITER NORMATIVO Recepisce la Direnva EU 2004/8/CE La definizione di Cogenerazione ad Alto Rendimento, anche definita con l'acronimo CAR viene introdo+a dalla direnva 2004/8/Ce . La direFva è stata recepita in Italia con il decreto legisla3vo 8 febbraio 2007, n. 20. I pun3 qualifican3 sono due: • le unità di piccola cogenerazione e di micro-­‐cogenerazione (Pel < 1.000 kWel) che forniscono un risparmio di energia primaria è assimilata alla cogenerazione ad alto rendimento: PES > 0 • si ha alto rendimento quando il risparmio di energia primaria è pari o superiore al 10%: PES > 10% LA PRODUZIONE COMBINATA DI ENERGIA CAR COGENERAZIONE AD ALTO RENDIMENTO (CAR) Le metodologie applica3ve previste dal Dlgs 20/2007 sono contenute nel DM 4 agosto 2011. Il decreto riprecisa il conce+o di cogenerazione e di cogenerazione ad alto rendimento, fornendo gli elemen3 che impedivano agli operatori di calcolare i nuovi parametri pos3 dall’Unione Europea. Il DM 4 agosto 2011, all'allegato III le+era b), punto 2 ribadisce appunto l'assimilazione della piccola e micro cogenerazione all'alto rendimento, che già era contenuta nel DM 8 febbraio 2007, n. 20: "La produzione mediante unità di piccola cogenerazione e di micro-­‐cogenerazione che forniscono un risparmio di energia primaria è assimilata alla cogenerazione ad alto rendimento”. QUANDO UN SISTEMA DI COGENERAZIONE VIENE DEFINITO IN ASSETTO COGENERATIVO AD ALTO RENDIMENTO: Primo step: i "confini di sistema" della cogenerazione §  FUNITA’ :energia di alimentazione consumata dall’unità di cogenerazione durante il periodo di rendicontazione; §  HCHP :energia eleGrica/meccanica prodoGa dall’unità di cogenerazione durante il medesimo periodo di rendicontazione; §  EUNITA’ :calore u0le prodoGo dall’unità di cogenerazione durante il medesimo periodo di rendicontazione; LA PRODUZIONE COMBINATA DI ENERGIA CAR COGENERAZIONE AD ALTO RENDIMENTO (CAR) Secondo step: il rendimento globale Il rendimento globale dell'unità cogenera3va è la somma di tu+e le energie prodo+e (ele+rica, meccanica, termica) in un dato periodo (un anno solare) divisa per l’energia di alimentazione consumata per il funzionamento dell’impianto per il periodo considerato. Il valore di queste grandezze deve essere ricavato necessariamente mediante misurazioni condo+e durante il periodo di rendicontazione (Allegato II, Dm 4 agosto 2011). EUNITA' + H CHP
ηglob =
FUNITA'
I valori cer3fica3 possono essere u3lizza3 esclusivamente nel caso: • di unità di micro-­‐cogenerazione (capacità di generazione inferiore a 50 kWe). Nel caso in cui nell’unità di micro-­‐cogenerazione siano presen3 dissipazioni termiche, variazioni del carico, regolazioni della potenza ele+rica prodo+a, rampe di accensione e spegnimento di lunga durata e altre situazioni di funzionamento modulabile, i valori cer3fica3 non possono essere u3lizza3 ed è necessario che le grandezze siano misurate. • esista almeno una grandezza misurata tra energia termica, energia ele+rica o energia immessa con il combus3bile. LA PRODUZIONE COMBINATA DI ENERGIA CAR COGENERAZIONE AD ALTO RENDIMENTO (CAR) Terzo step: la "pesatura" dell'enegia ele>rica cogenera?va A seconda del risultato di rendimento globale (produzione ele+rica + energia termica conteggiabile/energia di alimentazione), si può determinare quanta parte di energia ele+rica prodo+a sia "qualificabile" come cogenera3va. E' qualificabile come cogenera3va tuGa l'energia eleGrica prodoGa se il rendimento globale dell'unità di cogenerazione è maggiore o uguale: -­‐ all'80% per le sezioni con turbina a gas a ciclo combinato con recupero di calore e per le sezioni con turbina di condensazione a estrazione di vapore, -­‐ al 75% per tuF gli altri 3pi di unità di cogenerazione. Di conseguenza saranno valide le seguen3 uguaglianze: • EUNITA’ = ECHP • FUNITA’ = FCHP Nel caso di rendimento inferiore alle percentuali indicate, solo una parte dell'energia eleGrica prodo+a sarà riconosciuta come cogenera3va. Per la parte cogenera3va l’operatore rileva il diagramma di carico del calore, calcolando la produzione reale di calore u3le e di energia ele+rica. Da questo rapporto si determina il rapporto "energia/calore effeFvo” (Ceff). Le procedure di calcolo del parametro Ceff sono contenute nelle "Linee guida per la cogenerazione ad alto rendimento" pubblicate dal Ministero dello Sviluppo Economico nel gennaio 2012. LA PRODUZIONE COMBINATA DI ENERGIA CAR COGENERAZIONE AD ALTO RENDIMENTO (CAR) RENDIMENTO GLOBALE: EUNITA'
+ H CHP
ηglob =
FUNITA'
≥ 80% per turbogas in ciclo combinato e turbina a condensazione con spillamento ≥ 75% Per tuF gli altri 3pi di unità CALCOLO del Ceff NO SI CALCOLO PES (Primary Energy Saving) con il totale delle energie LA PRODUZIONE COMBINATA DI ENERGIA CAR PRIMARY ENERGY SAVING (PES) Secondo l'allegato III al Dlgs 20/2007, così come modificato dal DM 4 agosto 2011, il risparmio di energia primaria deve essere calcolato a+raverso la seguente formula: x 100% in cui: • CHP Hη è il rendimento termico, rapporto tra calore u3le e energia del combus3bile; • CHP Eη è il rendimento ele+rico, rapporto tra energia ele+rica da cogenerazione e energia del combus3bile; • Ref Hη è il valore di rendimento di baseline per la produzione separata di calore, definito dall’allegato V; • Ref Eη è il valore di rendimento di baseline per la produzione separata di ele+ricità, definito dagli allega3 IV, VI e VII. LA PRODUZIONE COMBINATA DI ENERGIA CAR DM 4 AGOSTO 2011: PRIMARY ENERGY SAVING (PES) Rendimen0 di baseline termici • Ref Hη è il valore di rendimento di baseline per la produzione separata di calore, definito dall’allegato V LA PRODUZIONE COMBINATA DI ENERGIA CAR DM 4 AGOSTO 2011: PRIMARY ENERGY SAVING (PES) Rendimen0 di baseline eleGrici • Ref Eη è il valore di rendimento di baseline per la produzione separata di ele+ricità, definito dagli allega3 IV, VI e VII. Il 19 Dicembre 2011 -­‐ (2011/877/
UE) – Vengono conferma0 tali rendimen0 fino al 2015. LA PRODUZIONE COMBINATA DI ENERGIA CAR DM 4 AGOSTO 2011: PRIMARY ENERGY SAVING (PES) Rendimen0 di baseline eleGrici • Ref Eη è il valore di rendimento di baseline per la produzione separata di ele+ricità, definito dagli allega3 IV, VI e VII. Es. Vitotwin 300-­‐W – Installato in Emilia Romagna con 90% autoconsumo eleGrico Gas naturale Emilia Romagna Ref Eη = (52,5 + 0,369) * (0,925*0,1 + 0,860*0,9) = 45,81 % Immissione in rete (bassa tensione) Autoconsumo (bassa tensione) LA PRODUZIONE COMBINATA DI ENERGIA CAR DM 4 AGOSTO 2011: PRIMARY ENERGY SAVING (PES) Es. Vitotwin 300-­‐W – Installato in Emilia Romagna con 90% autoconsumo eleGrico • CHP Hη è il rendimento termico, rapporto tra calore u3le e energia del combus3bile; • CHP Eη è il rendimento ele+rico, rapporto tra energia ele+rica da cogenerazione e energia del combus3bile; • Ref Hη è il valore di rendimento di baseline per la produzione separata di calore • Ref Eη è il valore di rendimento di baseline per la produzione separata di ele+ricità CHP Eη CHP Hη x 100% Il disposi3vo Vitotwin 300-­‐W è in asse+o cogenera3vo ad alto rendimento NOTA: EUNITA' + H CHP
ηglob =
FUNITA'
= 106,9% > 75% e quindi bastava verificare PES > 0 (Pel<1.000 kWel) LA PRODUZIONE COMBINATA DI ENERGIA CAR Deliberazione del 12 Dicembre 2013 578/2013/R/EEL Gli impian3 di cogenerazione alimenta3 a gas naturale nuovi ed esisten0 installa0 in asseGo cogenera0vo non ad alto rendimento (quindi o con efficienze basse o che dissipano sugli air coolers una buona parte dell'energia termica) non sono considerabili SEU: Sistemi efficien3 di utenza. Questo significa che dovranno pagare gli oneri di sistema sull'energia ele+rica che producono e che viene consumata dalla stru+ura, questo comporterà importan3 cos3 aggiun3vi per chi, per i mo3vi di cui sopra, già di base non è efficiente, pari indica3vamente a 65 €/MWh ele+rico prodo+o e consumato. Gli impian3 di cogenerazione devono funzionare in asse+o cogenera3vo ad alto rendimento!!! LA PRODUZIONE COMBINATA DI ENERGIA VANTAGGI DELLA COGENERAZIONE • 
Riduzione del fabbisogno di energia primaria rispe+o alla produzione separata • 
U3lizzo dei reflui termici normalmente dispersi in ambiente • 
Riduzione delle perdite ele+riche di trasporto e distribuzione • 
• 
• 
Riduzione dell’impa+o ambientale Riduzione delle emissioni di gas serra Risparmio sull’ammontare complessivo delle fa+ure per l’acquisto di energia (aumento fa+ura combus3bili, forte riduzione fa+ura ele+rica) LA PRODUZIONE COMBINATA DI ENERGIA QUANDO PROPORRE UN IMPIANTO CHP COMBINED HEAT AND POWER • Consumi ele+rici e termici costan3 nel tempo o in fase, stabili per almeno 3000/4000 h e certezza/sicurezza del mantenimento nel tempo degli stessi carichi • Costo elevato dell’energia ele+rica (ad esempio per consumi concentra3 nelle fasce più costose) • Elevato costo unitario dell’energia termica (combus3bile non defiscalizzato) • Presenza di un carico frigorifero da soddisfare con gruppi frigoriferi ad assorbimento, in modo da poter sfru+are il recupero termico in tu+e le stagioni LA PRODUZIONE COMBINATA DI ENERGIA QUANDO PROPORRE UN IMPIANTO CHP Diagrammi di Carico Si, quando i carichi eleGrici e termici sono in “fase’’. No, quando i carichi eleGrici e termici sono “sfasa0”: necessità di accumuli, complessi e costosi. LA PRODUZIONE COMBINATA DI ENERGIA QUANDO PROPORRE UN IMPIANTO CHP Curve di durata Si, quando i carichi ele>rici e termici sono cara>erizza? da una durata annua significa?va: per 4000 h/anno la potenza termica richiesta è superiore a 300 kW circa, pari al 43% del picco. No, in quanto il carico termico dopo 2000 h/anno tende ad annullarsi. LA PRODUZIONE COMBINATA DI ENERGIA MODALITA’ DI FUNZIONAMENTO Termico – guida (99% dei casi) La produzione di energia termica insegue il carico termico richiesto (senza superare la capacità del sistema di cogenerazione). Se l’ele+ricità generata è maggiore del carico, l’ele+ricità in eccesso viene ceduta alla rete; se è inferiore, la corrente ele+rica supplementare viene acquistata dalla rete. EleGrico – guida L’ele+ricità generata è uguale al carico ele+rico richiesto (senza superare la capacità del sistema di cogenerazione). Se il calore cogenerato è inferiore al carico termico, una caldaia ausiliaria integra per soddisfare i fabbisogni; se è maggiore, il calore in eccesso viene immagazzinato in accumuli o dissipato nell’ambiente esterno a+raverso sistemi apposi3 (da evitare). LA PRODUZIONE COMBINATA DI ENERGIA TECNOLOGIE PER LA COGENERAZIONE: Tipologie Fonte: Massimo Den3ce D’Accadia, Cogenerazione e trigenerazione: dai principi generali alle applicazioni LA PRODUZIONE COMBINATA DI ENERGIA Rendimento eleGrico neGo delle diverse tecnologie (presen0 e future) di generazione eleGrica al variare della taglia a)Soluzioni
“classiche” basate
sulla combustione
c)
b)
a)
Fonte: AjCARR JOURNAL N°11 – Novembre/Dicembre 2011 b) soluzioni basate
sull’elettrochimica,
vale a dire celle
a combustibile delle
varie tecnologie
c) accoppiamento di
celle a combustibile
ad alta temperatura e
cicli di turbina
a gas
LA PRODUZIONE COMBINATA DI ENERGIA TECNOLOGIE PER LA COGENERAZIONE: Costo unitario d’inves0mento Legenda:
M.A.: motore alternativo
T.G.: turbina a gas
T.V.: turbina a vapore
C.C.: ciclo combinato
Fonte: Massimo Den3ce D’Accadia, Cogenerazione e trigenerazione: dai principi generali alle applicazioni I NUMERI DELLA COGENERAZIONE ITALIANA Fonte: AjCARR JOURNAL N°11 – Novembre/Dicembre 2011 I NUMERI DELLA COGENERAZIONE ITALIANA Fonte: AjCARR JOURNAL N°11 – Novembre/Dicembre 2011 I NUMERI DELLA COGENERAZIONE ITALIANA Fonte: AjCARR JOURNAL N°11 – Novembre/Dicembre 2011 LAYOUT IMPIANTISTICO DI UN IMPIANTO DI COGENERAZIONE con motore endotermico LAYOUT IMPIANTISTICO DI UN IMPIANTO DI COGENERAZIONE con motore endotermico LAYOUT IMPIANTISTICO DI UN IMPIANTO DI COGENERAZIONE con motore endotermico 241 kW 21.680 l/h LAYOUT IMPIANTISTICO DI UN IMPIANTO DI COGENERAZIONE con motore endotermico LAYOUT IMPIANTISTICO DI UN IMPIANTO DI COGENERAZIONE con motore endotermico 37.584 mc/h LAYOUT IMPIANTISTICO DI UN IMPIANTO DI COGENERAZIONE con motore endotermico 241 kW LAYOUT IMPIANTISTICO DI UN IMPIANTO DI TRIGENERAZIONE con motore endotermico SIMBOLI
LAYOUT IMPIANTISTICO DI UN IMPIANTO DI TRIGENERAZIONE con motore endotermico COSTO DEI GRUPPI FRIGO AZIONATI TERMICAMENTE Analisi COSTO SPECIFICO gruppi frigo ad assorbimento Variazione del costo dell’impianto ad assorbimento in relazione alla potenza istallata Nota. Il costo comprende anche i cos3 di: -­‐  Torre evapora3va -­‐  Gruppi di circolazione -­‐  SKID di contenimento -­‐  Quadro ele+rico dedicato CASI STUDIO CASI STUDIO ANALIZZATI CASO I: Utenza domestica
1a) Pt = 14,8 kWt
Pe = 5,5 kWe
1b) Pt = 5,5 kWt
Pe = 0,99 kWe
CASO II: Utenza alberghiera
CASO III:
ANALISI COMPARATIVA
RISTORAZIONE COLLETTIVA
Pt = 150 kWt
Pe = 100 kWe
CASI STUDIO – CASO 1a: Multy Family House 1CASO 1a: Multi Family House
Pt = 14,8 kWt
Pe = 5,5 kWe
Cogeneratore basato su un motore alterna3vo a combus3one interna alimentato a gas naturale, dotato di uno scambiatore di calore aggiun3vo (Scambiatore di Calore con i Gas Combus3, SCGC), installato esternamente, che consente un ulteriore recupero dell’energia termica dalla condensazione del vapore d’acqua contenuto nei gas combus3 MCHP: Micro-­‐Combined Hea0ng and Power Fonte: AjCARR JOURNAL N°11 – Novembre/Dicembre 2011 CASI STUDIO – CASO 1a: Multy Family House Utenza Domes0ca
-­‐  Mul3 Family House, cos3tuita da 10 appartamen3. -­‐  Napoli (zona clima3ca C). Giorno Tipo 1 Periodo -­‐  Gennaio -­‐  Febbraio Stagione Inverno Carico Riscaldamento Ele+rico Sanitario Giorno Tipo 2 Giorno Giorno Tipo 3 Tipo 4 -­‐  Aprile -­‐  Marzo -­‐  Maggio -­‐  Dal 1 Giugno -­‐  dal 15 Novembre -­‐  dal 16 Se+embre a l 1 5 al 31 Dicembre al 14 Novembre Se+embre Intermedio Intermedio Es3vo Riscaldamento Ele+rico Sanitario Ele+rico Sanitario Ele+rico Sanitario Sistema Tradizionale di riferimento (ST) -­‐ Energia termica con caldaia a condensazione alimentata a gas naturale, per il soddisfacimento delle richieste di energia termica per riscaldamento ambientale e ACS (rendimento termico nominale uguale a 1,02, pari al rendimento termico medio annuale della caldaia di integrazione del SP); -­‐ Rete di distribuzione ele+rica nazionale, che presenta per l’Italia un rendimento pari a 0,46, incluse le perdite di trasmissione e distribuzione. Fonte: AjCARR JOURNAL N°11 – Novembre/Dicembre 2011 CASI STUDIO – CASO 1a: Multy Family House Utenza Domes0ca
Curve di carico termico per il riscaldamento
Picco ma+u3no di potenza termica richiesta affinchè la temperatura all’interno dell’edificio raggiunga il valore desiderato di 20°C. Di contro, la potenza termica richiesta si riduce poi nell’arco della giornata, fino a raggiungere il valore minimo nelle ore centrali della giornata. Fonte: AjCARR JOURNAL N°11 – Novembre/Dicembre 2011 Energia termica per Acqua Calda Sanitaria (Giorno 0po 2 e Giorno 0po 3)
La richiesta di energia termica per ACS è stata s3mata ipo3zzando un fabbisogno di 40 litri al giorno per persona: anche in questo caso, è possibile osservare i 3pici picchi di richiesta ma+u3ni e serali. CASI STUDIO – CASO 1a: Multy Family House Sistema Proposto (SP): -­‐ Motore a combus3one interna (micro-­‐cogenerazione) alimentato a gas naturale. -­‐ Integrazione con caldaia a condensazione. -­‐ Indice ele+rico secondo AGFW FW308 (potenza ele+rica / potenza termica) =0,41 -­‐ ηe = 0,272; ηt = 66,8; ηtot = 94,0 -­‐ Unità è dotata di uno scambiatore di calore aggiun3vo (SCGC), installato esternamente, per il recupero dell’energia termica dalla condensazione del vapore d’acqua contenuto nei gas combus3 (incremento CUC). -­‐ Accumulo termico da 3500 l; -­‐ Accumulo di ACS da 1000 l. con SCGC Fonte: AjCARR JOURNAL N°11 – Novembre/Dicembre 2011 CASI STUDIO – CASO 1a: Multy Family House Sistema Proposto:
Potenze del MCHP e della caldaia per il giorno 0po invernale (Tipo 1) -­‐  Pel,MCHP potenza ele+rica erogata dal MCHP. 5,5 kWe 14,8 kWt Fonte: AjCARR JOURNAL N°11 – Novembre/Dicembre 2011 -­‐  Pth,MCHP+SCGC potenza termica erogata dal micro-­‐
cogeneratore con SCGC; -­‐  Pth,MCHP potenza termica e r o g a t a d a l m i c r o -­‐
cogeneratore senza SCGC; -­‐  P p , M C H P l a p o t e n z a primaria richiesta dal MCHP; -­‐  Pth,B potenza termica erogata dalla caldaia; CASI STUDIO – CASO 1a: Multy Family House Sistema Proposto:
Potenze del MCHP per il giorno 0po es0vo (Tipo 4) -­‐  Pel,MCHP potenza ele+rica erogata dal MCHP. 5,5 kWe 14,8 kWt Fonte: AjCARR JOURNAL N°11 – Novembre/Dicembre 2011 -­‐  Pth,MCHP+SCGC potenza termica erogata dal micro-­‐
cogeneratore con SCGC; -­‐  Pth,MCHP potenza termica e r o g a t a d a l m i c r o -­‐
cogeneratore senza SCGC; -­‐  P p , M C H P l a p o t e n z a primaria richiesta dal MCHP; MCHP da solo è in grado di soddisfare il fabbisogno di energia termica, in quanto esso è solamente rela3vo alla richiesta di ACS, dunque non vi è necessità di aFvare la caldaia di integrazione. CASI STUDIO – CASO 1a: Multy Family House Bilanci Energe0ci Il microcogeneratore riesce ad o+enere valori di rendimento e di CUC del tu+o confrontabili con quelli nominali, in par3colare nei giorni 3po 1 e 2, in cui la presenza del carico termico per riscaldamento ambientale comporta per il cogeneratore un elevato numero di ore di funzionamento con3nuato in condizioni stazionarie. Ovviamente le ore di funzionamento del MCHP si riducono notevolmente nei giorni 3po 3 e 4. Fonte: AjCARR JOURNAL N°11 – Novembre/Dicembre 2011 CUC annuo (94,9%) CASI STUDIO – CASO 1a: Multy Family House CONFRONTO TRA SISTEMA TRADIZIONALE di riferimento (ST) E SISTEMA PROPOSTO (SP)
Risparmio di Energia Primaria REP su base annua: 14,0% Fonte: AjCARR JOURNAL N°11 – Novembre/Dicembre 2011 Emissioni evitate di CO2 ΔCO2 su base annua: 19,8% Fa+ori d’emissione: • 0,531 kgCO2/kWhel per la rete ele+rica nazionale; • 0,200 kgCO2/kWhp per il gas naturale. CASI STUDIO – CASO 1a: Multy Family House DM 4 AGOSTO 2011: PRIMARY ENERGY SAVING (PES) Es. Vitobloc EM-­‐5 – Installato a Napoli con 90% autoconsumo eleGrico • CHP Hη è il rendimento termico, rapporto tra calore u3le e energia del combus3bile: 72 • CHP Eη è il rendimento ele+rico, rapporto tra energia ele+rica da cogenerazione e energia del combus3bile: 27 • Ref Hη è il valore di rendimento di baseline per la produzione separata di calore: 90 • Ref Eη è il valore di rendimento di baseline per la produzione separata di ele+ricità: 45,4 con SCGC x 100% PES = 28% Il disposi3vo Votobloc EM-­‐5 è in asse+o cogenera3vo ad alto rendimento NOTA: CHP Eη CHP Hη EUNITA' + H CHP
ηglob =
FUNITA'
= 99% > 75% e quindi bastava verificare PES > 0 (Pel<1.000 kWel) CASI STUDIO – CASO 1a: Multy Family House PRIMARY ENERGY SAVING (PES) -­‐ Direnva 2004/8/CE D.Lgs. 20 del 2007, modificato dal Decreto 4 agosto 2011 Se il CUC dell’impianto su base annua è maggiore di un valore di soglia (nel caso di cogeneratore con motore a combus3one interna pari a 75%), allora la quan0tà di energia eleGrica da introdurre nel calcolo del PES (Eel, CHP) coincide con la totale produzione eleGrica dell’impianto. L’impianto in ogge+o raggiunge un CUC annuo (94,9%) ben più elevato di tale valore limite, quindi tuGa l’energia eleGrica prodoGa (23,3 MWh) può considerarsi eleGricità da cogenerazione. Per impian0 di taglia inferiore ad 1 Mwel si ha che: Andamento del PES caso studio PES > 0 Cogenerazione ad alto rendimento Accesso ad una serie di benefici quali: defiscalizzazione del combus3bile, accesso al servizio di scambio sul posto, riconoscimento dei Titoli di Efficienza Energe3ca, precedenza nel dispacciamento. Fonte: AjCARR JOURNAL N°11 – Novembre/Dicembre 2011 CASI STUDIO – CASO 1b: Utenza domes0ca 1 CASO 1b: UTENZA DOMESTICA
Pt = 5,7 kWt
Pe = 0,99 kWe
Fonte: VIESSMANN CASI STUDIO – CASO 1b: Utenza domes0ca Utenza Domes0ca
-­‐ Casa monofamiliare -­‐ Edificio d'epoca, anno di costruzione 1985 (150 kWh/m2/a) -­‐ Superficie abitabile: 200 m2 -­‐ Inquilini: 5 Sistema Tradizionale di riferimento -­‐ Energia ele+rica da rete -­‐ Energia termica con caldaia a gas a bassa temperatura con produzione centralizzata di acqua calda Fonte: VIESSMANN CASI STUDIO – CASO 1b: Utenza domes0ca Sistema Proposto: -­‐ Micro-­‐cogeneratore dotato di motore S3rling per la produzione decentrata di energia ele+rica e calore -­‐  Caldaia a gas a condensazione integrata, u3lizzata come caldaia per il carico di punta (scambiatore di calore Inox-­‐Radial Viessmann e bruciatore cilindrico MatriX) PLUS DI PRODOTTO: -­‐ Tubazioni comuni di alimentazione gas e scarico fumi -­‐ Assenza di manutenzione per il motore S3rling: solo manutenzione ordinaria annuale, consueta per ogni caldaia a gas a condensazione. CASI STUDIO – CASO 1b: Utenza domes0ca Da0 tecnici principali Motore S0rling -­‐  0,99 kWe; -­‐  5,7 kWt; -­‐  grado di rendimento complessivo 96 % (Hs)/107 % (Hi); -­‐  Caldaia per il carico di punta: da 4,5 a 20 kW con rendimento stagionale 98 % (Hs)/109 % (Hi). In sintesi le caraGeris0che principali: -­‐ Ideale per il rammodernamento di case mono e bifamiliari -­‐ Produzione parallela di corrente e calore -­‐ Motore S3rling esente da manutenzione -­‐ Riduzione al minimo dei cos3 di corrente ele+rica -­‐ Dimensioni d'ingombro compa+e ed elevata facilità di manutenzione -­‐ Funzionamento silenzioso -­‐ Contatore ele+rico integrato -­‐Rimborso dell'imposta sull'energia per il consumo di gas da parte del motore S3rling, possibile grazie a contatore integrato -­‐ Installazione semplice (analoga a quella di una caldaia murale a gas) -­‐ Contacalorie integrato che fornisce le indicazioni necessarie per il calcolo degli incen3vi. CASI STUDIO – CASO 1b: Utenza domes0ca CASI STUDIO – CASO 1b: Utenza domes0ca Bilanci Energe0ci CASI STUDIO – CASO 1b: Utenza domes0ca Calcolo delle spese di gas per caldaia a gas a bassa temperatura rispeGo a Vitotwin 300-­‐W (Mercato tedesco) CASI STUDIO – CASO 1b: Utenza domes0ca 3.000 ore funzionamento/anno Calcolo dei cos0 energe0ci con Vitotwin 300-­‐W (Mercato tedesco) CASI STUDIO – CASO 1b: Utenza domes0ca CASI STUDIO – CASO II: Utenza alberghiera 1CASO II: UTENZA ALBERGHIERA
Pt = 2x75 = 150 kWt
Pe = 2x50 = 100 kWe
Fonte: Tesi di laurea “Cogenerazione in una Utenza Alberghiera” – Andrea Menconi. Università degli Studi di Pisa CASI STUDIO – CASO II: Utenza alberghiera Utenza Alberghiera
-­‐  Albergo di medie dimensioni; -­‐  elevato fa+ore di u3lizzo e di contemporaneità riguardo all'assorbimento di energia ele+rica e calore; -­‐  in accordo con quanto deciso dalla direzione dell’albergo, accensione del sistema di riscaldamento dal 15 Novembre al 15 Aprile (NOTA: zona clima0ca D: 1 Novembre – 15 Aprile) PALERMO
ZONA B NAPOLI
C ZONA ROMA
D ZONA MILANO
E ZONA Fonte: Tesi di laurea “Cogenerazione in una Utenza Alberghiera” – Andrea Menconi. Università degli Studi di Pisa CASI STUDIO – CASO II: Utenza alberghiera ANALISI DEI CONSUMI (ANNO 2001-­‐2002-­‐2003) Energia EleGrica CASI STUDIO – CASO II: Utenza alberghiera ANALISI DEI CONSUMI (ANNO 2001-­‐2002-­‐2003) Acqua CASI STUDIO – CASO II: Utenza alberghiera ANALISI DEI CONSUMI (ANNO 2001-­‐2002-­‐2003) Gas CASI STUDIO – CASO II: Utenza alberghiera ANALISI DEI CONSUMI (ANNO 2001-­‐2002-­‐2003) Ripar0zione Consumo Gas Il consumo di gas per i servizi sanitari è stato o+enuto ipo3zzando di u3lizzare 3 m3 di gas per ogni m3 di acqua. CASI STUDIO – CASO II: Utenza alberghiera ANALISI DEI CONSUMI (ANNO 2001-­‐2002-­‐2003) Giorni Tipo CASI STUDIO – CASO II: Utenza alberghiera Sistema Proposto (SP): -­‐ N°2 motori endotermici alimenta3 a gas naturale da 50 kWel cadauno e con rapporto termico / ele+rico pari a 1,5 (Pt=75 kWt); -­‐ Caldaia d’integrazione (già presente nella stru+ura) con ηt = 0,8; -­‐ ALTERNATIVA 1: Sistema di condizionamento ele+rico composto da N°2 gruppi frigo ele+rici da 114 kWf cadauno, che assorbono 2x46,9 kWel con un EER medio stagionale di 2,43; -­‐ ALTERNATIVA 2: Sistema di condizionamento composto da un gruppo frigo ad assorbimento da 228 kWf con COP 0,7; SELEZIONE COGENERATORE Il cogeneratore insegue il carico termico (ele+rico a seguire). CASI STUDIO – CASO II: Utenza alberghiera Bilanci Energe0ci Funzionamento cogeneratore nell’anno solare I giorni 0po: rappresentano una curva 3pica di assorbimento energe3co che si può riscontrare frequentemente durante il corso dell'anno. Essi rappresentano l'andamento giornaliero 3pico dei carichi dell'utenza. Produzione ele>rica Produzione termica CASI STUDIO – CASO II: Utenza alberghiera Bilanci Energe0ci Funzionamento cogeneratore nell’anno solare Produzione ele>rica Produzione termica CASI STUDIO – CASO II: Utenza alberghiera Bilanci Energe0ci Funzionamento cogeneratore nell’anno solare Produzione ele>rica Produzione termica CASI STUDIO – CASO II: Utenza alberghiera Bilanci Energe0ci Funzionamento cogeneratore nell’anno solare Produzione ele>rica Produzione termica CASI STUDIO – CASO II: Utenza alberghiera Bilanci Energe0ci Funzionamento cogeneratore nell’anno solare Gruppo frigo Assorbimento Produzione ele>rica Produzione termica CASI STUDIO – CASO II: Utenza alberghiera Bilanci Energe0ci Funzionamento cogeneratore nell’anno solare Produzione ele>rica Produzione termica CASI STUDIO – CASO II: Utenza alberghiera Bilanci Energe0ci Gruppo frigo Assorbimento Funzionamento cogeneratore nell’anno solare Produzione ele>rica Produzione termica CASI STUDIO – CASO II: Utenza alberghiera Bilanci Energe0ci GF Assorbimento GF Assorbimento CASI STUDIO – CASO II: Utenza alberghiera CONFRONTO TRA SISTEMA DI RIFERIMENTO (ST) E SISTEMA PROPOSTO (SP)
Coefficien3 di conversione medi: -­‐ 1 kWh = 0,22·∙10-­‐3 TEP -­‐ 1 m3 di gas = 0,82 10-­‐3 TEP. GF Assorbimento Il risparmio ne+o, in TEP, è ricavato dalla differenza tra i TEP consuma3 fornendo l’energia con le modalità tradizionali e quelli i p o 3 z z a 3 a c o n s u m o n e l l a soluzione con cogeneratore; tale risparmio è pari a circa il 19% per la cogenerazione con gruppo frigo ele+rico ed a circa il 12% per la cogenerazione abbinata ad un s i s t e m a d i c l i m a 3 z z a z i o n e realizzato con gruppo frigo ad assorbimento. CASI STUDIO – CASO II: Utenza alberghiera CONFRONTO TRA SISTEMA TRADIZIONALE di riferimento (ST) E SISTEMA PROPOSTO (SP)
L’ esborso iniziale è pari a 100.000 euro per l’impianto di cogenerazione con gruppo frigo ele+rico; la spesa è di circa 170.000 euro per l’impianto di cogenerazione gruppo ad assorbimento PBT: Periodo di rimborso VAN: Valore A+uale Ne+o TIR: Tasso interno di rendimento DPBT: tempo di recupero a+ualizzato Caso alberghiero con cogenerazione e gruppo frigo ele+rico PBT: Periodo di rimborso VAN: Valore A+uale Ne+o TIR: Tasso interno di rendimento DPBT: tempo di recupero a+ualizzato Caso alberghiero con cogenerazione e gruppo frigo ad assorbimento ANALISI COMPARATIVA DIFFERENTI SOLUZIONI TECNICHE STABILIMENTO RISTORAZIONE COLLETTIVA CASO III:
ANALISI COMPARATIVA
RISTORAZIONE COLLETTIVA
Azienda: CAMST (stabilimento di UDINE) Se+ore: ristorazione colleFva Pt = 93 kWt
Pe = 50 kWe
Fonte: energy perts.net – Claudia Vannoni; Conferenza EINSTEIN II, 10 Maggio 2012 ANALISI COMPARATIVA DIFFERENTI SOLUZIONI TECNICHE STABILIMENTO RISTORAZIONE COLLETTIVA Fonte: energy perts.net – Claudia Vannoni; Conferenza EINSTEIN II, 10 Maggio 2012 ANALISI COMPARATIVA DIFFERENTI SOLUZIONI TECNICHE STABILIMENTO RISTORAZIONE COLLETTIVA Fonte: energy perts.net – Claudia Vannoni; Conferenza EINSTEIN II, 10 Maggio 2012 ANALISI COMPARATIVA DIFFERENTI SOLUZIONI TECNICHE STABILIMENTO RISTORAZIONE COLLETTIVA Fonte: energy perts.net – Claudia Vannoni; Conferenza EINSTEIN II, 10 Maggio 2012 ANALISI COMPARATIVA DIFFERENTI SOLUZIONI TECNICHE STABILIMENTO RISTORAZIONE COLLETTIVA Fonte: energy perts.net – Claudia Vannoni; Conferenza EINSTEIN II, 10 Maggio 2012 ANALISI COMPARATIVA DIFFERENTI SOLUZIONI TECNICHE STABILIMENTO RISTORAZIONE COLLETTIVA Fonte: energy perts.net – Claudia Vannoni; Conferenza EINSTEIN II, 10 Maggio 2012 ANALISI COMPARATIVA DIFFERENTI SOLUZIONI TECNICHE STABILIMENTO RISTORAZIONE COLLETTIVA Fonte: energy perts.net – Claudia Vannoni; Conferenza EINSTEIN II, 10 Maggio 2012 ANALISI COMPARATIVA DIFFERENTI SOLUZIONI TECNICHE STABILIMENTO RISTORAZIONE COLLETTIVA Fonte: energy perts.net – Claudia Vannoni; Conferenza EINSTEIN II, 10 Maggio 2012 ANALISI COMPARATIVA DIFFERENTI SOLUZIONI TECNICHE STABILIMENTO RISTORAZIONE COLLETTIVA Fonte: energy perts.net – Claudia Vannoni; Conferenza EINSTEIN II, 10 Maggio 2012 ANALISI COMPARATIVA DIFFERENTI SOLUZIONI TECNICHE STABILIMENTO RISTORAZIONE COLLETTIVA Fonte: energy perts.net – Claudia Vannoni; Conferenza EINSTEIN II, 10 Maggio 2012 ANALISI COMPARATIVA DIFFERENTI SOLUZIONI TECNICHE STABILIMENTO RISTORAZIONE COLLETTIVA Fonte: energy perts.net – Claudia Vannoni; Conferenza EINSTEIN II, 10 Maggio 2012 ANALISI COMPARATIVA DIFFERENTI SOLUZIONI TECNICHE STABILIMENTO RISTORAZIONE COLLETTIVA Fonte: energy perts.net – Claudia Vannoni; Conferenza EINSTEIN II, 10 Maggio 2012 ANALISI COMPARATIVA DIFFERENTI SOLUZIONI TECNICHE STABILIMENTO RISTORAZIONE COLLETTIVA Fonte: energy perts.net – Claudia Vannoni; Conferenza EINSTEIN II, 10 Maggio 2012 ANALISI COMPARATIVA DIFFERENTI SOLUZIONI TECNICHE STABILIMENTO RISTORAZIONE COLLETTIVA Fonte: energy perts.net – Claudia Vannoni; Conferenza EINSTEIN II, 10 Maggio 2012 ANALISI COMPARATIVA DIFFERENTI SOLUZIONI TECNICHE STABILIMENTO RISTORAZIONE COLLETTIVA Fonte: energy perts.net – Claudia Vannoni; Conferenza EINSTEIN II, 10 Maggio 2012 ANALISI COMPARATIVA DIFFERENTI SOLUZIONI TECNICHE STABILIMENTO RISTORAZIONE COLLETTIVA Fonte: energy perts.net – Claudia Vannoni; Conferenza EINSTEIN II, 10 Maggio 2012 ANALISI COMPARATIVA DIFFERENTI SOLUZIONI TECNICHE STABILIMENTO RISTORAZIONE COLLETTIVA Fonte: energy perts.net – Claudia Vannoni; Conferenza EINSTEIN II, 10 Maggio 2012 U0lizzo del calore solare e ambientale per la clima0zzazione Le nostre anvità di ricerca e sviluppo: hGp://www.clima0zzazioneconfon0rinnovabili.enea.it/ Grazie per l’a>enzione 
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