Politecnico di Torino Idroenergia da condotte e canali Applicazioni e Prospettive

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1 Regione Piemonte Politecnico di Torino Idroenergia da condotte e canali Applicazioni e Prospettive Le problematiche energetiche nella gestione Prof. Mario Rosario Mazzola e Ing. Mario Genco Università di Palermo e Mediterranea delle Acque Torino 10 marzo 2010

2 L efficienza energetica nel ciclo idrico integrato, t cioè l efficienza i energetica della gestione dei servizi idrici, è un obiettivo da perseguire Il conseguimento di un buon livello di efficienza energetica richiede: un piano d azione ed un programma di attività ed investimenti Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 2

3 L efficienza energetica non si ottiene efficacemente e stabilmente: t Con azioni episodiche Realizzando singoli progetti Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 3

4 Il piano/programma richiede: Obiettivi quali quantitativi chiaramente definiti, temporizzati Metodi e strumenti di misura degli avanzamenti e del grado di conseguimento degli obiettivi (indicatori, target intermedi, etc) Analisi sufficientemente approfondita del sistema idrico e dei consumi energetici Individuazione delle misure alternative da adottare e valutazione della efficacia relativa rispetto agli obiettivi Scelta delle azioni ed investimenti da attuare Quantificazione economica, piano di finanziamento e programmazione temporale Sviluppo di specifici progetti (se necessari) Attuazione delle azioni e realizzazione degli investimenti Monitoraggio in itinere (ed ex post) Manutenzione Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 4

5 Obiettivi Generali, riferiti alla società Riduzione gas serra fra le altre misure è sempre presente l efficienza e il risparmio energetico Direttiva 2006/32/CE del Parlamento europeo e del Consiglio del 5 aprile 2006 concernente l'efficienza degli usi finali dell'energia e i servizi energetici e recante abrogazione della direttiva 93/76/CEE del Consiglio Direttiva 2000/60/CE del Parlamento Europeo e del Consiglio del 23 ottobre 2000 che istituisce un quadro per l'azione comunitaria in materia di acque (Direttiva Quadro) costi/ambiente t Aziendali, riferiti al Gestore del servizio idrico Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 5

6 Le problematiche energetiche nella gestione Obiettivi Fra gli obiettivi di carattere generale può essere considerato anche il risparmio energetico indotto da un sistema idrico (reso) razionale sotto il profilo energetico: verso gli utenti: eliminazione accumuli e pompe di carico, etc verso il sistema di produzione di energia elettrica: assorbimenti di corrente costanti, consumo notturno, rifasamento, etc Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 6

7 Obiettivi del Gestore del servizio idrico (a livello di società o di gruppo) Energetici i Riduzione dei consumi assoluti e/o unitari di energia elettrica impiegata nelle varie fasi del ciclo idrico, e/o Economico-finanziari Riduzione dei costi aziendali per l acquisto dell energia elettrica Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 7

8 Le problematiche energetiche nella gestione Obiettivi economico-finanziari Politiche aziendali (o di gruppo) dell approvvigionamento elettrico: Approvvigionamento diretto da produttori/distributori di elettricità Modifiche dei contratti da providers (intermediari) Modifiche dei regimi tariffari Etc o In generale molto efficaci ai fini della riduzione dei costi, o comportano però necessità di riorganizzazioni aziendali ed investimenti Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 8

9 Le problematiche energetiche nella gestione Obiettivi energetici benefici economico- finanziari Il risparmio dei consumi di energia ha come beneficio diretto ovviamente la riduzione dei costi aziendali di esercizio per lo svolgimento del(i) servizio(i) idrico(i) Un ulteriore beneficio può essere ottenuto tramite la conversione delle quote di energia risparmiata in modo certificato (ESCO) in Titoli di Efficienza Energetica (TEE), i così detti Certificati Bianchi Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 9

10 Principali norme comunitarie e nazionali sul risparmio energetico e i Titoli di Efficienza Energetica (TEE): Direttiva 2006/32/CE del Parlamento europeo e del Consiglio del 5 aprile 2006 concernente l'efficienza degli usi finali dell'energia e i servizi energetici e recante abrogazione della direttiva 93/76/CEE del Consiglio Decreto del Ministero delle Attività Produttive del 20 luglio Nuova individuazione degli obiettivi quantitativi nazionali di risparmio energetico e sviluppo delle fonti rinnovabili, di cui all'art. 16, comma 4, del decreto legislativo 23 maggio 2000, n Decreto del Ministero delle Attività Produttive del 20 luglio Nuova individuazione id i degli obiettivi i quantitativi i per l'incremento dell'efficienza i energetica negli usi finali di energia, ai sensi dell'art. 9, comma 1, del decreto legislativo 16 marzo 1999, n. 79. Decreto Ministero dello Sviluppo Economico del 21 Dicembre Revisione e aggiornamento dei decreti 20 luglio 2004, concernenti l'incremento dell'efficienza energetica degli usi finali di energia, il risparmio i energetico e lo sviluppo delle fonti rinnovabili. Decreto Legislativo 30 maggio 2008, n. 115 "Attuazione della direttiva 2006/32/CE relativa all'efficienza degli usi finali dell'energia e i servizi energetici e abrogazione della direttiva 93/76/CEE" Incentivi per la installazione di motori elettrici e inverter ad alto rendimento negli insediamenti produttivi (art. 1, commi 358 e 359 della Legge 27 dicembre 2006 n Finanziaria 2007) cont.a Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 10

11 Le problematiche energetiche nella gestione Principali norme comunitarie e nazionali sul risparmio energetico Le problematiche energetiche nella gestione e i Titoli di Efficienza Energetica (TEE) (cont.a): Legge 24 Dicembre 2007 n Disposizioni per la formazione del bilancio annuale e pluriennale dello Stato (legge finanziaria 2008) Il 29 ottobre 2008 l Autorità per l Energia Elettrica e per il Gas ha pubblicato sul proprio sito internet un nuovo documento di consultazione recante Modalità di calcolo del contributo tariffario connesso al meccanismo dei titoli di efficienza energetica GME - Regolamento per la registrazione delle transazioni bilaterali dei titoli di efficienza energetica (Approvato con deliberazione dell Autorità per l energia elettrica e il gas EEN 5/08 del 14 aprile 2008) Decreto del Ministero dello Sviluppo Economico dello 11 marzo Attuazione dell articolo 1, comma 24, lettera a) della legge 24 dicembre 2007, n. 244, per la definizione dei valori limite di fabbisogno di energia primaria annuo e di trasmittanza termica ai fini dell applicazione dei commi 344 e 345 dell articolo 1 della legge 27 dicembre 2006, n Decreto del Ministero dello Sviluppo Economico del 9 aprile Disposizioni in materia di detrazioni per le spese sostenute per l'acquisto e l'installazione di motori ad elevata efficienza e variatori di velocità (inverter), di cui all'articolo 1, commi 358 e 359, della legge 27 dicembre 2006, n. 296 (Decreto motori) [prevede una detrazione fiscale del 20% (cumulabile con altri incentivi predisposti dagli enti locali e con la richiesta di certificati bianchi) delle spese effettivamente sostenute per: i) acquisto e installazione di motori elettrici con potenza compresa tra 5 e 90 kw, ii) acquisto e installazione di variatori di velocità di motori elettrici con potenze comprese tra 7,5 e 90 kw ] Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 11

12 Le problematiche energetiche nella gestione Titoli di Efficienza Energetica (TEE) Meccanismo finanziario di incentivazione in vigore dal I TEE sono certificati che attestano il conseguimento di risparmi energetici attraverso l applicazione di tecnologie e sistemi efficienti. Molteplici tipologie di intervento sono riconosciute (es: efficienza nell uso di motori elettrici e di impianti, dell illuminazione, della climatizzazione e della cogenerazione, etc) Vengono emessi dal Gestore del Mercato Elettrico (GME) sulla base delle certificazioni i i dei risparmi i conseguiti, effettuate t dall Autorità dell Energia Elettrica e del Gas (AEEG) Un certificato equivale al risparmio annuo di 1 tonnellata equivalente di petrolio (tep) I progetti di efficienza energetica vanno sottoposti all Autorità per l Energia Elettrica ed il Gas (AEEG) che ne valuta l ammissibilità e determina il metodo di calcolo del risparmio energetico Ad ogni progetto approvato vengono riconosciuti TEE per la durata di cinque anni (otto per alcune particolari tipologie di progetti) (cont.a) Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 12

13 Le problematiche energetiche nella gestione Titoli di Efficienza Energetica (TEE) (cont.a) Sono previste tre tipologie di soggetti che possono gestire i progetti di risparmio energetico: a) gli stessi distributori (o società da loro controllate), b) le società di servizi energetici (ESCO) accreditate presso l AEEG c) i grossi consumatori di energia, obbligati alla nomina dell energy manager dalla legge 10 del I TEE possono essere commercializzati: i. attraverso contratti bilaterali (i distributori che ne producono in surplus possono vendere quelli in esubero a distributori che sono invece in difetto; le ESCO e i grossi consumatori possono a loro volta vendere i titoli a loro riconosciuti ai distributori che ne sono in difetto; ii. tramite il mercato dei TEE, organizzato e gestito dal GME sulla base di regole stabilite nel 2006 d intesa con l AEEG Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 13

14 Fonte: Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 14

15 del servizio idrico integrato Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 15

16 Monitoraggio e indicatori di obiettivo Indicatori generali o complessivi: programmazione, decisioni aziendali, monitoraggio top management Indicatori specifici: project management, energy management, analisi alternative ed indirizzo progettuale Indicatori di dettaglio: base dello sviluppo dei progetti Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 16

17 Indicatori generali o complessivi da riferire al sistema idrico (e/o fognario depurativo) specifico del Gestore Esempi (1): Energia consumata per volume di acqua totale immessa nel sistema idrico (MWh/m 3 ) Energia consumata per volume di acqua prelevata dalle fonti (MWh/m 3 ) Energia consumata per volume di acqua immessa nelle reti comunali (MWh/m 3 ) Energia consumata per volume di acqua fatturata (MWh/m 3 ) Da definire l intervallo di monitoraggio (mese, anno) Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 17

18 Indicatori generali o complessivi da riferire al sistema idrico (e/o fognario depurativo) specifico del Gestore Esempi (2): Energia consumata per volume di acqua nei diversi segmenti del servizio e/o dell Azienda (MWh/m 3 ) 1. Captazione 2. Trasporto e/o adduzione 3. Potabilizzazione 4. Distribuzione idrica 5. Fognatura 6. Depurazione 7. Sedi, magazzini ed altre utenze centrali 8. Sedi, magazzini ed altre utenze territoriali Da definire il parametro di riferimento (volumi immessi, trattati, erogati, sollevati, etc) Da definire l intervallo di monitoraggio (mese, anno) Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 18

19 Indicatori generali o complessivi da riferire al sistema idrico (e/o fognario depurativo) specifico del Gestore Esempi (3): Energia media consumata per tipologia di utenza (MWh/anno) Energia media consumata per livello di tensione di alimentazione: MT, BT, etc (MWh/anno) Energia autoprodotta (%): Rapporto fra l energia autoprodotta (biogas, idroelettrico, altre fonti) e i consumi energetici totali Energia elettrica autoprodotta (%): Rapporto fra l energia elettrica autoprodotta e i consumi elettrici totali Da definire l intervallo di monitoraggio (mese, stagione, anno) Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 19

20 Indicatori generali o complessivi da riferire al sistema idrico (e/o fognario depurativo) specifico del Gestore Esempi di altri indicatori (4): Costi per l energia elettrica (%): Rapporto fra i costi correnti dell energia elettrica e i costi correnti totali, espresso in percentuale (Fi10 IWA) Costi medi dell energia elettrica consumata per tipologia di utenza (Mwh/anno) Costi medi dell energia elettrica consumata per livello di tensione (MT, BT, etc) (Mwh/anno) Da definire l intervallo di monitoraggio (mese, anno) Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 20

21 Indicatori generali o complessivi (5) Non adatti per confronti fra diversi settori aziendali Non adatti per confronti fra aree territorialmente diversificate del gestore Non adatti per benchmarking fra sistemi o gestori Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 21

22 Le problematiche energetiche nella gestione Indicatori specifici o standardizzati Esempi: (1) Pompaggi: i Consumo energetico standardizzato (kwh/m³/100m) - Consumo energetico medio di pompaggio nel sistema, per m³ ogni 100 metri di altezza (Ph5 IWA) E definito dalla seguente espressione: Ph5 = D1 / D3 dove: D1: consumo di energia per il pompaggio (kwh) D3: fattore di standardizzazione (m³ 100m) Consente i confronti Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 22

23 Indicatori specifici o standardizzati Esempi: (2) Pompaggi: Consumo di energia reattiva (%) - Percentuale del consumo energetico totale t utilizzato t il pompaggio che corrisponde al consumo di energia reattiva (Ph6 IWA). E definito dalla seguente espressione: Ph6 = D4 / D1 100 dove: D1: consumo di energia per il pompaggio (kwh) D4: consumo di energia reattiva (kvar) Consente i confronti Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 23

24 Indicatori specifici o standardizzati Esempi: (3) Trattamento acque (potabilizzatori): Consumo energetico per il trattamento di potabilizzazione delle acque per volume unitario di acqua potabile prodotta E definito dalla seguente espressione: IEPot = EPot / Vpot dove: EPot: Consumo energetico degli impianti di potabilizzazione (kwh) VPot: Volume di acqua potabile prodotta (m 3 ) Consente i confronti Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 24

25 Indicatori specifici o standardizzati Esempi: (4) Trattamento acque reflue (depuratori): Consumo energetico per il trattamento delle acque reflue per abitante equivalente del processo di depurazione (T55DEP) E definito dalla seguente espressione: T55DEP = EDEP / AE dove: EDEP: Consumo energetico degli impianti di depurazione (kwh) AE: Abitanti equivalenti totali serviti da depurazione (AbEq) Consente i confronti Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 25

26 Indicatori di dettaglio Riferiti a specifici settori del sistema / ciclo (funzionali, organizzativi, i geografici) i) Riferiti ai diversi livelli di tensione Riferiti a singoli impianti Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 26

27 Elementi introduttivi di efficienza energetica nel ciclo idrico integrato Indicatori: distribuzione dei consumi unitari per classi di portata Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 27

28 Analisi sufficientemente approfondita del sistema idrico e dei consumi energetici Tipologie di analisi: Analisi dei consumi elettrici degli impianti o delle utenze/prese Analisi dei consumi stagionali Analisi dei consumi giornalieri Analisi i dei consumi di energia reattiva Consumi per fasce di potenza (prese o impianti) Consumi per fasce di tensione (prese) Analisi combinate dei precedenti parametri Altre analisi Non occorre soltanto analizzare la struttura dei consumi elettrici, ma studiare anche i processi che portano ai consumi Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 28

29 Analisi sufficientemente approfondita del sistema idrico e dei consumi energetici Dati: Strumento base delle analisi: banca dati dei consumi storici Livello di dettaglio dei dati archiviati (granulosità): prese, intervalli temporali Livello di affidabilità dei dati rilevati (misurati? stimati con vari metodi?) Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 29

30 Analisi sufficientemente approfondita del sistema idrico e dei consumi energetici Finalità: Individuare id le aree o impianti i grandi consumatori di energia o critici (massimizzare l efficacia degli interventi di razionalizzazione e risparmio energetico) Analizzare gli interventi ti potenziali e individuare id quelli da effettuare Definire i dati di base per la programmazione e progettazione degli interventi Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 30

31 del servizio idrico integrato Distribuzione ib i dei consumi elettrici i annui Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 31

32 del servizio idrico integrato Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 32

33 Effetti di stagionalità Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 33

34 del servizio idrico integrato Analisi consumi e dei costi annuali per settore di processo e 20 per livello ll di tensione 0 GWh Adduzione Potabilizzazione MT BT Depurazione Rete fognaria Captazione Altri MT BT M Adduzione Depurazione Potabilizzazione Rete fognaria Captazione Altri Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 34

35 del servizio idrico integrato Consumo annuo (GWh) Consumi per fasce di potenza installate P <= < P 300 < P <= < P <= < P <= < P <= 30 Numero prese P <= 10 Potenza disponibile (KW) 10 < P <= < P <= < P <= < P <= < P Numero delle prese di energia elettrica (in MT e BT) per fasce di potenza installate Potenza disponibile (KW) Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 35

36 Elementi introduttivi di efficienza energetica nel ciclo idrico integrato o (c /kw h) Costo u nitario m edi P <= < P 300 < P <= < P <= < P <= < P <= 30 Potenza disponibile (KW) Costi unitari i medi per fasce di potenza installata o disponibile alla presa Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 36

37 Analisi delle alternative e scelta delle azioni ed investimenti per l efficienza energetica 1. Interventi che riguardano i componenti elettrici degli impianti 2. Interventi che riguardano la razionalizzazione dell uso delle infrastrutture (reti, serbatoi, sollevamenti, etc) 3. Interventi di autoproduzione energetica Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 37

38 Scelta delle azioni ed investimenti per l efficienza energetica 1. Interventi che riguardano i componenti elettrici degli impianti Installazione di rifasatori negli impianti sprovvisti e verifica dello stato d'uso e manutenzione di quelli già in esercizio Manutenzione degli impianti consumatori di energia Miglioramento dell'efficienza delle apparecchiature: sostituzione di quadri di alimentazione e trasformatori, di motori elettrici e/o gruppi pompe con altri a maggior rendimento Installazione di pompe o altri attuatori t serviti da motori elettrici i a velocità variabile alimentati tramite inverter (ad esempio, è possibile regolare la portata delle pompe con l uso di inverter invece che con valvole di strozzamento della pressione, dissipatrici di energia) Illuminazione tramite lampade a basso consumo Altri tipi di interventi Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 38

39 del servizio idrico integrato Quadro elettrico per l alimentazione di una pompa con inverter di frequenza e due pompe di punta Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 39

40 Risultati di risparmio dei consumi annui programmati con interventi riguardanti 15 impianti i idrici i i (rifasamento, pompe a velocità variabile con inverter, sostituzione apparecchiature obsolete, manutenzione) Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 40

41 Scelta delle azioni ed investimenti per l efficienza energetica 2. Interventi che riguardano la razionalizzazione dell uso delle infrastrutture (reti, serbatoi, sollevamenti, etc) Riduzione delle perdite idriche nelle reti Razionalizzazione dei cicli di carico/scarico dei serbatoi di testata delle reti di distribuzione o in linea Alimentazioni delle reti o acquedotti a gravità invece che con sollevamenti Collettamento t dei reflui a gravità invece che con sollevamenti Altri tipi di interventi Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 41

42 Riduzione delle perdite idriche nelle reti Intervento molto efficiente di riduzione dei consumi energetici Esempio: Incidenza energetica media del sistema idrico: 0,957 kwh/m 3 di acqua immessa nelle reti di distribuzione Volume annuo acqua immessa: 96 Mm 3 Volume annuo acqua erogata agli utenti: 51 Mm 3 Perdite in rete: 46,9% Consumo energetico annuo: 91,9 GWh Intervento di riduzione delle perdite al 30% ( = - 16,9%) Consumo energetico annuo: 69,7 GWh Risparmio annuo di energia: 22,2 GWh ( = - 24,1%) Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 42

43 del servizio idrico integrato Alimentazioni delle reti o acquedotti a gravità invece che con sollevamenti: Esempio di eliminazione di un sollevamento Investimenti relativamente consistenti Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 43

44 Collettamento dei reflui a gravità invece che con sollevamenti Esempio di eliminazione di un sollevamento con la costruzione di un nuovo collettore Investimento consistente Valutazione di efficacia: ad esempio mediante analisi costi benefici a vita intera Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 44

45 del servizio idrico integrato Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 45

46 Scelta delle azioni ed investimenti per l efficienza energetica 3. Interventi di autoproduzione energetica) Uso del biogas dei depuratori o di altri scarti per produzione di calore ed energia Installazione di tetti o tettoie fotovoltaiche Sfruttamento dei salti residui dei sistemi idrici per la produzione idroelettrica (mini o micro idro) Costruzioni di centrali di produzione elettrica (solare, eolico, altro) in-site o off-site Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 46

47 del servizio idrico integrato La fase finale pr realizzare l efficienza energetica comprende: Quantificazione economica, piano di finaziamento e programmazione temporale Sviluppo di specifici progetti Attuazione delle azioni e realizzazione degli investimenti Monitoraggio in itinere (ed ex post) Manutenzione Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 47

48 del servizio idrico integrato Grazie dell attenzione Torino 10 marzo 2010 Mario R Mazzola e Mario Genco 48