Water and energy saving in water supply systems Roma febbraio 2012

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1 Water and energy saving in water supply systems Roma febbraio 2012 Il risparmio energetico in ACEA ATO2 SpA Ing. Enzo Di Nunno

2 Energy Monitoring Censimento utenze elettriche Modalità e sistemi per monitoraggio dei consumi energetici Indicatori per il controllo Energy Efficiency Rinnovo impiantistico con macchinari ed apparecchiature ad elevato rendimento Sistemi di automazione e controllo dei processi impiantistici (es. Wastewater Oxy Fuzzy) Allo studio ed in attivazione: Distrettualizzazione, Minidraluica, Cogenerazione, idrolisi termica, sinergie con altri business Dismissione piccoli impianti e centralizzazione in comprensori di più grande taglia Metodologie di approvvigionamento (TCO) Titoli di Efficienza Energetica (TEE) 2 Il risparmio energetico in Acea ATO2

3 ENERGY MONITORING

4 ENERGY MONITORING AVVIAMENTO ATTIVITA DI ENERGY MANAGEMENT Censimento degli impianti ATO2 e riconoscimento utenze Campagna di autoletture Analisi critica dei consumi degli impianti più energivori (80% dei consumi complessivi) Proposte di contenimento dei consumi per le utenze più energivore PROGETTAZIONE E REALIZZAZIONE DEL MODELLO DI CONTROLLO Software open source consultabile dalla rete aziendale che permette: La GESTIONE DINAMICA dei DATI ANAGRAFICI identificativi degli impianti di Ato2 (Inserimento, modifica e visualizzazione delle utenze) L INSERIMENTO delle AUTOLETTURE e l ANALISI dei consumi delle utenze monorarie; L ANALISI delle curve di carico e curve del giorno prima, sia in formato dettagliato sia in formato aggregato, per le utenze multiorarie Il CONFRONTO ANNUALE dei consumi mensili delle utenze multiorarie.

5 ENERGY MONITORING PROGETTAZIONE E REALIZZAZIONE DELL ENSACENSAC Tale SISTEMA DI TELEMONITORAGGIO si basa sulla raccolta, in tempo reale, dei dati di energia dai vari comparti degli impianti più energivori, tramite appositi MULTIMETRI, collegati con RLU che, in varie modalità (ADSL, GPRS, WI-FI), permettono l invio delle informazioni verso un server remoto, predisposto per l archiviazione e l analisi delle stesse. Autoletture Curve della fatturazione Utenze multiorarie Curve del giorno prima Utenze multiorarie energivore Strumentazione Acquisizione Real Time dei dati di energia e di processo dei comparti maggiormente energivori (Centri Idrici e Impianti di Depurazione)

6 ENERGY MONITORING TOTALE N UTENZE ATO2: 1391 AE 1386 ALTRI FORNITORI Utenze GWh (Consumo 2011) Acea Enel Dist. Dist monorarie AE 36.4 GWh 351 multiorarie AEE GWh Acea Dist. 333 Enel Dist. 702 Acea Dist 130 Enel Dist. 221 BT MT ENERGIVORE (80% consumi 2011) Altri fornitori 1.5 GWh Enel Dist UTENZE

7 INDICATORI DI CONTROLLO I dati di energia e di processo vengono correlati per la determinazione di Indici di Prestazione Energetica (IPEN) rappresentativi dell efficienza dei singoli comparti e dell intero impianto: Impianti di depurazione Sollevamenti Comparti primari, secondari e terziari Ispessimento e Disidratazione fanghi Impianti Idrici Pozzi Sorgenti Centrali di rilancio 7 Titolo lorem ipsum Luogo, data

8 Indici per comparto: I1 (kwh/m3): rapporto tra l assorbimento energetico totale degli impianti di sollevamento e la portata sollevata; I2a (kwh/kgnh4+): rapporto tra l assorbimento energetico dell intero comparto di ossidazione e la quantità giornaliera di azoto ammoniacale rimosso; I2b (kwh/kgcod): rapporto tra l assorbimento energetico dell intero comparto di ossidazione e la quantità giornaliera di COD rimosso; I3 (kwh/kgsst): rapporto tra l assorbimento energetico dell intero comparto di disidratazione fanghi e la quantità giornaliera dei solidi sospesi totali rimossi; Indice globale: IT [f(i1/irif1,i2/irif2,i3/irif3)]: parametro adimensionale che rappresenta l indice di prestazione energetica dell intero impianto. 8 Titolo lorem ipsum Luogo, data

9 L Indicatore di prestazione economica (IPEC) rappresenta per es. il costo relativo al sollevamento di un m3 di acqua. IPEC = cent / m 3 sollevato I fattori che influenzano le variazioni di tale indicatore sono: Tutti i fattori influenzanti l IPEN Il prezzo dell energia (tutte le componenti) La fascia oraria di utilizzo (Un intervento di efficientamento gestionale come lo spostamento di consumo dalla fascia F1 alla fascia F3 si traduce nella riduzione dell indice) 9 Titolo lorem ipsum Luogo, data

10 ENERGY EFFICIENCY

11 ENERGY EFFICIENCY INSTALLAZIONE INVERTER E MOTORI AD ALTA EFFICIENZA EFF1 Installazione di SISTEMI DI AUTOMAZIONE per processi gestiti da operatore o sempre attivi, finalizzata all ottimizzazione della gestione dei processi. Sostituzione di motori obsoleti con motori più performanti dal punto di vista energetico

12 Interventi più significativi di rinnovo, eseguiti, e da attivare, ricorrendo l utilizzo di apparecchiature ad elevato rendimento: rinnovo sollevamenti a vite d Archimede dei grandi impianti Rinnovo e centralizzazione con nuovi compressori centrifughi ad elevata efficienza energetica comparto compressione aria biofiltrazione impianto di depurazione di Roma Sud Rinnovo centrale di pompaggio Sorgenti del Peschiera Revamping comparti digestione anaerobica mesofila impianti di depurazione Roma Nord, Roma Est e Roma Sud Rinnovo sistemi di areazione con areatori longitudinali superficiali di Roma Sud I sez. e Roma Nord I sez. Rinnovo sistema di areazione ossidazione a fanghi attivi I e II sez liquami impianto depurazione di Roma Est e relativo asservimento al sw Oxy-Fuzzy Rinnovo e potenziamento principali comparti delle Linee Fanghi degli impianti di depurazione di Roma Sud, Roma Nord, Roma Est ed Ostia Ristrutturazione ed adeguamento per scarico al suolo di alcuni dei principali impianti della Provincia Rinnovo ed adeguamento impianto di depurazione di Fregene (dic. 2012) Nuova centrale booster del Ceraso (fonte Pertuso) Efficientamento energetico sorgenti locali (pozzi) 12 Titolo lorem ipsum Luogo, data

13 ENERGY EFFICIENCY SISTEMA OXY FUZZY (DEPURATORE DI OSTIA) Innovativo sistema di gestione e controllo dell ossigeno disciolto in vasca d aerazione e della concentrazione dell azoto ammoniacale nell effluente, installato presso l impianto di depurazione di Ostia. L impianto di OSTIA è il quarto impianto di depurazione in ordine di grandezza ( a.e.) della città di Roma e dell ATO2, tra le 10 utenze più energivore dell intero Servizio Idrico Integrato che ne conta circa FUNZIONAMENTO Il valore di Azoto ammoniacale viene misurato in continuo, confrontato in tempo reale con il valore desiderato ed in fine utilizzato per il calcolo del set-point variabile dell ossigeno disciolto. Il valore del set-point di ossigeno disciolto è poi confrontato con la misura dell ossigeno disciolto presente in vasca in quel momento e determina, grazie ad una regolazione con logica fuzzy, l erogazione dell aria.

14 ENERGY EFFICIENCY INDICE DI PRESTAZIONE ENERGETICA Per la stima del risparmio energetico relativo al sistema OXY Fuzzy, è stato introdotto un parametro denominato Indice di Prestazione ENergetica: rapporto tra l energia attiva assorbita dal comparto di aerazione ed i più significativi carichi inquinanti rimossi, pesati secondo l effettivo contributo alla fornitura d aria: IPEN = Energia (kwh/d) / [0,3 COD rimosso (kg/d)+0,7 NH 4 +rimosso(kg/d)] u.m. ingresso uscita ingresso uscita IPEN (Dicembre 2009) = 1,76 IPEN (Dicembre 2010) = 1,04 COD Kg/d N-NH4+ Kg/d Energia kwh/d Variazione IPEN = 40,96% Attiva

15 ENERGY EFFICIENCY SISTEMA OXY FUZZY-VANTAGGI Assicura l efficienza del rendimento di rimozione richiesto. Adattamento del processo biologico alle variazioni di carico in ingresso. Il sistema Oxy-Fuzzy, a differenza del sistema di controllo tradizionale (a set - point fisso di ossigeno disciolto) che evidenzia ampie oscillazioni, dimostra una notevole stabilità nel raggiungimento delle condizioni di processo ottimali, anche di fronte a significative variazioni del carico entrante. Risparmio energetico: evitando la fornitura di aria in eccesso ed ottenendo un miglior rendimento di trasferimento di ossigeno da parte dei diffusori. Ha lo scopo di conseguire il duplice obiettivo di salvaguardia della qualità del corpo idrico recettore e di minimizzare l energia impiegata per l aerazione.

16 Prossime iniziative Stante l attuale consistenza degli impianti e della struttura del SII e tenuto conto dei programmi di investimenti già previsti, Acea ATO2 non ha ulteriori leve per ridurre in modo sostanziale la spesa energetica, in quanto: i contratti di fornitura sono già sostanzialmente ottimizzati dal punto di vista degli impegni di potenza; il costo del trasporto dipende dal regolatore; il costo dell energia dipende dal mercato; gli investimenti effettuati, in corso ed in programma, possono solo contenere in parte l elevata richiesta di energia dovuta ai potenziamenti ed adeguamenti normativi degli impianti. 16 Titolo lorem ipsum Luogo, data

17 Per controbilanciare l incremento dei consumi energetici ed il prevedibile importante aumento dei prezzi nei prossimi anni, ed ottenere invece significative riduzioni del costo energetico oltre che dei costi operativi in generale, bisogna intervenire principalmente privilegiando gli investimenti mirati a fare leva soprattutto su possibili economie di scala che saranno ottenute concentrando i sistemi di fognatura e depurazione in impianti comprensoriali di più grande taglia, con la conseguente dismissione di tutti gli impianti minori. Infatti già oggi il consumo specifico medio degli impianti di taglia compresa tra e abitanti equivalenti è di 22 kwh/y x ab.eq., contro 43 kwh/y x ab.eq relativo agli impianti minori di ab.eq.; questo margine è destinato ad aumentare sensibilmente in relazione agli adeguamenti normativi urgenti per gli impianti minori che comporteranno importanti incrementi di consumo in relazione alle tecnologie adottate (MBR, microfiltrazione terziaria, disinfezione UV ) ed allo stato di funzionalità iniziale. Predetto margine aumenterà pure perché per gli impianti di grande taglia, dove dovranno comunque essere previsti interventi di potenziamento ed adeguamento che richiederanno maggiori consumi energetici, si potranno però ottenere importanti risparmi in relazione alle seguenti opportunità: 17 Titolo lorem ipsum Luogo, data

18 possibilità di utilizzare i macchinari di taglia maggiore, di consumo specifico minore; istallare sistemi di contenimento dei consumi (oxy-fuzzy es.); beneficiare di battenti idraulici maggiori nelle vasche di ossidazione, favorendo quindi la resa di trasferimento di ossigeno; prevedere la digestione anerobica dei fanghi, semmai preceduta da processi degradativi che migliorino sensibilmente la resa di biogas; prevedere il recupero energetico dal biogas con la produzione co-generativa di energia elettrica e termica, al fine di poter sostenere buona parte ed in certi casi tutto, il fabbisogno energetico dell impianto. prevedere eventuali sinergie con processi industriali di pertinenza di altri business (Centrale termoelettrica di Tor di Valle impianto di depurazione Roma Sud) con interessanti benefici economici per entrambi favorire maggiormente la centralizzazione del trattamento fanghi negli impianti maggiori, per beneficiare delle economie di scala ivi conseguibili. prevedere la cogenerazione di energia elettrica e termica negli impianti dove è richiesta cospicua energia termica (essiccamento Rm Est e Roma Nord) 18 Titolo lorem ipsum Luogo, data

19 Prevedere il recupero energetico disponibile allo scarico dell impianto di depurazione Roma Sud, attraverso l istallazione di turbina idraulica di almeno 300 kw Relativamente agli acquedotti è possibile: Incrementare la ricerca perdite occulte Istallare mini-hydro Realizzare sistemi di distrettualizzazione di rete con monitoraggio real time delle pressioni Dismettere fonti locali minori a seguito del completamento degli interventi di interconnessione tra i sistemi idrici primari. 19 Titolo lorem ipsum Luogo, data

20 ENERGY EFFICIENCY METODOLOGIE DI APPROVVIGIONAMENTO DELLE APPARECCHIATURE (TOTAL COST OF OWNERSHIP) Nella predisposizione di gare d appalto per l acquisto di apparecchiature elettromeccaniche o per il rinnovo di comparti impiantistici, Acea ATO2 si è orientata verso metodi di aggiudicazione basati sul TCO (Total Cost of Ownership). Tale metodologia, adottata per l attribuzione dei punteggi ai fornitori partecipanti alle predette gare, tiene conto non soltanto del costo di investimento iniziale, ma di costi/benefici globali derivanti dall esercizio delle apparecchiature durante l intera vita utile (es. costo energia elettrica,consumi termici, produzione biogas, prodotti chimici)

21 ENERGY EFFICIENCY METODOLOGIE DI APPROVVIGIONAMENTO DELLE APPARECCHIATURE - ESEMPI (TOTAL COST OF OWNERSHIP) ESEMPIO 1: Gara per l acquisto di decanter per l addensamento dinamico e la disidratazione meccanica dei fanghi presso i principali impianti di depurazione di ACEA ATO2 Importo a base di gara TCO base gara calcolato su 10 anni di esercizio TCO offerta migliore calcolato su 10 anni di esercizio SAVING complessivo calcolato su 10 anni di esercizio L applicazione del metodo TCO ha comportato un SAVING ECONOMICO, sui 10 anni di esercizio delle apparecchiature, pari a circa 15 milioni di, di cui 4.8 milioni di stimati solo per migliori prestazioni energetiche delle apparecchiature fornite dall aggiudicatario della gara.

22 ENERGY EFFICIENCY METODOLOGIE DI APPROVVIGIONAMENTO DELLE APPARECCHIATURE - ESEMPI (TOTAL COST OF OWNERSHIP) ESEMPIO 2: Gara per l acquisto di aeratori superficiali asserviti al comparto di ossidazione a fanghi attivi dell impianto di depurazione di Roma Sud Importo a base gara Per la valutazione del TCO è stato utilizzato l Indice di Prestazione energetica, ottenuto rapportando l energia assorbita dal comparto di ossidazione (E) alla quantità di nutrienti rimossi, espressi come kg di COD e kg N - NH 4+, secondo la seguente formula: IPEN = E / [0,7 NH ,3 COD] Dove: E = energia attiva, espressa in kwh/d NH + 4=carico ammoniacale rimosso, espresso in kg N - NH + 4/d COD = carico organico rimosso in kg COD/d

23 ENERGY EFFICIENCY METODOLOGIE DI APPROVVIGIONAMENTO DELLE APPARECCHIATURE - ESEMPI (TOTAL COST OF OWNERSHIP) continua ESEMPIO 2: Gara per l acquisto di aeratori superficiali asserviti al comparto di ossidazione a fanghi attivi dell impianto di depurazione di Roma Sud Importo a base gara TCO Base Gara su 10 anni di esercizio TCO Aggiudicatario calcolato su 10 anni di esercizio SAVING complessivo calcolato su 10 anni di esercizio L applicazione del metodo TCO ha comportato un SAVING ECONOMICO, sui 10 anni di esercizio delle apparecchiature, pari a circa 5.9 milioni di, di cui 5.2 milioni di stimati solo per migliori prestazioni energetiche delle apparecchiature dall aggiudicatario della gara.

24 ENERGY EFFICIENCY TITOLI DI EFFICIENZA ENERGETICA (TEE)- Quantificazione dei risparmi energetici I risparmi conseguibili con interventi di efficienza energetica sui principali impianti di depurazione Acea (interventi su Addensamento,Disidratazione,Rotori e OXY-Fuzzy) sono quantificabili in oltre 10 GWh/anno. Data l entità dei risparmio previsto, Acea ATO2 sta avviando l iter per la certificazione di questi risparmi presso l Autorità per l energia elettrica ed il gas (AEEG) ed il conseguente riconoscimento dei TEE. Tale certificazione permetterebbe un riconoscimento di TEE in quantità significative corrispondenti ad un beneficio economico pari a circa 2.4 milioni di in 5 anni. Stima risparmio conseguibile per interventi su Addensamento,Disidratazione, Rotori e Oxy-Fuzzy ROMA EST ROMA NORD ROMA SUD TOTALE Consumi standard (base line) [kwh/y] Consumi con efficientamento [kwh/y] Risparmi consuntivabili (kwh/anno) Energia primaria equivalente (tep/anno) TEE anno riconosciuti (1) Tee per intera vita del progetto (5 anni) Valorizzazione TEE per periodo di validità ( ) (2) NOTE: (1) Si è tenuto conto di un coefficiente di durabilità τ pari a 2.65, secondo quanto previsto dalle linee Guida introdotte dall AEEG (2) Si è ipotizzata una valorizzazione dei TEE pari a 90 /TEE

25 Conclusioni

26 CONCLUDENDO: Progettare, realizzare, adeguare e gestire impianti, nonché scegliere le modalità più opportune per gli approvvigionamenti, tenendo conto dell EFFICIENZA ENERGETICA significa: Contenere i costi energetici che costituiscono una voce rilevante nei bilanci dell Azienda e che incidono sulla tariffa idrica per gli utenti finali. Contribuire ad uno sviluppo sostenibile, nel rispetto delle direttive in materia di tutela ambientale