Veronafiere 27 ottobre 2015

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1 Veronafiere 27 ottobre 2015 Gli atti dei convegni e più di contenuti su

2 27 ottobre Veronafiere Centro Congressi "Palaexpo" - Sala Verdi Convegno: Cogenerazione: una opportunità sempre attuale Quadro regolatorio della Cogenerazione e della Cogenerazione ad Alto Rendimento Francesco MLINO Dipartimento di Ingegneria Industriale DIN Scuola di Ingegneria ed Architettura - Università di Bologna viale del Risorgimento Bologna

3 La Cogenerazione: definizione produzione simultanea di energia elettrica/meccanica e calore utile nella medesima unità secondo Direttiva 2004/8/C combustibile Unità di Cogenerazione energia elettrica energia meccanica autoconsumo AT/MT/BT immissione in rete AT/MT/BT calore di scarto Calore utile per usi civili/terziari (riscaldamento, condizionamento, acqua sanitaria) per usi industriali (sia calore che freddo per il processo produttivo)

4 Le Prestazioni di un cogeneratore F e F rendimento elettrico SISTMA COGNRATIVO H t H F rendimento termico tot F H e t rendimento totale o coefficiente di utilizzo del combustibile 3

5 Confronto con la Produzione Separata COGNRAZION PRODUZION SPARATA F F se F s =F se +F st F st SISTMA COGNRATIVO CNTRAL LTTRICA _ref CALDAIA H_ref H H IR PS F s F s F 1 _ ref F H H _ ref 1 e _ ref 1 t H _ ref

6 Le taglie della cogenerazione per la legge Generazione distribuita: insieme degli impianti di generazione di potenza nominale inferiore ai 10 MVA (Delibera AG 328/07) Impianto di piccola/micro generazione: un impianto per la produzione di energia elettrica, anche in assetto cogenerativo, con capacità di generazione non superiore a 1 MW o a 50 kw (Legge Marzano 239/04 e modifiche previste da D.Lgs. n 20 del 8/2/2007) Lo scambio sul posto è ammesso per impianti con potenza fino a 200 kw

7 Cogenerazione: quadro regolatorio Decreto Bersani Delib. AG 42/02 Direttiva 2004/8/C 1 aprile Recep.: D.Lgs. 20/07 7 mar 2007 Decr. MS 4/8/2011 (requisiti) e 5/9/2011 (benefici-t) 1 gen 2011 Linee guida (CAR) gen 2012 Le unità di cogenerazione entrate in esercizio dopo il 1 gennaio 2011 sono considerate CAR Cogenerative ad Alto Rendimento se rispondono ai requisiti del D.M. 4 agosto 2011 Le unità di cogenerazione entrate in esercizio tra il 7 marzo 2007 e il 31 dicembre 2010 sono ammesse ai benefici del decreto 5 settembre 2011 se CAR oppure se riconosciute cogenerative secondo la AG 42/02 e successive modifiche ed integrazioni Le unità di cogenerazione entrate in esercizio tra il 1 aprile 1999 e il 7 marzo 2007 sono ammesse ai benefici del decreto 5 settembre 2011 se riconosciute cogenerative ai sensi delle norme applicabili alla data di entrata in esercizio

8 Cogenerazione ad Alto Rendimento (CAR) D.Lgs. 20/07 (in vigore dal 01/01/2011, secondo D.M. 4/8/11 ) Condizioni energetiche per qualificare una unità come CAR 1) soddisfare una richiesta di calore utile nergia elettrica da cogenerazione CHP 2) e risparmiare combustibile Indice PS

9 lettricità da cogenerazione (secondo D.M 4/8/11) CHP L elettricità prodotta è cogenerativa (secondo la CAR) allorquando tale produzione è derivata del calore utile richiesto dal processo di valle. Si considera il rendimento globale: globale H F CHP Si considera la condizione: globale lim lim CHP CHP C eff H CHP lim 0, 80 0, 75 cicli combinati e impianti a vapore a condensazione tutti gli altri (motori, TG, ecc )

10 lettricità da cogenerazione (secondo D.M 4/8/11) t lim Il mancato rispetto della condizione e comporta la virtuale divisione del sistema in due sezioni: una cogenerativa e l altra non cogenerativa F F CHP Parte cogenerativa Sezione cogenerativa CHP (elettricità da cogenerazione) H CHP (calore utile) Parte non cogenerativa F nonchp, F nonchp,h Sezione di sola produzione elettrica Sezione di sola produzione termica Unità di cogenerazione - CHP = non CHP (elettricità non da cogen.) H-H CHP =H non CHP (calore non da cogenerazione)

11 Il fattore C eff CHP H CHP Linee guida CAR 2012

12 Il fattore C eff CHP H CHP Linee guida CAR 2012

13 PS 1 _ref H_ref Il risparmio di combustibile - PS CHP _ref F p CHP H CHP H_ref PS Produzione elettrica di riferimento Produzione termica di riferimento D.Lgs. 20/07 (in vigore dal 01/01/2011, secondo D.M. 4/8/11 ) 0, 1 0 per la piccola cogenerazione (P e < 1 MW) p Sconto per l autoconsumo e produzione in MT/BT Precedente Delib. AG 42/02 IR PS IR 0,1

14 PS Rendimento elettrico di riferimento (in vigore dal 01/01/2011, secondo D.M. 4/8/11 ) Tipo di combustibile _ref Dipende dal combustibile D.Lgs. 20/07 CARBON FOSSIL COMBUSTIBILI A BAS DI LGNO BIOMASS AGRICOL.. PTROLIO, GPL BIOCARBURANTI GAS NATURAL GAS DI RAFFINRIA/IDROGNO BIOGAS da correggere in funzione delle condizioni climatiche: Zona A (T med = 11,325 C): + 0,369 punti percentuali Zona B (T med = 16,043 C): - 0,104 punti percentuali Anno costruzione: ,2 33,0 25,0 44,2 44,2 52,5 44,2 42,0

15 «Sconto» per l autoconsumo e per la produzione elettrica in MT/BT D.Lgs. 20/07 (in vigore dal 01/01/2011, secondo D.M. 4/8/11 ) p p im e,im e,im p ac e,ac e,ac p im p ac <0,4 kv 0,925 0,860 0,4-50 kv 0,945 0, kv 0,965 0, kv 0,985 0,965 >200 kv 1 0,985 Delibera AG 42/02 P im p ac BT 0,957 0,935 MT 0,972 0,957 AT 1 0,972 Trattamento di favore per l energia elettrica in BT e autoconsumata

16 La produzione termica separata: rendimenti di riferimento D.Lgs. 20/07 (in vigore dal 01/01/2011, secondo D.M. 4/8/11 ) Gas naturale con produzione di vapore o acqua calda H_ref = 90 % Delibera AG 42/02 H_ref,civ = 80 % H_ref,ind = 90 % Non differenzia tra usi civili e industriali differenziato tra civile e industriale

17 Alcuni aspetti importanti Decreto D.M. 4/8/11 nergia elettrica lorda: La quantità di elettricità prodotta mediante cogenerazione è misurata ai terminali del generatore e il consumo interno per il funzionamento dell unità di cogenerazione non viene sottratto. Alla produzione di energia non deve essere sottratta l energia elettrica usata internamente Il concetto di calore utile richiede una corretta individuazione del confine dell unità di cogenerazione Le condense di ritorno vengono considerate come acqua liquida a 15 C Per la microcogenerazione è consentito stimare la produzione di calore utile Periodo di rendicontazione: anno solare o di durata inferiore per utenze stagionali

18 Confini del sistema di cogenerazione (D.Lgs. 20/07, secondo D.M. 4/8/11)

19 Confini del sistema di cogenerazione (D.Lgs. 20/07, secondo D.M. 4/8/11)

20 Confini del sistema di cogenerazione (D.Lgs. 20/07, secondo D.M. 4/8/11)

21 Confini del sistema di cogenerazione (D.Lgs. 20/07, secondo D.M. 4/8/11) Quando il motore primo posto a monte non produce energia elettrica o energia meccanica, i limiti dell unità di cogenerazione sono fissati attorno al motore primo a valle. L energia di alimentazione per tale motore primo è il calore prodotto dal motore primo a monte. X

22 La normativa tecnica Codice norma Titolo UNI 9927:1992 UNI 9923:1992 UNI 7582:1988 UNI 8887:1987 Revisionata nel 2014 Gruppi per la produzione combinata di energia elettrica e calore azionati da motori alternativi a combustione interna Metodi di prova in campo Centrali termoelettriche Smaltimento all ambiente del calore di condensazione Terminologia, classificazione e grandezze caratteristiche Generatori di vapore Direttive per il lavaggio chimico lato acqua-vapore Unità di cogenerazione e indici caratteristici

23 La nuova norma UNI 8887:2014 elaborata dal GL405 Cogenerazione e poligenerazione (Coordinatore: prof. M. Bianchi) - SC04: Sistemi e macchine per la produzione di energia del Comitato Termotecnico Italiano, aggiorna la precedente e introduce delle interessanti novità Aggiorna «terminologia», «definizioni» e «classificazioni», in accordo alla legislazione vigente; Aggiorna «indici energetici», in accordo alla legislazione vigente (rendimento elettrico, termico, globale, PS, fattore C); Introduce nuovi indici per il calcolo delle emissioni di un cogeneratore Gli indici caratteristici non sostituiscono gli indici definiti per il rispetto degli obblighi di legge, ma sono un valido supporto alla valutazione dell'effettivo risparmio energetico/ambientale di progetti di cogenerazione.

24 stratosfera troposfera mesosfera spostamento verticale [km] La emissioni di un cogeneratore - 1 problema: il raggio di azione 10 2 decenni tempo di residenza nell'atmosfera 10 1 mesi anni CO 2 1 giorni ore idrocarburi SO 2 NOx CO CH 4 altri gas serra O 3 NH 3 particolato spostamento orizzontale [km] comunale Impatto locale provinciale regionale nazionale e internazionale Impatto globale

25 La emissioni di un cogeneratore 2 problema: l unità di misura input-based combustibile la concentrazione di inquinante nei fumi (mg/nm 3 ): non immediato il legame con l energia del combustibile e nessuna informazione sull efficienza della conversione missione per unità di energia del combustibile (mg/kcal): nessuna informazione sull efficienza della conversione output-based nergia utile missione per unità di energia utile prodotta (mg/kwh): chiaro indicatore del rapporto tra il costo ambientale ed il beneficio per la collettività

26 La emissioni di un cogeneratore 3 problema: il doppio effetto utile il cogeneratore è visto dall attuale normativa in materia ambientale *(di tipo «input-based») come una caldaia o come un generatore elettrico non si tiene conto del doppio prodotto (elettricità e calore) * uropean Commission, IPPC, Reference Document on Best Available Techniques on LCP, Maggio D. Lgs 152/2006 del 3/4/2006 (Testo Unico Ambientale).

27 La emissioni CHP : gli Indici della nuova norma UNI 8887 Metodo della caldaia evitata: criterio basato sulla valutazione degli inquinanti a impatto locale Indice di Risparmio Ambientale: confronto con la produzione separata per inquinanti ad impatto globale

28 Il metodo della caldaia evitata Il beneficio ambientale della cogenerazione è legato al fatto che, grazie al recupero termico, posso evitare di tenere in esercizio una caldaia, risparmiandone le emissioni. A B Motore non cogenerativo e t A B In cogenerazione A B e t t emissione equivalente di un cogeneratore

29 cog Il metodo della caldaia evitata Il beneficio ambientale della cogenerazione è legato al fatto che, grazie al recupero termico, posso evitare di tenere in esercizio una caldaia, risparmiandone le emissioni. missione output-based equivalente di un cogeneratore ca min o A t t B t e cog camino nocog t t t e emissioni equivalenti del cogeneratore emissioni effettive al camino emissioni di riferimento della caldaia evitata produzione termica del cogeneratore produzione elettrica del cogeneratore

30 Il metodo della caldaia evitata t t Il rendimento di riferimento della caldaia evitata può essere scelto: secondo la Decisione 2007/74/C (0.9 per gas naturale) secondo AG 42/02 (0.8 per civile, 0.9 per industriale) secondo Scheda Tecnica 21 (delibere AG 177/05 e 187/05) utilizzando t log P n( kw ) Le emissioni di riferimento della caldaia evitata possono essere scelte: secondo le classi di merito previste nelle norme UNI N 483, 656 utilizzando i limiti imposti dalle autorità competenti alle caldaie

31 Caldaia vitata - un esempio numerico Cogeneratore MCI Riferimenti caldaia evitata Rendimento termico 49% Rendimento termico (Decisione 2007/74/C) 90% Rendimento elettrico 37% missioni di NOx [mg/nm 3 (5%O 2 )] TA-Luft 250 NOx: emissione caldaia evitata [mg/kwh pci ] ( Norme UNI 297, 483 & 656) NOx: emissione caldaia evitata [mg/kwh pci ] ( Norme UNI 297, 483 & 656) Risultati missioni input-based [mg/kwh pci ] 281 emissioni del motore al camino[mg/kwh e ] 759 emissioni evitate [mg/kwh e ] (metodo caldaia evitata) emissioni equivalenti del motore cogenerativo [mg/kwh e ] Concentrazione equivalente del motore cogenerativo [mg/nm 3 (5%O 2 )]

32 L Indice di Risparmio Ambientale - SI Le emissioni della cogenerazione vengono messe in relazione con le emissioni della grande produzione separata di elettricità e calore. SI A B A B C 1 e e t t t e Produzione separata ambito locale Cogenerazione A B C km e t e t

33 L Indice di Risparmio Ambientale - SI Il rendimento elettrico di confronto può essere scelto: e e secondo la Decisione 2007/74/C (in funzione al combustibile) secondo AG 42/02 (in funzione di taglia e combustibile) Le emissioni di riferimento della produzione elettrica: valori medi della produzione nazionale BAT SI richiede inoltre i valori di riferimento del termico (come il metodo caldaia evitata ): t t

34 Posizionamento cogeneratori in commercio D.Lgs. 20/07 e confronto con 42/02 Piccola cogenerazione a gas naturale con MCI e 100 % di autoconsumo in BT Come si posizionano i cogeneratori in commercio (dati di targa) t Recupero Termico 75% del totale disponibile ok D.Lgs. 20/07 e 42/02 ok 42/02 - rid. e,cog D.Lgs. 20/07 ok 42/02 - no D.Lgs. 20/07 Recupero termico pari al 75 % del totale t C e prog e 0.5

35 missioni di cogeneratori in commercio CO 2 Indice di Risparmio Ambientale evidente il beneficio in termini di emissioni evitate di gas ad effetto serra, valutato, secondo la norma UNI 8887:2014, con uno scenario di confronto di massima efficienza elettrica (ciclo combinato) 0.8 CO 2 SI Motori (< 100 kw) Motori (< 1MW) Motori < 10 MW) Microturbine GT ( < 10MW) fuel: NG t' =0.198 kg/kwh e' =0.47 kg/kwh t =0.75 t =0.4 t' =90% ; e' =52.5% % 25% 30% 35% 40% 45% Rendimento elettrico

36 Il calcolo dell incentivo della CAR (secondo D.M 5/9/11) RISP CHP _ rif H CHP H _ rif F CHP risparmio di energia primaria, in MWh, realizzato dall unità di cogenerazione _ref 46% H_ref 82 % 90 % rendimento medio convenzionale del parco di produzione elettrica italiano utilizzo diretto dei gas di scarico produzione di vapore / acqua calda C.B. RISP K Valore del C.B. fissato dall AG per le imprese distributrici, vigente al momento dell entrata in esercizio dell unità e costante per tutta la durata del periodo di incentivazione K=1,4 per le quote di potenza fino a 1 MWe K=1,3 per le quote di potenza superiore ad 1 MWe e fino a 10 MWe K=1,2 per le quote di potenza superiore a 10 MWe e fino a 80 MWe K=1,1 per le quote di potenza superiore ad 80 MWe e fino a 100 MWe K=1 per le quote di potenza superiore ad 100 MWe.

37 Francesco MLINO Dipartimento di Ingegneria Industriale DIN Scuola di Ingegneria ed Architettura - Università di Bologna viale del Risorgimento Bologna francesco.melino@unibo.it