Ottimizzazione di un portfolio di impianti di cogenerazione in service per conto di utenze industriali

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1 HeraComm Case: Ottimizzazione di un portfolio di impianti di cogenerazione in service per conto di utenze industriali Relatore: Andrea Papageorgiou, HeraComm Milano, 15 maggio

2 INDICE 1. Energy Service 2. La Cogenerazione 3. Dispacciamento ottimo - obiettivo 4. Dall impianto al modello di ottimizzazione 5. Modello di ottimizzazione 6. Primi risultati Custom vs. ResOpt 7. Risultati economici di portfolio 8. Benefici gestionali/organizzativi 2

3 Energy Service Gestione per conto di aziende terze (Clienti) clienti di impianti (generalmente di co/trigenerazione industriale) inserito nel contesto produttivo del Cliente. In particolare Energy Service promuove, realizza e gestisce l impianto di co/trigenerazione posto al servizio dello stabilimento del cliente. L Obiettivo primario dell attività è massimizzare il risultato economico nel rispetto dei vincoli di carattere tecnico, commerciale e normativo. 3

4 La Cogenerazione La cogenerazione è la produzione combinata e contemporanea di energia elettrica ed energia termica tramite un unico processo di trasformazione dell energia contenuta all interno di un combustibile. I benefici della Cogenerazione ad Alto Rendimento (CAR) derivano in larga parte dalla elevata efficienza che un impianto di cogenerazione può raggiungere grazie al recupero del calore prodotto ed al risparmio di combustibile rispetto alla produzione separata di energia elettrica (grande centrale termoelettrica) ed energia termica (centrale termica presso il sito industriale): ENERGIA PRIMARIA 144 Produzione separata IMPIANTO CONVENZIONALE ENERGIA TERMICA 12 PERDITE 31 ENERGIA ELETTRICA IMPIANTO 83 CONVENZIONALE Risparmio energetico. Vengono risparmiate risorse energetiche primarie con un beneficio globale riconosciuto dall Autorità dell energia elettrica e il gas attraverso l attribuzione dei Titoli di Efficienza Energetica. 52 Produzione combinata PERDITE Vantaggi economici. Il risparmio di combustibile si riflette direttamente in un risparmio economico sulla spesa energetica. ENERGIA PRIMARIA IMPIANTO DI COGENERAZIONE ENERGIA TERMICA ENERGIA ELETTRICA PERDITE Vantaggi ambientali. I minori consumi contribuiscono a ridurre l emissione di gas serra, NO x e inquinamento atmosferico per una migliore sostenibilità ambientale. 4

5 Dispacciamento ottimo - obiettivo Ottenere una programmazione oraria di un impianto di cogenerazione, che fornisce energia ad uno stabilimento di cui si dispone della stima del fabbisogno orario di elettricità e calore (ad alta e bassa temperatura) per un orizzonte temporale a breve/medio termine con l obiettivo di ottenere il massimo risultato economico 5

6 Dall impianto.. La presenza di diverse modalità di somministrazione del vettore energetico al cliente finale nonché di numerosi vincoli di carattere sia tecnico-impiantistico che normativo (IRE, LT, PES), rendono la programmazione di un impianto di cogenerazione un problema decisionale complesso. In sintesi per programmare in maniera ottima un impianto servono 2 famiglie di informazioni: Lay-out funzionale dell impianto Informazioni tecnico economiche Le principali informazioni sono: la tipologia delle macchine e delle caldaie, i performance data, le modalità di funzionamento; i bilanci energetici (termico ed elettrico); le condizioni economiche di fornitura dei vettori energetici allo stabilimento cliente e di approvvigionamento della materia prima e dell energia (costi, ricavi, prezzi di mercato dell energia, ecc.); le stime di consumo dello stabilimento cliente; la normativa da rispettare. 6

7 ..al modello di ottimizzazione L obiettivo dell ottimizzatore è realizzare un sistema informatico che, introdotte le caratteristiche dell impianto e dello stabilimento, consenta di ottimizzarne il funzionamento per ottenere il massimo risultato economico, rispettando i vincoli di carattere tecnico, commerciale e normativo. Di seguito è riportato uno schema di massima del sistema in oggetto: Parametri di impianto Vincoli Sistema di Ottimizzazione Stime e Consuntivi di stabilimento Output Parametri tecnici ed economici di impianto: range di produzione di energia elettrica e di calore dei motori, costi di manutenzione, di gestione, prezzo del gas, dell energia elettrica prelevata da rete, dell energia elettrica immessa in rete, prezzo dell energia elettrica e termica consumata dal cliente, accise gas, Titoli di Efficienza Energetica, PES, ; Stime e consuntivi di stabilimento: consuntivi e forecast dei consumi di energia elettrica e termica, ; Vincoli: limiti fisici delle macchine, vincoli di immissione, valori degli indici imposti dall Autorità per l energia elettrica e il gas, ; Output: percentuale di carico della macchina per ogni ora, andamento orario dell energia elettrica prodotta, prelevata o immessa in rete, energia termica prodotta, ricavi e costi dovuti alla manutenzione, gestione e materia prima consumata, ricavi da TEE, costi o ricavi da Emission Trading, indici ottenuti, 7

8 Modello di ottimizzazione: vincoli e obiettivi FUNZIONE OBIETTIVO: Massimizzare i ricavi VINCOLI: Bilanciamento potenza elettrica (Pe erogata dai cogeneratori + Pe presa da rete - Pe immessa in rete Pe richiesta da Aux cogeneratori = Pe richiesta stabilimento) Bilanciamento potenza termica ad alta e bassa temperatura (Pt erogata dai cogeneratori + Pt erogata caldaie = Pt richiesta da stabilimento) Numero massimo di accensioni e spegnimenti in un giorno Combinazioni convesse (linearizzazione rendimenti in funzione della percentuale di carico all interno di un ora) Numero massimo di ore di funzionamento annuo Minima e massima percentuale di carico dei cogeneratori (es. il range di funzionamento del cogeneratore può essere solo dall 85% al 100% delle proprie capacità) Un cogeneratore in un ora può essere alternativamente acceso o spento Definizione di ore in cui il cogeneratori non è disponibile Definizione ausiliari (serve a determinare la potenza elettrica assorbita dagli ausiliari ogni ora) Definizione massima potenza elettrica prelevabile da rete Minima e massima percentuale di carico mensile Caldaie (es. una caldaia può lavorare solo da un 30% al 100 % delle proprie capacità, altrimenti non è conveniente) 8 Definizione limite termico e PES

9 Modello di ottimizzazione: schema a blocchi FC Price Gas contract Costs Restrictions Cogeneration Technical parameter Costs FC Price Revenue FC Price BUY EE + + Boilers FC Price SELL EE Cooling Revenue FC Price Revenue EE Load TE Load FC Price Revenue FC Loads 9

10 Modello di ottimizzazione: ResOpt 10

11 Modello di ottimizzazione: motore & curva rendimento Engine Load CogenerationEnergy Efficiency EE Electric power[kw] Thermal power engine HT [kw] Thermal power engine LT [kw] Net gas vol [Smc] PCI = 9 Net gas vol [Smc] PCI =11 50% 36,00% 302, ,36 76,39 55% 36,24% 332, ,02 83,47 60% 36,46% 363, ,62 90,51 65% 36,66% 393, ,19 97,52 70% 36,84% 423, ,73 104,51 75% 37,00% 453, ,26 111,49 80% 37,14% 484, ,80 118,47 85% 37,26% 514, ,35 125,47 90% 37,36% 544, ,94 132,49 95% 37,44% 574, ,57 139,56 100% 37,50% 605, ,26 146,67 11

12 Primi risultati Custom vs. ResOpt: quantità mensili E.E MWh MWh Vendita cliente Vendita Terzi Produzione Acquisto terzi MWh MWh 800 MWh 600 MWh 400 MWh 200 MWh 0 MWh gen-10 feb-10 mar-10 apr-10 mag-10 giu-10 lug-10 ago-10 set-10 ott-10 nov-10 dic MWh MWh MWh MWh 800 MWh 600 MWh 400 MWh 200 MWh 0 MWh gen-10 feb-10 mar-10 apr-10 mag-10 giu-10 lug-10 ago-10 set-10 ott-10 nov-10 dic-10 12

13 Primi risultati Custom vs. ResOpt: quantità mensili E.T. 300 MWh 250 MWh 200 MWh Quantità LT Custom Quantità LT ResOpt 150 MWh 100 MWh 50 MWh 0 MWh 300 MWh gen-10 feb-10 mar-10 apr-10 mag-10 giu-10 lug-10 ago-10 set-10 ott-10 nov-10 dic MWh 200 MWh Quantità HT Custom Quantità HT ResOpt 150 MWh 100 MWh 50 MWh 0 MWh gen-10 feb-10 mar-10 apr-10 mag-10 giu-10 lug-10 ago-10 set-10 ott-10 nov-10 dic-10 13

14 Primi risultati Custom vs. ResOpt: valori economici su l impianto pilota Vengono messi a confronto i risultati del sistema custom e quelli da ResOpt. Sostanzialmente Resopt aumenta le ore di funzione del motore individuando quelle fasce orarie dove si manifesta il vantaggio economico, che con la precedente metologia non si riusciva ad individuare Ricavi/Costi Delta Ricavi Energia Elettrica ,00 Ricavi Energia Termica ,00 Ricavi Gas Boiler ,00 Costi Gas ,00 Costi Energia Prelevata ,00 O&M ,00 EBIT ,00 +35% 14

15 Risultati EBIT su 1 anno di funzionamento su tutti gli impianti HeraComm con ResOpt Nel customer case di HeraComm sono stati modellati/ottimizzati un totale di 10 impianti che operano in diversi ambiti (teleriscaldamento, industria della ceramica, imballaggi ) Ottenendo dal confronto fra lo strumento precedentemente utilizzato da HeraComm e ResOpt un delta medio sull EBIT pari al: +11% Alcune note metodologiche sul confronto: il confronto è stato fatto a parità di condizioni (fabbisogni, prezzi ); il confronto non prevede minori margini da indisponibilità di motori; a valle delle analisi, in via prudenziale, è stato inserito un coefficiente di correzione a copertura del rischio scenario. 15

16 Benefici Gestionali/organizzativi Standardizzazione delle attività di monitoraggio e consuntivazione Automazione dell intero processo Gestione dei dati più efficace Migliore risultati in termini di efficienza e efficacia Ottimizzazione delle risorse 16