Audit energetico nell industria. Prof. Ing. Marco Dell Isola Dipartimento di Ingegneria Civile e Meccanica Università degli studi di Cassino

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1 Audit energetico nell industria Prof. Ing. Marco Dell Isola Dipartimento di Ingegneria Civile e Meccanica Università degli studi di Cassino

2 Carenza di energy manager o posizione solo formale Frammentarietà delle informazioni energetiche e della gestione dei servizi energetici Carenza di strumenti di misura e statistiche per ciascun area/sottoprocesso Assenza di modelli e correlazioni dei consumi energetici con i diversi processi produttivi Alcune Problematiche Rigidità nel management energetico Energetiche (Consumi energetici nelle pressoché industrie anelastici con la produzione)

3 Electricity prices for industrial consumers, 2012s2 (EUR kwh) Source: Eurostat Natural gas prices for industrial consumers, 2012s2 (EUR kwh) Source: Eurostat Costi energetici industriali in Italia 3

4 I costi energetici rappresentano un forte onere nell industria, incidendo spesso nel complesso più del costo del lavoro. Alcuni settori industriali come quello siderurgico, cartario, chimico-farmaceutico sono infatti fortemente energivori. Ad esempio nel settore chimicofarmaceutico i costi energetici variano dall 8% (e.g. nella chimica di base) fino al 50-70% (e.g. nei gas tecnici, nel clorosoda, nel settore della plastica) sul totale Settori Energivori Fonte ENEA - RAEE 2012 dei costi. Intensità energetica dei comparti produttivi energy intensive

5 DIRETTIVA 2012/27/UE Efficienza Energetica Recepimento entro il 5 giugno 2014

6 Articolo 8, 16: Audit energetici e sistemi di gestione dell'energia Tutte le grandi imprese saranno obbligate a sottoporsi ad audit energetici ogni 4 anni; questi dovranno iniziare non più tardi di tre anni dall entrata in vigore della direttiva (entro il 5 Dicembre 2015) Le piccole e medie imprese saranno esentate da tale obbligo, ma dovranno essere previsti dei programmi specifici per incoraggiare queste imprese a sottoporsi comunque ad audit energetici. Tali audit energetici dovranno essere svolti in maniera indipendente ed efficace in rapporto ai costi. Le aziende che adottano Sistemi di gestione dell energia sono sollevate dagli obblighi di auditing esterno. Articoli 9,10,11: Misurazione, fatturazione ed informazione sui costi energetici Per una maggiore consapevolezza dei consumi sono previsti (entro il 31 Dicembre 2014): a) per tutti i consumatori misurazioni e fatture più accurate e frequenti comprendenti dati storici cumulativi (ultimi tre anni) e dati dettagliati (giornalieri) b) l introduzione dei cosiddetti smart meter; Obiettivo Consapevolezza dei consumatori c) la ripartizione accurata nei sistemi centralizzati

7 Gli audit energetici si basano sui seguenti orientamenti: a) sono basati su dati operativi relativi al consumo di energia aggiornati, misurati e tracciabili e (per l'energia elettrica) sui profili di carico; b) comprendono un esame dettagliato del profilo di consumo energetico di edifici o di gruppi di edifici, di attività o impianti industriali, ivi compreso il trasporto; c) ove possibile, si basano sull'analisi del costo del ciclo di vita, invece che su semplici periodi di ammortamento, in modo da tener conto dei risparmi a lungo termine, dei valori residuali degli investimenti a lungo termine e dei tassi di sconto; d) sono proporzionati e sufficientemente rappresentativi per consentire di tracciare un quadro fedele della prestazione energetica globale e di individuare in modo affidabile le opportunità di miglioramento più significative. Gli audit energetici consentono calcoli dettagliati e convalidati per le misure proposte in modo da fornire informazioni chiare sui potenziali risparmi. ALLEGATO VI Criteri storiche minimi e per il monitoraggio per gli audit della prestazione. energetici, compresi quelli realizzati nel quadro dei sistemi di gestione dell'energia I dati utilizzati per gli audit energetici possono essere conservati per le analisi

8 Normativa SGE UNICEI/TR 11248:2011 Diagnosi energetica priso Energy audits (UK) (input from EN ) priso EnMS Auditing and Auditor competency (Korea) priso Guidance on implementation, maintenance and improvement of an EnMS (US) priso Modular implementation of ISO including the use of energy performance evaluation techniques (Germany) priso EnPI - General principles and guidance (Brazil) priso Energy Baseline - General principles and Guidance (Canada) priso Monitoring, measurement, analysis and verification of organizational energy performance (South Africa/US)

9 La diagnosi energetica

10 La diagnosi energetica La diagnosi energetica è uno procedura che consente di: fornire un'adeguata conoscenza del profilo di consumo energetico individuare e quantificare le opportunità di risparmio energetico sotto il profilo costi-benefici (ovvero di individuare ed analizzare le inefficienze energetiche dei processi e sottoprocessi produttivi); riferire in merito ai risultati di efficientamento. Può applicarsi a tutti i settori (residenziale, industriale, terziario): Edifici o gruppi di edifici; Attività e/o impianti industriali; Servizi pubblici o privati. Deve essere: a) Appropriata (accordo allo scopo) b) Completa (comprensiva degli aspetti energetici significativi); c) Attendibile (basata sui dati reali di consumo); d) Tracciabile (documentata mediante un inventario, modalità elab., );

11 Scopo Strumenti Miglioramento dell efficienza Razionalizzazione dei flussi energetici Riduzione costi approvvigionamento Miglioramento sostenibilità e scelta delle fonti (es. FER) Riqualificazione sistema energetico Recupero energia dispersa Tecnologie risparmio energetico Ottimizzazione contratti fornitura Miglioramento modalità conduzione e manutenzione UNI CEI TR 11428: 2011 Gestione dell'energia - Diagnosi energetiche - Requisiti del servizio di diagnosi energetica.

12 Aspetti peculiari del SGE Elementi essenziali di un SGE sono: Miglioramento continuo Politica energetica Pianificazione la definizione di una politica energetica aziendale; Revisione della direzione Implementazione e operazione la diagnosi energetica iniziale; Audit interno Controllo e azioni correttive Monitoraggio e misure la messa a punto di procedure ed azioni di miglioramento per il risparmio e l efficienza energetica; Azioni correttive e preventive l implementazione di un ciclo continuo di controllo e revisione

13 Fare clic sull'icona per inserire un'immagine 1)Raccolta Bollette 2) Fattori aggiustam. 3) Calcolo Indice Eff. 4) Analisi Procedura di dettaglio della Processo diagnosi (UNI CTI TR 11428:2011) 5) Costruzion e Invent.

14 Elenco Dati Energetici 5. Elements of the energy audit process 5.1 Preliminary contact 5.2 Start-up meeting 5.3 Collecting data General Information request Review of the available data Preliminary data analysis 5.4 Field work Aim of field work Conduct a) Informazioni generali b) Fonti energetiche c) Gestione energia d) Trasporto e movimentazione e) Processo di produzione f) Caldaie g) Scambiatori di calore h) Rete di distribuzione fluidi i) Altri generatori (meccanici, termici o elettrici) j) Attrezzature e impianti elettrici k) Torri evaporative l) Macchine frigorifere m) Aria compressa n) Sistemi vuoto o) Edifici p) HVAC q) Acqua calda sanitaria r) Illuminazione Site visits Fasi della diagnosi 5.5 Analysis (UNI General EN :2012) Energy balance breakdown Energy performance indicators

15 Per diagnosi energetiche approfondite il team di lavoro dovrebbe essere composto dalle seguenti figure: un team leader di ampia esperienza soprattutto sugli aspetti sistemici e di produzione/gestione dell energia (energy managerment, analisi energetica, profili di carico, sistemi energetici); un esperto impiantista specialista in servizi di stabilimento (e.g. gruppi frigo, aria compressa, illuminazione, caldaie e altri componenti) Team di esperti nella diagnosi energetica uno specialista di processo che presenta una specifica esperienza dei processi di stabilimento o in alternativa un costruttore della componentistica di specie (generalmente data la specificità dei singoli settori industriali si deve ricorrere a consulenti esterni) Auditors energetici

16 Gli strumenti di misura e profilazione dei consumi

17 Situazione Tecnologica e normativa ARG 155/08 MID MI002 Evoluzione tecnologica dei gas smart meter Qualità del gas (Gascromatografi da campo/aree omogenee) Misura gas

18 Situazione Tecnologica e normativa MID MI004 Evoluzione tecnologica degli heat smart meter Sensori clamp-on Retrofit contatori tradizionali Misura calore

19 Misura energia elettrica

20 Strumenti di Misura per la diagnosi energetica

21 Laboratorio Taratura Contatori Gas (Università degli Studi di Cassino) Laboratorio Taratura Contatori Calore (Università degli Studi di Cassino) Laboratorio Taratura Termometri e dispositivi correzione volumi (Università degli Studi di Cassino) Laboratorio Taratura pressioni (Università degli Studi di Cassino) RIFERIBILITA METROLOGICA (Centro LAT 105 Universita di cassino)

22 Modelli di previsione ed analisi

23 Diagnosi Energetica in funzione del tipo di dato (reale o standard) Denominazione Determinazione della prestazione energetica Utilizzo (prodotto, turni, ) Dati di ingresso Condizioni al contorno (clima,..) Processo produttivo Utilizzo Audit di progetto (design rating) calcolata standard standard standard (dati di targa) - Verifica energetica progetto Standard (asset rating) calcolata standard standard reale -Verifica iniziale requisiti (collaudo) adattata all utilizzo (tailored rating) calcolata a seconda dei casi reale -Verifica periodica consumi in esercizio (operational rating) misurata reale reale reale -Verifica consumi in esercizio

24 ANALISI ENERGETICA MODELLAZIONE ED ELABORAZIONE ANALISI CONDIZIONI DI PRODUZIONE E DI ESERCIZIO Modelli di previsione ed analisi Previsti ANALISI PROCESSO PRODUTTIVO/ SISTEMI ENERGETICI MODELLAZION E ENERGETICA DEL PROCESSO Attuali ACQUISIZIONE DATI DI PROCESSO IN LINEA ELABORAZIONE DATI DI LINEA E CALCOLO DEI CARICHI ISTANTANEI Storici RACCOLTA DATI CONSUMI ENERGETICI ELABORAZIONE STATISTICA DATI RACCOLTA BENCHMARK OMOGENEI DI RIFERIMENTO BILANCIO ENERGETICO STIMA DEI CONSUMI ENERGETICI TERMICI/ELETTRICI/F RIGO CALCOLO INDICI STANDARDIZZATI INTEGRAZIONE DEI DATI ENERGETICI CALCOLO DEI CONSUMI CALCOLO INDICI REALI (dettagliati, istantanei) CALCOLO INDICI STORICI (globali, medi) STIME INDICI INCONGRUENTI CONFRONTO VALIDAZIONE E BENCHMARKING MIGLIORAMENTO E STUDIO FATTIBILITA ANALISI STATO TECNOLOGICO MACCHINARI INSTALLATI INDIVIDUAZIONE CRITICITA E DEFINIZIONE INTERVENTI DI EFFICIENTAMENTO/RISPARM IO FATTIBILITA TECNICO- ECONOMICA (LCCA, LCA) RAPPORTO DIAGNOSI ENERGETICA

25 Fare clic sull'icona per inserire un'immagine I sistemi esperti si basano sulle informazioni provenienti dalla strumentazione di processo e, soprattutto, dai sensori opportunamente posizionati all'interno dei sistemi utilizzando simulazioni numeriche, analisi delle serie storiche, reti neurali e fuzzy analysis Un sistema esperto si compone in sostanza di tre sezioni: a) una base di conoscenza, in cui sono accumulate le regole deduttive e i dettami procedurali di cui il sistema si serve nel suo operato; b) un motore inferenziale, in cui il programma si occupa di applicare in concreto le nozioni contenute nella base dati; Modelli di previsione basati sui soggetto umano e il sistemi esperti (serie storiche, reti neurali e fuzzy analysis ) c) un'interfaccia utente, che permette ' interazione fra il programma che deve dare risposta ai sui problemi.

26 Previsione dei consumi energetici grazie a correlazioni statistiche con i fattori energetici Visualizzazione diretta dei consumi mensili e annuali di energia Individuazione di specifici problemi: - basso fattore di potenza attualmente presente - irregolarità dei consumi I Modelli Statistici

27 Il consumo di energia dipende dalle caratteristiche e modalità di funzionamento degli impianti e servizi energetici. Una volta noto queste modalità operative è possibile prevedere i consumi energetici sulla base dei consumi storici precedenti. Nel sistema ABB i dati di processo sono raccolti in tempo reale da vari sistemi di acquisizione dati attraverso interfacce e memorizzati nel database. Le previsioni di consumo per gli impianti di produzione (e.g. macchine per la carta) sono derivate dalle quantità prodotte e dalla qualità del prodotto (e.g. velocità della macchina continua e dal tipo di carta). La rete energetica totale viene modellata attraverso un numero discreto di aree di bilancio, tale che il consumo totale corrisponde produzione totale in ogni momento. L'equazione di bilancio tiene conto sia della generazione, acquisto e vendita di energia dell intero Modello stabilimento sia di dei Previsione flussi interni tra le basato aree di sui consumi bilancio. storici (ABB)

28 Fare clic sull'icona per inserire un'immagine I modelli analitici Esistono diversi modelli analitici per la simulazio ne degli edifici: a) Modello stazionari o (eg UNI EN ISO 13790:20 08)

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30 Modellare il processo produttivo Recupero m. p. PROCESSO PRODUTTIVO SCARTI MATERIE PRIME SP1 SP2 SPN PRODOTTI Energia elettrica COMBUSTIB. Teleriscald. f.e.r. Energia elettrica Energia termica Illuminazione Aria compressa Acqua di servizio Condizionamento DISPERSIONI ENERGETICHE UTILITY Recupero energia

31 REPORT SINTETICO DI BILANCIO ENERGETICO (PER UNITA DI PRODOTTO) Energia elettrica [kwh/t] Energia termica [kwh/t] Emissioni di CO2 (termico più elettrico) [kgco2/t]

32 Risparmi energetici conseguibili sul processo Caso di studio: Carta Decor (fibra vergine) produttivoconsumi EFFETTIVI BENCHMARK CONSUMI RISPARMI POTENZIALI Elettrici Termici Elettrici Termici Elettrici Termici Elettrici Termici Elettrici Termici Elettrici Termici PREPARAZIONE IMPASTI [kwh/t] [kwh/t carta] [kwh/anno] [kwh/anno] [ /anno] [ /anno] [kwh/t] [kwh/t] [ /anno] [ /anno] [ /anno] [ /anno] Spappolamento Raffinazione e depastigliamento Miscelazione Diluizione ed epurazione Assortimento MACCHINA CONTINUA TOTALE Distribuzione impasto su tela Drenaggio e disidratazione Pressatura Essiccamento Lisciatura Avvolgimento in bobine Finitura Assortimento TOTALE

33 Benchmarking

34 BENCHMARKING CALCOLO INDICATORI ENERGETICI Gli indicatori energetici rappresentano uno strumento importante per analizzare, tramite raffronto con realtà simili e/o dati presenti in letteratura, i consumi energetici della propria struttura (valutandone la competitività. Consumo Energia [ kwh] KPI E = Quantità prodotta [ t] KPI E num. dip. = Consumo energia [ kwh] Numero di dipendenti [ n] Per indicatore (Key Performance Indicator) si intende un parametro, ottenuto mettendo in rapporto tra loro alcuni dati, in grado di fornire un confronto diretto e sintetico nell'ambito di un fenomeno complesso. KPI E su. calp. = Consumo energia [ kwh] Superficie calpestabile [ m Consumo energia [ kwh] KPI GG = Gradigiorno [ C] 2 ] Il confronto degli indicatori diversamente ottenuti consente inoltre di verificare la coerenza delle metodologie di diagnosi utilizzate.

35 t E prod.princ. prod. princ. + altro prod. tequivalenti = E prodotto princ. t E altro prod. Quantità equivalent Molto spesso i l azienda di non prodotto produce un unico prodotto, ma diversi prodotti con significative differenze nei consumi energetici.

36 Energy Benchmarking Anno Luogo Ente Tipologia di studio 2006 USA AIChE (American Institute of Chemical Engineers) su commissione del Department Of Energy (DOE) 2006 Svezia Gavle University 2008 Canada Natural Resources Canada (in coll. Pulp and Paper Research Institute 1992 Italia FIRE ENEA Indagini statistiche analizzano i consumi energetici medi (combustibile, energia termica ed elettrica) delle aziende, disaggregandoli per sotto processi e prodotti, confrontando gli stessi con quelli delle tecnologie più efficienti (Best Available Techniques, BAT) e con quelli dei principali competitor internazionali. Propone degli indici di riferimento organizzati per settore produttivo.

37 Anno Luogo Ente SITO WEB Tipologia di studio 2006 CANADA AGVIRO OABA AG ENERGY rk.com/ Questo sito è stato concepito per promuovere il risparmio dei costi attraverso l'efficienza energetica e supporta benchmarking per 3 diversi settori: industriale, alimentare, agricolo 2008 CANADA NATURAL RESOURCES CANADA Il suo obiettivo è il conseguimento di benefici economici, ambientali e sociali legati all uso corretto delle risorse energetiche USA THE BENCHMARKING NETWORK k.com/ Una rete internazionale che conduce studi con in oltre 165 paesi fornendo benchmarking con oltre 300 studi su processi e industrie 2006 USA ENERGY STAR Focus on Energy Efficiency in Cement Manufacturing ndex.cfm? c=in_focus.bus_cement_ma nuf_focus Programma finalizzato al confronto, alla riduzione dei costi, al miglioramento dell'efficienza energetica e delle prestazioni ambientali CANADA OFFICE OF ENERGY EFFICIENCY (OEE) industrial/technicalinfo/benchmarking/index.cf m?attr=24 Il programma industriale canadese per la conservazione dell energia (CIPEC), sponsorizzato da Natural Resources Canada (NRCan) ha sviluppato un benchmarking e programmi di migliori pratiche per i settori industriali AUSTRALIA ENERGETICS (one2five) One2five è uno strumento diagnostico sviluppato che valuta lo stato di sistemi e procedure interne per la gestione dell energia e i rischi in cui incorre l organizzazione CALIFORNIA Lawrence Berkeley National Laboratory E uno strumento software progettato per valutare l efficienza energetica nel settore alimentare. Esso calcola un indice di intensità energetica (EII) e di intensità dell acqua (WII).

38 BESS European Energy Benchmarking Data Input -

39 BESS European Energy Benchmarking Data Output

40 Efficientamento energetico

41 Servizi ausiliari (Utility) Aria Compressa Condizionamento Illuminazione Movimentazione e trasporto interno... Sistemi energetici Sistemi di produzione dell energia (cogenerazi, FER, ) Layout dell impianto di produzione Reti distribuzione Processo produttivo Set Point Ricetta del prodotto Sistemi di regolazione e controllo Motori e impianti elettrici Forni e riscaldatori Cooling Edifici stabilimento Involucri edilizi Sistema di gestione energia Retrofit basati su dati di fatto

42 Azioni di miglioramento/efficientamento Isolamento a cappotto (con correzione dei ponti termici) Modifica vetro finestre laterali (doppio vetro/pellicole basso emissive) Modifica vetro torrini (doppio vetro/pellicole basso emissive) Sostituzione infissi (taglio termico/triplo vetro/vetro basso emissivo) Sostituzione infissi torrini (taglio termico/triplo vetro/vetro basso emissivo) Isolamento pavimento Isolamento solaio copertura (tetto ventilato) Riduzione perdite per ventilazione ed ottimizzazione del numero di ricambi Recuperatori di calore Ottimizzazione Set point riscaldamento Risparmio potenziale ottenibile Riduzione unitaria % Incidenza percentua le % Totale ottenibile % 70,0% 5,0% 3,5% 40,0% 40,0% 70,0% 70,0% 3,5% 3,5% 3,5% 3,5% Tipologia intervento Inserimen to Sostituzio ne Modifica Manuten. -gestione 1,4% 1,4% 2,5% 2,5% 70,0% 1,0% 0,7% 70,0% 40,0% 28,0% 20,0% 40,0% 8,0% 20,0% 40,0% 8,0% 5,0% 100,0% 5,0% Sostituzione aerotermi e trorrini con sistema ad induzione 10,0% 5,0% 0,5% Coibentazione linee di distribuzione 10,0% 2,0% 0,2%

43 Protocolli standardizzati diagnosi energetica Competenze degli Auditors Strumenti di Misura e monitoraggio Problemat iche analizzate Modelli di previsione e analisi energetica Benchmarking e fattori di aggiustamento Pre-Valutazione delle azioni di efficientamento

44 GRAZIE PER L ATTENZIONE