Caso di studio su Micro CHP: Ca Monti

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1 Caso di studio su Micro CHP: Ca Monti Informazioni generali Ca Monti è una struttura agrituristica, situata sulla Appenno bolognese ad 48 metri sul livello del mare. L agriturismo è composto da due antichi edifici rurali in pietra del diciottesimo secolo, completamente ristruttarati nel Gli edifici, che sono provvisti di mura spesse e finestre mediamente piccole, mettono a disposizione 4 camere destinate all ospitalità alberghiera (fino a 12 posti letto) ed un ristorante da 4 posti. E inoltre presente un piccolo laboratorio per la produzione di marmellata. L agriturismo è aperto tutto l anno, salvo un mese di chiusura invernale, ed è pieno prevalentemente in estate e durante i weekend da aprile a ottobre. Il fabbisogno di energia termica viene soddisfatto con l impiego di 2 caldaie a gas che provvedono sia al riscaldamento degli ambienti che alla fornitura di acqua calda, separatamente per i due edifici. Il clima mite del luogo non richiede condizionamento dell aria nei mesi estivi. Figura 1- Ca Monti. Ingresso principale Progettazione e selezione del sistema micro CHP La progettazione del sistema micro CHP è stata basata su un analisi dettagliata delle caratteristiche degli edifici e del fabbisogno energetico, nonché su una valutazione di convenienza economica. L analisi della domanda energetica è stata assistita dall impiego del programma BHKW Plan, un nuovo strumento software espressamente dedicato alla progettazione di sistemi micro CHP. Vengono riportati a seguire i dati di base utilizzati per effettuare l analisi al computer: Dati di base inseriti Superficie netta riscaldata 212 m 2 Calore richiesto per la produzione di acqua calda 8,39 MWh/a Domanda di energia elettrica 1883 kwh/a Dati climatici Stazione metereologica: Regione Emilia-Romagna, Italia Altitudine: 48 m Il fabbisogno totale di energia termica per il riscaldamento degli ambienti e la produzione di acqua calda sanitaria è stato calcolato di 55,4 MWh e la massima richiesta di calore necessaria è stata stimata di 39 kw. E quindi stato selezionato un sistema micro CHP della PowerPlus Technologies (1,3 4,7 kw el / 4, 12 kw th ) progettato per essere pilotato dal calore. La produzione totale di energia elettrica di tale sistema micro CHP è stata calcolata di 18,7 MWh/a. Il 57 % di tale energia ellettrica prodotta dal micro CHP verrebbe utilizzata dall agriturismo, mentre il restante 43 % verrebbe immesso nella rete elettrica. La Figura 2 riporta la domanda annuale di calore della struttura agrituristica, un immagine del sistema micro CHP selezionato e la quantità di calore generato dall unità micro CHP. E stato previsto inoltre l impiego di un serbatoio di accumulo dell acqua calda da 5 l. L area in cui la curva di generazione di calore del sistema di cogenerazione supera la curva di domanda di calore corrisponde al tempo di carico 1/9

2 del serbatoio di accumulo. Dunque il tempo di funzionamento può essere ampiamente esteso. Circa il 32 % della massima domanda termica viene coperta dal sistema micro CHP selezionato. Thermal output [in % of the peak load] [h] Heat demand Heat generation of CHP Figura 2 Curva di domanda annuale di calore (linea blu) e curva di generazione di calore del sistema micro CHP (linea rosa), Immagine in alto: sistema micro CHP selezionato della PowerPlus Technologies Calcolo della profittabilità Al fine di utilizzare a pieno le potenzialità del sistema micro CHP, è necessario prevedere un sistema centralizzato per la fornitura di calore ed acqua calda sanitaria. Nel caso della struttura agrituristica in esame, è stato quindi considerato un unico sistema centralizzato in grado di servire i due edifici, da collocare nell edificio principale e da connettere adeguatamente all edificio secondario. La valutazione di economicità è basata sulla normativa tedesca VDI 267 ed include un confronto con un sistema energetico alternativo. Per coprire i picchi di carico, in aggiunta all unità di micro CHP, si prevede di conservare la caldaia a gas già presente, in grado di fornire una potenza termica di 31,5 kw. Come sistema energetico alternativo è stata presa in considerazione una caldaia a gas naturale di potenza termica pari a 4 kw il calcolo è stato fatto considerando una caldaia per basse temperature della ditta Buderus. Il confronto presuppone l esistenza di un unico sistema per il fabbisogno termico di entrambi gli edifici. La tabella che segue riassume i dati relativi a costi e ricavi dei due sistemi a confronto. Calcolo di profittabilità Sistema Micro CHP Sistema energetico alternativo Investimento iniziale *) [ /a] 1686,81 765,96 Costi di esercizio e manutentenzione [ /a] 646,1 87,21 Costi di combustibile [ /a] 3935,6 2886,98 Totale costi [ /a] 6267,89 374,15 Ricavi da elettricità immessa nella rete [ /a] 437,43 Fornitura di energia elettrica risparmiata [ /a] 1638,26 Totale ricavi [ /a] 275,69 Costi netti [ /a] 4192,2 374,15 Costi specifici per la generazione di calore, al netto dei crediti per l energia elettrica [ /kwh(th)],757,675 2/9

3 generata *) Nel caso di sistemi e componenti già installati (Es. Caldaia, ) i costi di investimento iniziale non sono stati calcolati. Anche se il sistema micro CHP ipotizzato è tecnicamente fattibile, l analisi di fattibilità economica non evidenzia un vantaggio sul piano dei costi sostenuti. Le differenze tra i costi annuali netti nei due casi alternativi sono riportate in Figura [ /a] Δ 452,5 /a Micro CHP System Alternative Energy System Capital costs O&M costs Fuel costs Net costs Total revenue Figura 3 Calcolo di profittabilità dell sistema micro CHP, confrontato con quello relativo ad un sistema energetico alternativo In sintesi, utilizzando - come è stato fatto- un metodo di calcolo dinamico, il progetto di installazione del sistema micro CHP preso in esame comporta un guadagno annuale troppo basso per consentire di ripagare, nell arco della vita utile del sistema, il maggiore investimento iniziale richiesto rispetto ad un sistema convenzionale alternativo. Conclusioni La progettazione di un sistema micro CHP adatto alle caratteristiche dell agriturismo in esame e la sua integrazione nella struttura sono state effettuate secondo criteri di maggiore efficienza sul piano dei costi. Al fine di limitare al massimo i costi addizionali in fase di installazione, sono stati sfruttati per quanto possibile i componenti del sistema energetico esistente e le infrastrutture per la distribuzione del gas metano già in essere. In ogni caso, per raggiungere una domanda di calore adeguata all installazione di un sistema micro CHP, è stata prevista l adozione di un solo sistema centralizzato, in grado di servire il fabbisogno di energia termica dei due edifici di cui l agriturismo si compone. E stato quindi selezionato un sistema micro CHP modulare in grado di funzionare per tempi più lunghi di altri. Il sistema micro CHP raccomandato, in particolare, può raggiungere tempi di funzionamento lunghi se fatto operare in modalità pilotata dal calore. Con questo sistema micro CHP è possibile coprire anche il 56% del fabbisogno di energia elettrica della struttura. Nonostante la fattibilità tecnica, le condizioni attuali in Italia non consentono peraltro di ottenere prestazioni sufficientemente interessanti anche sul piano economico. Le principali ragioni sono: Livelli mediamente bassi di remunerazione dell energia elettrica in ingresso nella rete Bassi livelli di supporto per l investimento iniziale Bassi incentivi per l uso di gas metano come combustibile di alimentazione del sistema micro CHP Domanda relativamente bassa di energia elettrica richiesta dall agriturismo in esame 3/9

4 Informazioni generali Caso di studio su Micro CHP: Regione Emilia-Romagna - Italia Caso di studio Micro CHP: Il Ginepro Il Ginepro è una piccola struttura agrituristica rurale situata sulle montagne dell Appennino emiliano, in un area isolata a 79 metri di altezza. L ospitalità è fornita da una ex casa colonica con adiacente fienile di inizio 9, aperta al pubblico nel 1987 dopo un opera di ristrutturazione. La struttura mette a disposizione 6 camere, per un toale di 2 posti letto ed un ristorante da 5 coperti. L agriturismo è aperto tutto l anno, ma è frequentato prevalentemente da maggio a settembre e specialmente in agosto. Il fabbisogno di energia termica al momento è soddisfatto grazie ad una caldaia a gasolio che fornisce riscaldamento ed acqua calda sanitaria ed è provvista di un serbatoio di accumulo da 3 litri. La caldaia lavora per circa 24 giorni all anno da fine settembre a fine maggio. Il clima mite della zona non richiede condizionamento estivo. Figura 1- Agriturismo Il Ginepro- Castelnovo Monti (RE) Progettazione e selezione del sistema micro CHP La progettazione del sistema micro CHP è stata basata su un analisi dettagliata delle caratteristiche della struttura e del fabbisogno energetico, nonché su una valutazione di convenienza economica. L analisi della domanda energetica è stata assistita dall impiego del programma BHKW Plan, un nuovo strumento software espressamente dedicato alla progettazione di sistemi micro CHP. Vengono riportati a seguire i dati di base utilizzati per effettuare l analisi al computer: Dati di base inseriti Superficie netta riscaldata 3 m 2 Calore richiesto per la produzione di acqua calda 6,78 MWh/a Domanda di energia elettrica 1865 kwh/a Dati climatici Stazione metereologica: Regione Emilia-Romagna, Italia Altitudine: 79 m La domanda totale di energia termica per il riscaldamento degli ambienti e la produzione di acqua calda sanitaria è stata calcolata di 5,6 MWh e la massima richiesta di calore necessaria è stata stimata di 31 kw. E quindi stato selezionato un sistema micro CHP della GIESE (3,3 5,5 kw el / 6 1 kw th ) progettato per essere pilotato dal calore. La produzione totale di energia elettrica di tale sistema micro CHP è stata calcolata di 23,6 MWh/a. Il 43 % dell energia ellettrica prodotta datale sistema CHP verrebbe utilizzata dall agriturismo, mentre il restante 57 % verrebbe immesso nella rete elettrica. La Figura 2 riporta la domanda annuale di calore della struttura agrituristica, un immagine simbolica del sistema micro CHP selezionato e la quantità di calore generato dall unità micro CHP. L area in cui la curva di generazione di calore del sistema di cogenerazione supera la curva di domanda di calore corrisponde al tempo di carico del serbatoio di accumulo. Il tempo di funzionamento può essere esteso grazie al serbatoio di accumulo dell acqua calda già installato. Circa il 32 % della massima domanda termica può essere coperto dal sistema micro CHP selezionato. 4/9

5 Thermal output [in % of the peak load] [h] Heat demand Heat generation of CHP Figura 2 Curva di domanda annuale di calore (linea blu) e curva di generazione di calore del sistema micro CHP (linea rosa), Immagine in alto: sistema micro CHP selezionato della Geise Calcolo della profittabilità La valutazione di economicità è basata sulla normativa tedesca VDI 267 ed include un confronto con un sistema energetico alternativo. Per coprire i picchi di carico, in aggiunta all unità di micro CHP, si prevede di conservare la caldaia a gasolio già presente. Come sistema energetico alternativo è stata presa in considerazione la caldaia esistente. La tabella che segue riassume i dati relativi a costi e ricavi dei due sistemi a confronto: Calcolo di profittabilità Sistema Micro CHP Sistema energetico alternativo Investimento iniziale *) [ /a] 1464,63, Costi di esercizio e manutentenzione [ /a] 75,55 42,2 Costi di combustibile [ /a] 8373,87 559,39 Totale costi [ /a] 1589,4 5632,59 Ricavi da elettricità immessa nella rete [ /a] 729,96 Fornitura di energia elettrica risparmiata [ /a] 1829,92 Totale ricavi [ /a] 2559,87 Costi netti [ /a] 829, ,59 Costi specifici per la generazione di calore, al netto dei crediti per l energia elettrica generata [ /kwh(th)],1587,1113 *) Nel caso di sistemi e componenti già installati (Es. Caldaia, serbatoio di accumulo ) i costi di investimento iniziale non sono stati calcolati. Anche se il sistema micro CHP ipotizzato è tecnicamente fattibile, l analisi di fattibilità economica non evidenzia vantaggi sul piano dei costi sostenuti. Le differenze tra i costi annuali netti nei due casi alternativi sono riportate in Figura 3. Di fatto, il progetto di installazione del sistema micro CHP preso in esame comporta risparmi annuali troppo bassi per consentire di ripagare, nell arco della vita utile del sistema, l investimento iniziale richiesto. 5/9

6 Δ 2396,58 /a 1 8 [ /a] Micro CHP System Alternative Energy System Capital costs O&M costs Fuel costs Net costs Total revenue Figura 3 Calcolo di profittabilità dell sistema micro CHP, confrontato con quello relativo al un sistema energetico esistente Conclusioni La progettazione di un sistema micro CHP adatto alle caratteristiche dell agriturismo in esame e la sua integrazione nella struttura sono state effettuate secondo criteri di maggiore efficienza sul piano dei costi. Al fine di limitare al massimo i costi in fase di installazione, sono stati sfruttati per quanto possibile i componenti del sistema energetico esistente e le infrastrutture per la distribuzione del combustibile già in essere. E stato quindi selezionato un sistema micro CHP modulare in grado di funzionare per tempi più lunghi di altri. Con questo sistema micro CHP è possibile coprire anche il 55% del fabbisogno di energia elettrica della struttura. Nonostante la fattibilità tecnica, questo tipo di sistema, date le condizioni attuali in Italia, purtroppo non risulta di conveniente anche sul piano economico. Le principali ragioni sono: Scarsa domanda termica e picco di carico termico piuttosto basso nell edificio rispetto ai sitemi micro CHP alimentati a gasolio disponibili Prezzi del gasolio realtivamente elevati Livelli mediamente bassi di remunerazione dell energia elettrica in ingresso nella rete Bassi livelli di supporto per l investimento iniziale Domanda relativamente bassa di energia elettrica richiesta dall agriturismo in esame E opportuno infine segnalare che il sistema micro CHP selezionato potrebbe anche essere alimentato con bio-biesel, nel caso venisse fatta una scelta di commutazione verso fonti id energia rinnovabile. 6/9

7 Caso di studio Micro CHP: Agriturismo Poderone Informazioni generali Il Poderone è un agriturismo situato a 91 metri di altezza, in posizione isolata al centro di un parco nazionale: un area protetta nelle montagne dell Appenino Romagnolo. La struttura ricettiva si compone di una vecchio casale in pietra del 7, completamente ristrutturato nel 1995, che mette a disposizione degli ospiti 4 camere doppie ed un ristorante da 7 coperti. La struttura è aperta in modo consecutivo da metà giugno a metà settembre e solo durante i weekend o le festività negli altri periodi dell anno, per un totale di circa 17 giorni. Anche se isolato, l agriturismo è connesso alla rete elettrica. Il fabbisogno di energia termica è soddisfatto grazie a 2 caldaie a GPL che forniscono sia il riscaldamento che l acqua calda sanitaria e sono provviste di un serbatoio di accumulo da 3 l. Il clima mite della zona non richiede condizionamento estivo. Figure 1- Agriturismo Poderone Santa sofia (FC)) Progettazione e selezione del sistema micro CHP La progettazione del sistema micro CHP è stata basata su un analisi dettagliata delle caratteristiche della struttura e del fabbisogno energetico, nonché su una valutazione di convenienza economica. L analisi della domanda energetica è stata assistita dall impiego del programma BHKW Plan, un nuovo strumento software espressamente dedicato alla progettazione di sistemi micro CHP. Vengono riportati a seguire i dati di base utilizzati per effettuare l analisi al computer: Dati base di ingresso Superficie netta riscaldata 4 m 2 Calore richiesto per la produzione di acqua calda 4,24 MWh/a Domanda di energia elettrica 196 kwh/a Dati climatici Stazione metereologica: Regione Emilia-Romagna, Italia Altitudine: 91 m La domanda totale di energia termica per il riscaldamento degli ambienti e la produzione di acqua calda sanitaria è stata calcolata di 73,8 MWh e la massima richiesta di calore necessaria è stata stimata di 43 kw. E quindi stato selezionato un sistema micro CHP della PowerPlus Technologies (1,3 4,7 kw el / 4, 12 kw th ), progettato per essere pilotato dal calore. La produzione totale di energia elettrica di tale sistema micro CHP è stata calcolata di 22,7 MWh/a. Il 42 % dell energia ellettrica prodotta da tale sistema verrebbe utilizzata dall agriturismo, mentre il restante 58 % verrebbe immesso nella rete elettrica. La Figura 2 riporta la domanda annuale di calore della struttura agrituristica, un immagine del sistema micro CHP selezionato e la quantità di calore generato dall unità micro CHP. E stato previsto inoltre l impiego di un serbatoio di accumulo dell acqua calda da 5 l. L area in cui la curva di generazione di calore del sistema di cogenerazione supera la curva di domanda di calore corrisponde al tempo di carico del serbatoio di accumulo. In questo modo il tempo di funzionamento può essere ampiamente esteso. Circa il 29 % della massima domanda termica viene coperta dal sistema micro CHP selezionato. 7/9

8 Thermal output [in % of the peak load] [h] Heat demand Heat generation of CHP Figura 2 Curva di domanda annuale di calore (linea blu) e curva di generazione di calore del sistema micro CHP (linea rosa), Immagine in alto: sistema micro CHP selezionato della PowerPlus Technologies Calcolo della profittabilità La valutazione di economicità è basata sulla normativa tedesca VDI 267 ed include un confronto con un sistema energetico alternativo. Per coprire i picchi di carico, in aggiunta all unità di micro CHP, si prevede di conservare le caldaie a GPL già presenti, in grado di fornire potenza termica complessivamente pari a 48,8 kw. Per aumentare il tempo di operatività dell unità micro CHP, è stata inoltre prevista l installazione di un serbatoio di accumulo da 5 l. Come sistema energetico alternativo è stato preso in considerazione il sistema esistente. La tabella che segue riassume i dati relativi a costi e ricavi dei due sistemi a confronto: Calcolo di profittabilità Sistema Micro CHP Sistema energetico esistente Investimento iniziale *) [ /a] 1532,31, Costi di esercizio e manutentenzione [ /a] 772,88 89,55 Costi di combustibile [ /a] 86,9 656,28 Totale costi [ /a] 196,9 6649,83 Ricavi da elettricità immessa nella rete [ /a] 718,82 Fornitura di energia elettrica risparmiata [ /a] 1478,26 Totale ricavi [ /a] 2197,8 Costi netti [ /a] 879,1 6649,83 Costi specifici per la generazione di calore, al netto dei crediti per l energia elettrica generata [ /kwh(th)],118,91 *) Nel caso di sistemi e componenti già installati (Es. Caldaia, ) i costi di investimento iniziale non sono stati calcolati. Anche se il sistema micro CHP ipotizzato è tecnicamente fattibile, l analisi di fattibilità economica non evidenzia vantaggi sul piano dei costi sostenuti. Le differenze tra i costi annuali netti nei due casi alternativi sono riportate in Figura 3. 8/9

9 Δ 259,18 /a 8 [ /a] Micro CHP System Alternative Energy System Capital costs O&M costs Fuel costs Net costs Total revenue Figura 3 Calcolo di profittabilità dell sistema micro CHP, confrontato con quello relativo al un sistema energetico esistente Conclusioni La progettazione di un sistema micro CHP adatto alle caratteristiche dell agriturismo in esame e la sua integrazione nella struttura sono state effettuate secondo criteri di maggiore efficienza sul piano dei costi. Al fine di limitare al massimo i costi in fase di installazione, sono stati sfruttati per quanto possibile i componenti del sistema energetico esistente e le infrastrutture per la distribuzione del combustibile già in essere. Una soluzione tecnicamente fattibile prevede l installazione di un sistema micro CHP modulare dotato di serbatoio di accumulo dell acqua calda da 5 l e affiancato dalle 2 caldaie a GPL esistenti, per coprire i picchi di carico. L unità micro CHP selezionata è una delle più piccole unità modulari esistenti sul mercato europeo. Peraltro, date le condizioni attuali in Italia, questo tipo si sistema micro CHP non risulta conveniente sul piano economico. Le principali ragioni sono: Livelli mediamente bassi di remunerazione dell energia elettrica in ingresso nella rete Bassi livelli di supporto per l investimento iniziale Prezzi del GPL relativamente elevati, anche tenendo conto degli incentivi per le aree non servite da rete gas metano Domanda relativamente bassa di energia elettrica richiesta dall agriturismo in esame 9/9