POLITECNICO DI TORINO ESAMI DI STATO PER L ABILITAZIONE ALLA PROFESSIONE DI INGEGNERE INGEGNERIA GESTIONALE TEMA N. 2

Transcript

1 POLITECNICO DI TORINO ESAMI DI STATO PER L ABILITAZIONE ALLA PROFESSIONE DI INGEGNERE Seconda sessione 27 novembre 2007 Vecchio ordinamento INGEGNERIA GESTIONALE TEMA N. 2 Un impresa manifatturiera vuole valutare la possibilità di soddisfare parzialmente i suoi carichi elettrici e termici invernali con una microturbina a gas naturale in assetto cogenerativo; la quota rimanente del fabbisogno di energia elettrica e di energia termica continuerebbe ad essere rispettivamente acquistata dalla rete e prodotta da una caldaia. Il package considerato è il modello TA-100 CHP del costruttore Elliott, schematizzato in figura, che comprende la microturbina più l unità di recupero termico (Heat Recovery Unit HRU). Fonte:

2 La tabella 1 mostra le prestazioni nelle condizioni ISO standard di riferimento. Tabella 1: Grandezza Valore Unità di misura Potenza elettrica netta W 100 kw Consumo di gas naturale V 37.7 F Sm 3 /h Portata gas combusti m 2560 kg/h g Temperatura acqua ingresso HRU 49 C Temperatura acqua uscita HRU 60 C Temperatura gas di scarico ingresso HRU 293 C Temperatura gas di scarico uscita HRU 82 C Altri dati: H i =,, Sm 3 c ph2o, = c kg C pg, = kg C Quesito A Calcolare: la potenza termica recuperata Q il rendimento elettrico η W il rendimento termico η Q l indice di utilizzazione del combustibile IU il rapporto di cogenerazione λ il limite termico LT l indice di risparmio energetico IRE, sapendo che l applicazione prevede collegamento alla rete MT, completo autoconsumo, uso civile del calore (riscaldamento degli ambienti). I valori attualmente in vigore del rendimento elettrico per la produzione separata, secondo le disposizioni dell Autorità dell Energia Elettrica e il Gas, sono riportati in tabella 2. I valori dei parametri ( η Qs ) civ, ( η Qs ) ind e p non sono stati aggiornati rispetto a quelli precedentemente in vigore.

3 Tabella 2: Fonte: delibera AEEG n. 296/05 Quesito B Attualmente l utenza ha un contratto per la fornitura dell energia elettrica di tipo multiorario. Fonte: Il prezzo medio dell energia elettrica acquistata dalla rete è riportato a lato. Fascia Prezzo ( /kwh) F F F

4 Il costo chiavi in mano del package Elliott TA-100 CHP è I = 2000 /kw e. Il costo del gas naturale è di 0.33 /Sm 3 ; il costo defiscalizzato è di /Sm 3, applicabile alla quota di consumo 0.25 Sm 3 /kwh e. Il costo di manutenzione dell impianto cogenerativo è di /kwh e prodotto; gli altri costi O&M sono uguali con e senza cogenerazione. La caldaia esistente ha un rendimento η B = 0.9. L impianto è ammortizzabile in 10 anni. Il tasso di attualizzazione è del 5%. La tassazione media dell azienda è del 36%. Sull energia elettrica autoconsumata occorre versare l imposta erariale e l addizionale provinciale, che complessivamente ammontano a /kwh. Determinare il tempo di ritorno dell investimento, nell ipotesi che il cogeneratore funzioni 26 settimane all anno 24h/24 (numero di ore di funzionamento: H = 4368 h/anno ) a pieno carico. Quesito C Nella stagione estiva l utenza necessita di energia frigorifera (acqua refrigerata a 7 C, restituita a 12 C) per il condizionamento degli ambienti, attualmente prodotta con una tradizionale macchina frigorifera a compressione di vapore avente un coefficiente di prestazione (rapporto tra la quantità di energia frigorifera prodotta e l energia elettrica necessaria) COP = 4.5. In alternativa, il fabbisogno potrebbe essere soddisfatto facendo funzionare la microturbina e inviando i gas combusti in uscita dallo scambiatore rigenerativo a 293 C ad una macchina frigorifera ad assorbimento a doppio effetto, secondo lo schema fornito. La produzione di energia 293 C 130 C 38.5 C 32 C torre di raffreddamento acqua 7 C acqua 12 C impianto di condizionamento

5 frigorifera sarebbe inferiore alla richiesta dell utenza. Altri dati: coefficiente di prestazione della macchina ad assorbimento (rapporto tra la quantità di energia frigorifera prodotta e l energia termica entrante): COP = 1.05 costo chiavi in mano dell impianto (macchina frigorifera ad assorbimento + torre di raffreddamento necessaria): costi annuali di manutenzione (macchina frigorifera ad assorbimento + torre di raffreddamento necessaria): 5% dell investimento periodo di funzionamento: 13 settimane all anno 24h/24 (numero di ore: H = 2184 h/anno ) a pieno carico impianto ammortizzabile in 10 anni tasso di attualizzazione: 5% Valutare nuovamente il tempo di ritorno dell investimento della microturbina a gas cogenerativa, nell ipotesi di utilizzarla anche in estate con la macchina frigorifera ad assorbimento.