Indice Errore. Il segnalibro non è definito.

Transcript

1 COGENERAZIONE

2 Indice 1. Definizione e normativa di riferimento Indice di risparmio di energia (IRE): Limite termico (LT): Descrizione generale degli impianti di cogenerazione Tipologie degli impianti di cogenerazione Scopo del progetto di cogenerazione La Metodologia Diagramma di consumo Analisi dei rischi e ruolo finale dell energy manager Esercizio... Errore. Il segnalibro non è definito.

3 1. Definizione, normativa di riferimento ed effetti generali Cogenerazione e' la produzione combinata di energia elettrica e calore alle condizioni definite dall'autorità' per l'energia elettrica e il gas, che garantiscano un significativo risparmio di energia rispetto alle produzioni separate (Decreto Legislativo n 79/99 art. 2 comma 8). L'Autorità ha pertanto emanato, il 19 marzo 2002, la deliberazione n. 42/02, che stabilisce che un impianto produce con caratteristiche di cogenerazione quando alcune grandezze caratteristiche del proprio funzionamento, quali il suo Indice di Risparmio di Energia (IRE) ed il suo Limite Termico (LT), sono rispettivamente maggiori di due valori limite fissati nella deliberazione stessa, rivista ed integrata da altre successive deliberazioni. Il Decreto Legislativo 8 febbraio 2007, n. 20 ha introdotto il nuovo concetto di cogenerazione ad alto rendimento (CAR) definendo nuovi criteri per la definizione della stessa. Dal disposto del citato Decreto Legislativo n. 20 risulta inoltre che, fino al 31 dicembre 2010, le condizioni per il riconoscimento della CAR coincidono con quelle definite per la Cogenerazione dalla deliberazione dell'autorità n. 42/02 e successive modifiche ed integrazioni. I principali benefici che la legislazione attuale riconosce alla cogenerazione ad alto rendimento sono: L esonero dall obbligo di acquisto dei certificati verdi previsto per i produttori e gli importatori di energia elettrica con produzioni e importazioni annue da fonti non rinnovabili eccedenti i 100 GWh (art. 11, commi 1, 2 e 3 del Decreto Legislativo 16 marzo 1999, n. 79); La precedenza, nell ambito del dispacciamento, dell energia elettrica prodotta da cogenerazione rispetto a quella prodotta da fonti convenzionali (art. 11, comma 4, del Decreto Legislativo 16 marzo 1999, n. 79); La possibilità per gli impianti di cogenerazione abbinata al teleriscaldamento di accedere, solo transitoriamente ed a determinate condizioni, ai certificati verdi, così come previsto dal comma 71 della legge n. 239/04, per i soli impianti che rispettano le condizioni previste dall art. 14 del Decreto Legislativo 8 febbraio 2007, n ; La possibilità di ottenere, nel caso in cui l impianto sia realizzato da società di servizi energetici o da distributori di energia elettrica e gas, i titoli di efficienza energetica (certificati bianchi) istituiti dai Decreti 20 luglio 2004 del Ministero delle Attività Produttive, di concerto con il Ministro dell Ambiente e della Tutela del Territorio; 1 Il decreto fa chiarezza sulle disposizioni della legge Marzano (23 agosto 2004 n.239) che aveva previsto per l elettricità prodotta da impianti di cogenerazione abbinati al teleriscaldamento il diritto all assegnazione di certificati verdi. Tale disposizione è stata eliminata dalla legge finanziaria Questo decreto legislativo salvaguarda tuttavia i diritti acquisiti dagli impianti entrati in esercizio nel periodo che va dall approvazione della legge Marzano all approvazione della legge finanziaria 2007 e dagli impianti autorizzati in questo stesso periodo purché entrati in esercizio entro il 31 dicembre.

4 Le agevolazioni fiscali sull accisa del gas metano utilizzato per la cogenerazione (Decreto Legislativo n. 504/95 aggiornato dal Decreto Legislativo 2 febbraio 2007, n. 26); La possibilità di accedere al servizio di scambio sul posto dell energia elettrica prodotta da impianti di cogenerazione ad alto rendimento con potenza nominale fino a 200 kw (deliberazione dell Autorità del 3 giugno 2008 ARG/elt 74/08); La possibilità di applicare condizioni tecnico-economiche per la connessione semplificate, come definite dall Autorità con la deliberazione n. ARG/elt 99/ Indice di risparmio di energia (IRE): E il rapporto tra il risparmio di energia primaria conseguito dalla sezione di cogenerazione rispetto alla produzione separata delle stesse quantità di energia elettrica e termica e l energia primaria richiesta dalla produzione separata (Del. AEEG 42/02) Ec IRE 1 Ee Etciv Etind es p ts, civ ts, ind 1.2. Limite termico (LT): E il rapporto tra l energia termica utile annualmente prodotta Et e l effetto utile complessivamente generato su base annua dalla sezione di produzione combinata di energia elettrica e calore, pari alla somma dell energia elettrica netta e dell energia termica utile prodotte (Ee + Et), riferiti all anno solare, secondo la seguente formula: Et LT Ee Et 1.3. Effetti generali della cogenerazione Risparmio energetico conseguentemente al minor consumo di combustibile; Riduzione dell impatto ambientale grazie alla riduzione delle emissioni di gas ad effetto serra e alla sostituzione di modalità di produzione di calore poco efficienti e più inquinanti; Minori perdite di trasmissione e distribuzione per il sistema elettrico nazionale conseguente alla localizzazione degli impianti in prossimità dei bacini di utenza.

5 2. Descrizione generale degli impianti di cogenerazione Le centrali termiche per la produzione di energia elettrica hanno, in generale, una bassa efficienza energetica: soltanto il 40 45% (55 57% negli impianti più moderni) dell'energia termica contenuta nei combustibili fossili viene trasformata in energia elettrica, mentre la rimanente quantità è scaricata nell'ambiente senza alcun utilizzo. In alcuni casi, tuttavia, tale calore residuo può trovare impiego nell'industria, ad esempio sotto forma di vapore, oppure può essere destinato ad usi civili, come il riscaldamento degli edifici. In tal caso, si parla di produzione combinata di energia elettrica e calore. La produzione combinata può incrementare l'efficienza di utilizzo del combustibile fossile fino ad oltre l'80%; a ciò corrispondono minori costi e minori emissioni di inquinanti e di gas ad effetto serra, rispetto alla produzione separata di elettricità e di calore. Il Parlamento Europeo ha riconosciuto la produzione combinata come un provvedimento importante tra quelli necessari per soddisfare il raggiungimento degli obiettivi del Protocollo di Kyoto e ha incluso tra le proprie priorità la diffusione progressiva di una corretta produzione combinata di energia elettrica e calore. La produzione combinata presuppone la possibilità di utilizzare il calore in prossimità del luogo stesso di produzione. In generale, infatti, trasmettere il calore a grande distanza non è tecnicamente realizzabile, a causa soprattutto dell' elevata dissipazione che si avrebbe durante la trasmissione. Per questo motivo, gli impianti di cogenerazione sorgono di solito in prossimità di utilizzatori termici. Se il calore viene prodotto a temperatura relativamente bassa, si tratterà di impieghi di tipo civile, come il riscaldamento di ambienti o il teleriscaldamento urbano; il fluido vettore è quasi sempre acqua. Se il calore prodotto è più pregiato (temperatura e pressione elevate), sarà utilizzato, sotto forma di vapore, in lavorazioni industriali. Non mancano situazioni miste, in cui si ha produzione contemporanea di calore a vari livelli di temperatura, anche molto diversi. In tali casi, di solito, vi è un unico luogo di utilizzo (ad esempio, uno stabilimento industriale), dove il vapore pregiato viene destinato alle lavorazioni, e quello a bassa temperatura al riscaldamento degli ambienti produttivi. In alcuni casi, l'utilizzatore termico produce, a sua volta, gas con un contenuto energetico significativo, i quali sono ceduti all'impianto di cogenerazione, per essere utilizzati come combustibili. Ciò accade, ad esempio, negli impianti petrolchimici, siderurgici, cartiere, industrie tessili, nelle raffinerie 2.1. Efficienza nell utilizzo del combustibile Le centrali termiche per la produzione di energia elettrica hanno, in generale, una bassa efficienza energetica: soltanto il 40 45% (55 57% negli impianti più moderni) dell'energia termica contenuta nei combustibili fossili viene trasformata in energia elettrica, mentre la rimanente quantità è scaricata nell'ambiente senza alcun utilizzo.

6 Figura n. 1: Convenienza energetica della cogenerazione rispetto alla produzione separata 3. Tipologie degli impianti di cogenerazione Nella sua forma più semplice un impianto di produzione combinata comprende almeno un motore primo (turbina a vapore, turbina a gas, oppure motore a combustione interna), ed un generatore elettrico. Nel caso, ad esempio, di una turbina a vapore, un combustibile primario, bruciando in una caldaia, cede energia termica all acqua, trasformandola in vapore. Una parte di tale energia è trasferita dal vapore al motore primo che, trascinando l alternatore, la trasforma in energia elettrica. Un altra parte è invece utilizzata direttamente come energia termica, e può essere destinata, come già visto, a vari impieghi civili o industriali. Infine, la parte rimanente, nella forma di un calore residuo non più utilizzabile, è dispersa nell ambiente. Il prelievo di energia termica utile dal fluido di processo può avvenire in vari modi. Nel caso di: impianti con turbine a gas si impiega solitamente uno scambiatore che recupera il calore dai fumi esausti prima di scaricarli nell atmosfera; impianti con motori a combustione interna, si impiega uno scambiatore che recupera il calore dall olio e uno scambiatore che recupera il calore dai fumi esausti prima di scaricarli nell atmosfera; impianti con turbine a vapore, le soluzioni più diffuse per il prelievo di calore sono le seguenti: - turbine a contropressione: subito dopo l espansione in turbina, il vapore è inviato all utilizzatore termico, al quale cede parte dell energia (entalpia) che ancora possiede. Il funzionamento può essere in ciclo chiuso, con ritorno alla caldaia del vapore condensato dall utilizzatore, o in ciclo aperto. - turbine a condensazione con spillamento: il calore è prelevato estraendo una certa portata di vapore (spillamento) in un punto opportuno del ciclo termodinamico, per inviarla all utenza termica. La portata rimanente, dopo l espansione in turbina, è condensata e il calore di condensazione è di norma dissipato.

7 Sono diffuse anche soluzioni miste, in cui si ha prelievo di calore sia durante il ciclo (mediante uno spillamento di vapore), sia a valle dell espansione in turbina. 4. Scopo del progetto di cogenerazione Un progetto di cogenerazione può avere una o più tra le seguenti finalità: conseguire autonomia elettrica; migliorare la qualità del servizio energia allo stabilimento; ridurre l impatto ambientale; ridurre i costi operativi di approvvigionamento energetico. 5. La metodologia Per affrontare il tema della cogenerazione nell industria si procede con la esecuzione di una audit preliminare che consente di stabilire, in linea di massima, la bontà dell eventuale investimento. Superata positivamente la prima fase si approfondiscono gli argomenti mediante una ulteriore audit investment grade. Le attività tipiche che devono essere eseguite in tali audit sono sintetizzate nella seguente tabella n. 1: Attore Scopo Ambito Dati di Input Output Garanzie di risultato Audit energetico preliminare Energy manager (interno o consulente esterno) Verificare l efficienza dei flussi energetici attuali e proporre / confrontare varie soluzioni migliorative. Tutte le attività dello stabilimento energeticamente rilevanti Fatture e dati storici di stabilimento Confronto tra proposte alternative in base a budget di investimento e pay-back semplice. Nessuna Audit energetico investment grade Personale esperto e diretto dell investitore. Include l analisi, sulla vita dell impianto, dei rischi tecnici, gestionali, manutentivi, economici e finanziari, delle soluzioni migliorative proposte. Include il coinvolgimento di TUTTE le funzioni direzionali (ammin., finanza, legale, produzione, manutenzione, etc.) Include la definizione dei protocolli di misura e verifica delle prestazioni Analisi tra le proposte sulla base dell analisi dei rischi. Definizione di livelli di servizio Definizione della responsabilità dei risultati. Tabella n. 1: Attività base di una audit 6. Diagramma di consumo L attività di partenza che deve essere svolta per affrontare correttamente lo studio per un impianto di cogenerazione è la costruzione dei diagrammi di consumo di energia elettrica e termica. In tale attività devono essere anche esaminati correttamente i seguenti fatti: valutazione dei fabbisogni energetici del processo produttivo; analisi del consumo specifico di energia elettrica e termica per unità di prodotto; ipotesi di sviluppo futuro del sito produttivo (modifiche al processo produttivo, modifiche del prodotto, trasferimento della produzione, etc.); definizione dell anno tipo (l anno tipo si intende definito indicando volumi di produzione per ogni tipo di prodotto, turni lavorativi, carichi energetici per settimana tipica).

8 Il diagramma di durata del consumo di energia presenta normalmente l andamento riportato nel seguente grafico ove le tre curve indicano i turni di lavorazione: 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, turni 2 turni 1 turno Grafico n. 1: Diagramma di durata del consumo di energia I profili orari di assorbimento (elettrico e termico), consentono di trovare la soluzione impiantistica che li soddisfa minimizzando i costi (di esercizio e di investimento). In particolare dall analisi dettagliate dei profili di consumo è possibile definire: la taglia dell impianto (dimensionata sul profilo elettrico o termico); il numero delle macchine da installare; la scelta tra turbogas, ciclo combinato o motore; il dimensionamento energetico o economico. 7. Analisi finale dei rischi e ruolo dell energy manager Evoluzione del mercato Rischio tecnologico Rischio mercato dei prodotti Rischio finanziario Classificazione dei rischi del mercato energetico Volatilità dei prezzi delle materie prime Evoluzione regole del mercato Rischio operativo Rischio autorizzativo Volatilità dei prezzi delle materie prime Tempi di realizzazione dell'investimento Esauriti gli argomenti tecnici l E. M. ha il compito importante di eseguire le ultime verifiche che si possono sintetizzare nelle seguenti voci: verificare che l investimento sia stato valutato con accuratezza (definizione della taglia e della tecnologia, offerte di fornitori, strumentazione prevista, modifiche agli impianti esistenti, ingegneria, autorizzazioni, etc.); controllare che siano stati valutati correttamente i rischi industriali; fissare il riferimento delle energie; verificare che l azionista voglia investire nel progetto o fare ricorso ad altre forme di finanziamento.