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1 COME OTTIMIZZARE L USO DELL ENERGIA NEI PROCESSI INDUSTRIALI E NEGLI EDIFICI Prof.ing. Giovanni Petrecca Ordinario di Energetica Elettrica Dipartimento di Ingegneria Elettrica Università di Pavia PIANO FORMATIVO LOCALE DEL PERSONALE DELL ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE PAVIA, 16/11/2011

2 UN APPROCCIO GLOBALE PER UN SITO PRODUTTIVO (INDUSTRIA, TERZIARIO) L' APPROCCIO GLOBALE ALLA GESTIONE DELL'ENERGIA ALL'INTERNO DI UNA UNITÀ PRODUTTIVA SI BASA SULL'ESAME APPROFONDITO SIA DEI FLUSSI ENERGETICI DAI CONFINI DEL SITO AGLI UTENTI FINALI SIA DELLE TRASFORMAZIONI CHE TALI FLUSSI SUBISCONO: L'ENERGIA È ACQUISTATA SOTTO FORMA DI COMBUSTIBILI E DI ENERGIA ELETTRICA ED È SPESSO TRASFORMATA SIA AI CONFINI DEL SITO (TRASFORMATORI, CENTRALI TERMICHE) SIA IN ALTRI PUNTI INTERNI PRIMADIRAGGIUNGEREGLIUTENTIFINALI.IRENDIMENTIDIQUESTE TRASFORMAZIONI DEVONO ESSERE MANTENUTI PIÙ ALTI POSSIBILE I FLUSSI ENERGETICI (ENERGIA ELETTRICA A TENSIONE RIDOTTA, VAPORE, ACQUA CALDA, ACQUA FREDDA, OLIO CALDO, ARIA COMPRESSA, ETC.) SONO DISTRIBUITI AGLI UTENTI FINALI ALL'INTERNO DEL SITO. I SISTEMI DI DISTRIBUZIONE SONO RESPONSABILI DI PERDITE CHE DEVONO ESSERE RIDOTTE AL MINIMO POSSIBILE (DIMENSIONAMENTO LINEE ELETTRICHE, COIBENTAZIONI) 2 di 18

3 GLI UTENTI FINALI DEI FLUSSI ENERGETICI PRODUCONO BENI E / O SERVIZI CHE COSTITUISCONO L'OUTPUT DAL SITO, SEMPRE ACCOMPAGNATI DA RIFIUTI (SOLIDI, LIQUIDI, GASSOSI) CHE POSSONO O NON POSSONO CONTENERE ENERGIA. I CONSUMI ENERGETICI POSSONO ESSERE RIDOTTI IN DIVERSI MODI: INTRODUCENDO SISTEMI A RENDIMENTO AUMENTATO MIGLIORANDO I CONTROLLI INCREMENTANDO IL RECUPERO DI CALORE INCREMENTANDO IL RECUPERO DEI RIFIUTI LA GESTIONE DELL'ENERGIA È STRETTAMENTE CORRELATA A QUELLA DELL'AMBIENTE (LEGAME COMBUSTIONE / EMISSIONI INQUINANTI; LEGAME RICICLAGGIO PRODOTTI INTERMEDI ALL'INTERNO DEL PROCESSO / CONSUMI ENERGETICI DEL CICLO A PARTIRE DA MATERIE PRIME; LEGAME TRA CONSUMI ENERGETICI PER TRATTAMENTO RIFIUTI / NATURA MATERIE PRIME, ETC.). AUDIT ENERGETICO E AUDIT AMBIENTALE SONO DUE STRUMENTI INDISPENSABILI PER LA CORRETTA GESTIONE DELL'ENERGIA E DELL'AMBIENTE. 3 di 18

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5 I CONSUMI ENERGETICI IN UNA NAZIONE INDUSTRIALIZZATA COME L'ITALIA TUTTI I CONSUMI ENERGETICI SONO TRASFORMATI IN ENERGIA PRIMARIA (TONNELLATE OLIO EQUIVALENTE TEP): I COMBUSTIBILI SONO TRASFORMATI IN OLIO EQUIVALENTE SULLA BASE DEL LORO POTERE CALORIFICO (SI VEDA TABELLA DI CONVERSIONE DA LEGGE 10 / 91) L'ENERGIA ELETTRICA È TRASFORMATA SULLA BASE DEI CONSUMI DI UNA CENTRALE TERMICA CONVENZIONALE PARI A 0,23-0,25 kg olio PER PRODURRE 1 kwh, QUINDI IN PRIMA APPROSSIMAZIONE: TEP ELETTRICHE = kwh CONSUMATI / 4000 AI FINI DEI CERTIFICATI BIANCHI SI CONSIDERA UNA CENTRALE DI RIFERIMENTO CON CONSUMI DI 0,187 kg olio PER PRODURRE 1 kwh LA LEGGE 10/91 IMPONE LA PRESENZA DEL RESPONSABILE DELL'ENERGIA PER LE AZIENDE MANIFATTURIERE CHE CONSUMANO PIÙ DI TEP/ANNO NEL SINGOLO STABILIMENTO O COME SOMMA DEI CONSUMI DI PIÙ STABILIMENTI AFFERENTI ALLA STESSO SOGGETTO. 5 di 18

6 PRINCIPI DI UNA CORRETTA GESTIONE DELL'ENERGIA ALL'INTERNO DI UN SITO LE STRATEGIE DI GESTIONE DELL'ENERGIA POSSONO ESSERE ATTUATE A DIVERSI LIVELLI A SECONDA DELL'IMPORTANZA DELL'ENERGIA IN CONFRONTO CON GLI ALTRI FATTORI AZIENDALI. I PRINCIPALI ELEMENTI DA CONSIDERARE SONO: INCIDENZA DEI COSTI ENERGETICI SUL FATTURATO E SUL VALORE AGGIUNTO RIPARTIZIONE PERCENTUALE DEI CONSUMI DI ENERGIA ELETTRICA E TERMICA IDENTIFICAZIONE E QUANTIFICAZIONE DEI FLUSSI ENERGETICI ELETTRICI E TERMICI DAI CENTRI DI TRASFORMAZIONE AGLI UTENTI FINALI SELEZIONE DI INDICI DI CONSUMO ENERGETICO SIGNIFICATIVI PER LA SINGOLA UNITÀ PRODUTTIVA E PER GRUPPI OMOGENEI POSSIBILITÀ DI RECUPERO DI CALORE RIPARTIZIONE PERCENTUALE DEI CONSUMI ENERGETICI TRA IMPIANTI DI PROCESSO E DI SERVIZIO 6 di 18

7 INCIDENZA DEI COSTI ENERGETICI SUL FATTURATO E SUL VALORE AGGIUNTO -L'INCIDENZA DEI COSTI ENERGETICI SUL FATTURATO POSSONO VARIARE DA UNA QUOTA DEL 15-25% PER LATERIZI, CERAMICA, CHIMICO, VETRO 5-15% PER TESSILE, MATERIE PLASTICHE, FONDERIA, LEGNO 2-5% PER ALIMENTARE < 2% PER METALMECCANICO, FARMACEUTICO, ETC -È COMUNQUE DA VALUTARE L'INCIDENZA SUL VALORE AGGIUNTO. NEL CASO DELL'ALIMENTARE L'INCIDENZA SUL VALORE AGGIUNTO È CIRCA IL DOPPIO DI QUELLA SUL FATTURATO 7 di 18

8 RIPARTIZIONE PERCENTUALE DEI CONSUMIDIENERGIAELETTRICAETERMICA E TRA IMPIANTI DI PROCESSO E SERVIZIO TALE RIPARTIZIONE VARIA A SECONDA DEI PROCESSI PRODUTTIVI E CONDIZIONA I COSTI ENERGETICI. LA RIPARTIZIONE PUÒ ESSERE EFFETTUATA SULLA BASE DEI CONSUMI IN ENERGIA PRIMARIA ( TEP / t ). I COSTI UNITARI ( / TEP ) SONO DIVERSI PER LA TEP TERMICA E PER QUELLA ELETTRICA. 8 di 18

9 SETTORE INDUSTRIALE ENERGIA ENERGIA PER GLI USI FINALI PRIMARIA Termica Elettrica Totale TEP/t TEP/t TEP/t Produzione di birra 0,0505 0,0202 0,0707 Laterizi 0,08 0,01 0,09 Cemento 0,08 0,03 0,11 Cioccolata 0,20 0,46 0,66 Prodotti caseari 0,15 0,12 0,27 Metalmeccanico 0,30 0,63 0,93 Farinacei (pasta, etc.) 0,04 0,04 0,08 Fonderia 0,30 0,21 0,51 Prosciutto, salame 0,10 0,0808 0,18 Presse a caldo 0,25 0,17 0,42 Gelati/dolci 0,10 0,17 0,27 Lavorazione del latte 0,02 0,02 0,04 Metalli non ferrosi 0,0707 0,0707 0,14 Carta e cellulosa 0,15 0,10 0,25 Plastica 0,05 0,13 0,18 Gomma 0,10 1,15 1,25 Tessile (tintura) 0,75 0,17 0,92 Tessile (filatura) 0,45 1,73 2,18 Legno 0,02 0,01 0,03 (a) (b) (c) = (a)+(b)*0.23 Nota: il range dei consumi è +25% o -25% deivalori medi della tabella TEP= 0,23*MWh 9 di 18

10 I RENDIMENTI DELLE TRASFORMAZIONI ALL'INTERNO DELL'UNITÀ PRODUTTIVA IL RENDIMENTO MEDIO DI UNA CENTRALE TERMICA VARIA DA 85% A 90%. CIÒ SIGNIFICA CHE UNA QUOTA VARIABILE DAL 15% AL 10% DELLA TOTALE SPESA PER L'ENERGIA TERMICA È DISSIPATA NELLA CENTRALE TERMICA. LA MAGGIOR PARTE DI TALE PERDITA SI TROVA NEI FUMI IN USCITA LA CAMINO (PIÙ È ELEVATA LA TEMPERATURA PIÙ ELEVATE SONO LE PERDITE). IL RENDIMENTO MASSIMO SI HA PER UN CARICO TRA IL 60% E IL 90% DELLA POTENZA NOMINALE. IL RENDIMENTO MEDIO DI UNA CENTRALE DI TRASFORMAZIONE ELETTRICA È NON INFERIORE A 97-98%, QUINDI DIFFICILMENTE MIGLIORABILE. IL RENDIMENTO MASSIMO SI HA PER UN CARICO DEI TRASFORMATORI AL 50% DELLA POTENZA NOMINALE 10 di 18

11 LE PERDITE NELLE LINEE DI DISTRIBUZIONE INTERNE AL SITO LE PERDITE ENERGETICHE NELLE LINEE DI DISTRIBUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA ALL'INTERNO DI UN SITO SONO INFERIORI A 2-3% DELLA TOTALE ENERGIA CHE VI TRANSITA. LE PERDITE ENERGETICHE NELLE LINEE DI DISTRIBUZIONE DI FLUIDI TERMOVETTORI (VAPORE, ACQUA CALDA, OLIO CALDO, ARIA CALDA) ALL'INTERNO DI UN SITO POSSONO RAGGIUNGERE VALORI DEL 10-15% DELLA TOTALE ENERGIA CHE VI TRANSITA IN ASSENZA DI COIBENTAZIONE E SI RIDUCONO A 2-3% CON UNA OPPORTUNA COIBENTAZIONE. 11 di 18

12 INTERVENTI SUI MACCHINARI DI PROCESSO E DI SERVIZIO SI DISTINGUONO INTERVENTI SUI SERVIZI E SUI MACCHINARI DI PROCESSO. I PRINCIPALI SERVIZI SONO: CENTRALE TERMICA CENTRALE ELETTRICA CON TRASFORMATORI CENTRALI DI COGENERAZIONE CENTRALE ARIA COMPRESSA CENTRALE FRIGORIFERA PER PROCESSO E / O PER CDZ CENTRALE POMPAGGIO E POMPE VARIE CENTRALI CON GRUPPI DI EMERGENZA SCAMBIATORI DI CALORE IMPIANTI DI DEPURAZIONE E TRATTAMENTO SCARICHI IMPIANTI DI ILLUMINAZIONE ALTRI... GLI INTERVENTI POSSONO RIGUARDARE LA GESTIONE DEI SERVIZI O TRASFORMAZIONE DEGLI IMPIANTI O RECUPERI DI CALORE. 12 di 18

13 I MACCHINARI DI PROCESSO SONO DIVERSI A SECONDA DEI SETTORI PRODUTTIVI MA SONO IN GENERALE BASATI SU LAVAGGI CON ACQUA CALDA E FREDDA RISCALDAMENTO CON VAPORE E / O ACQUA CALDA ESSICCAZIONE EVAPORAZIONE RISCALDAMENTO RAFFREDDAMENTO CON ACQUA E / O ARIA A TEMPERATURA AMBIENTE RAFFREDDAMENTO CON ACQUA GELIDA FORNI DI RISCALDAMENTO E / O COTTURA STAMPAGGI A CALDO / FREDDO ALTRI... GLI INTERVENTI RIGUARDANO LA GESTIONE DEGLI IMPIANTI, MODIFICHE IMPIANTISTICHE O SOSTITUZIONE DI SINGOLI MACCHINARI O DI INTERE LINEE PRODUTTIVE, MODIFICHE AL TIPO DI MATERIE PRIME E ALLE TECNOLOGIE PRODUTTIVE. 13 di 18

14 VALUTAZIONE TECNICO-ECONOMICA DEGLI INVESTIMENTI OGNI INVESTIMENTO IN CAMPO ENERGETICO DEVE ESSERE GIUSTIFICATO SULLA BASE DELLA VALORIZZAZIONE DEL RISPARMIO STESSO. I PARAMETRI DA UTILIZZARE SONO IL PAYBACK O ALTRI PARAMETRI CHE UTILIZZANO METODI DI ATTUALIZZAZIONE. IL RITORNO DELL'INVESTIMENTO PUÒ ESSERE MIGLIORATO QUALORA SIANO DISPONIBILI CONTRIBUTI IN CONTO CAPITALE O FINANZIAMENTI AGEVOLATI PER INTERVENTI DI RISPARMIO ENERGETICO. LE PRINCIPALI POSSIBILITÀ SONO OFFERTE DALLA LEGGE 10/91 A LIVELLO REGIONALE E DAI PROGRAMMI CEE-THERMIE. 14 di 18

15 CONTABILITÀ ENERGETICA UNA VOLTA OTTIMIZZATI GLI IMPIANTI E LA LORO GESTIONE È DI FONDAMENTALE IMPORTANZA IL MANTENIMENTO NEL TEMPO DEGLI OBBIETTIVI RAGGIUNTI E IL CONSOLIDAMENTO DI PROCEDURE DI CONTROLLO DEI CONSUMI E DEI COSTI. LO STRUMENTO FONDAMENTALE PER LA CORRETTA GESTIONE DELL'ENERGIA È LA CONTABILITÀ ENERGETICA CHE SI INTEGRA CON LA CONTABILITÀ INDUSTRIALE OVE ESISTENTE. LA CONTABILITÀ ENERGETICA SI BASA SULLA DISPONIBILITÀ DI INFORMAZIONI SUI CONSUMI ENERGETICI E SULLA PRODUZIONE. IL LIVELLO DI DETTAGLIO DIPENDE DALLA FINALITÀ DELLA CONTABILITÀ ENERGETICA: - CONTABILE - GESTIONALE 15 di 18

16 LE FINALITÀ DELLA CONTABILITÀ ENERGETICA E I DATI DA RACCOGLIERE CONTABILE, AI FINI DELL'ATTRIBUZIONE DEI COSTI ENERGETICI AI SINGOLI PRODOTTI. IN QUESTO CASO È GENERALMENTE SUFFICIENTE UNA PERIODICITÀ TRIMESTRALE IN QUANTO NON È PREVISTA UNA PROCEDURA DI INTERVENTO SULLA GESTIONE DEI FLUSSI ENERGETICI A SEGUITO DELLE INDICAZIONI EMERSE DALLA CONTABILITÀ GESTIONALE, AI FINI DI UN CONTROLLO DELL'EVOLUZIONE DEI CONSUMI CON L'OBBIETTIVO DI INDIVIDUARE SCOSTAMENTI DAGLI STANDARD E INTERVENIRE DI CONSEGUENZA SULLA GESTIONE DEGLI IMPIANTI. IN QUESTO CASO È NECESSARIA UNA PERIODICITÀ ALMENO MENSILE ( IN ALCUNI CASI SETTIMANALE O ANCHE PIÙ FREQUENTE ). I DATI DA RACCOGLIERE SONO: DATI DI PRODUZIONE NELL'UNITÀ DI MISURA COMUNEMENTE ADOTTATA DALL'AZIENDA ( m, kg, NUMERO DI PEZZI, ORE LAVORATE. GENERALMENTE SONO DISPONIBILI CON UN BUON LIVELLO DI DETTAGLIO ) DATI DI CONSUMO ENERGETICO RILEVATI DA CONTATORI GENERALI E / O PARZIALI. LA RIPARTIZIONE DEI CONSUMI PUÒ ESSERE STIMATA SULLA BASE DI UN MODELLO ENERGETICO DI STABILIMENTO. LE ENERGIE SONO ESPRESSE IN UNITÀ DI ACQUISTO PER LO STABILIMENTO ( kwh, ETC. ) E IN UNITÀ TRASFORMATE PER IL SINGOLO CENTRO DI COSTO ( kg vap,etc.). 16 di 18

17 PARAMETRI DI CONFRONTO NEL CASO DI CENTRO DI COSTO STABILIMENTO PARTICOLARE ATTENZIONE DEVE ESSERE RIVOLTA ALLA RICERCA DI UN PARAMETRO CHE CONSENTA DI UNIFICARE LA PRODUZIONE: MATERIA PRIMA IN INGRESSO O SEMILAVORATO IN UNO STADIO COMUNE A TUTTE LE PRODUZIONI ( preparazione pasta per il cioccolato, preparazione impasti per i salumi, kg o m di tessuto in piegatura, etc. ) ORE LAVORATE TOTALI QUALORA LE PRODUZIONI NON SIANO TUTTE RICONDUCIBILI AD UNA SOLA UNITÀ DI MISURA. NEL CASO DI CENTRI DI COSTO PER AZIENDE DI SERVIZI ( GRANDE DISTRIBUZIONE, PUNTI DI VENDITA DISTRIBUITI, OSPEDALI, CENTRI SPORTIVI, BANCHE, ETC. ) SI UTILIZZA GENERALMENTE IL NUMERO DEI CLIENTI, DEI DEGENTI, ETC. 17 di 18

18 INTEGRAZIONE TRA ENERGIA ED AMBIENTE LA GESTIONE DELL'ENERGIA NON PUÒ ESSERE CONSIDERATA DISGIUNTA DA QUELLA DELL'AMBIENTE. I PROBLEMI AMBIENTALI, CORRELATI ALL'ENERGIA, SONO: RIFIUTI SOLIDI, SCARICHI LIQUIDI, EMISSIONI GASSOSE TRATTAMENTO DEI RIFIUTI, DEGLI SCARICHI E DELLE EMISSIONI RIUTILIZZO ENERGETICO DEI RIFIUTI RIDUZIONE DEI CONSUMI ENERGETICI PER RIUTILIZZO DI SEMILAVORATI NEL PROCESSO PRODUTTIVO 18 di 18

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