Dispensa del corso di SISTEMI ENERGETICI. Argomento: Sistemi Energetici (parte 3.1)

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1 Dispensa del corso di SISMI NRGICI Argomento: Sistemi nergetici (parte 3.1) Prof. Pier Ruggero Spina Dipartimento di Ingegneria

2 Sistemi energetici cogenerativi

3 Aspetti tecnico-energetici della cogenerazione

4 La cogenerazione produzione combinata, in un unico processo, di energia elettrica/meccanica e calore combustibile SISMA COGNRAIVO energia elettrica (meccanica) autoconsumo A/M/B immissione in rete A/M/B calore di scarto energia termica per usi civili/terziari (riscaldamento, condizionamento, acqua sanitaria) per usi industriali (sia calore che freddo per il processo produttivo)

5 Cogenerazione topping o bottoming OPPING BOOMING combustibile combustibile CICLO MOOR calore scaricato elettricità COMBUSOR calore scaricato calore ad alta RCUPRO calore a bassa CICLO MOOR elettricità calore di scarto calore di scarto

6 Ubicazione del cogeneratore I combustibili sono una fonte energetica trasportabile (anche se in taluni casi questo può risultare economicamente e/o energeticamente non conveniente) L elettricità è un vettore energetico trasportabile Il calore non è trasportabile (se non a brevi distanze) IL COGNRAOR DV SSR UBICAO PRSSO L'UNZA RMICA

7 Definizioni di generazione distribuita e di piccola e micro generazione Generazione distribuita (GD): 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 (D.Lgs. n 20 del 8/2/2007 di recepimento della Direttiva uropea 2004/08/C)

8 Applicazioni della generazione distribuita Generazione continua in parallelo con la rete elettrica nazionale ( grid connected ) Generazione continua ad isola Stand-by per garantire sicurezza nella fornitura elettrica Peakshaving per far fronte ad elevate richieste di potenza per periodi di tempo limitato Power quality per garantire tensione e frequenza costante a salvaguardia di un processo produttivo

9 I principali vantaggi Vantaggi di natura energetica Impiego razionale dei combustibili fossili Sfruttamento di siti rinnovabili Riduzione delle perdite energetiche nel trasporto Vantaggi di carattere ambientale Riduzione delle grosse infrastrutture per il trasporto Mitigazione del problema legato all elettrosmog Rimozione della sindrome NIMBY Vantaggi per la sicurezza e la qualità Riduzione del rischio di black-out Alleggerimento del carico di alcune reti elettriche Vantaggi economici Risparmi sui costi energetici (acquisto della materia prima combustibile invece del prodotto finito energia elettrica )

10 Le principali problematiche Per l installatore Iter autorizzativi Aspetti economici (elevato costo specifico delle soluzioni più innovative, scarsa valorizzazione dell energia elettrica ceduta alla rete, ecc.) Conciliazione della domanda elettrica/termica/ frigorifera (scelta della taglia e della tipologia di impianto) Per il sistema elettrico e del gas Impatto sul sistema elettrico (utilizzo delle reti di distribuzione in maniera attiva e non più passiva) Necessità di potenziare reti di distribuzione del gas Per gli enti locali Introduzione di nuove sorgenti emissive in aree urbane o comunque densamente popolate

11 I numeri italiani della produzione elettrica (2011) Disponibilità per il consumo = GWh produzione (86 %) importazioni (14 %) termoelettrica (77 %) altro (23 %) solo elettrica (56 %) cogenerazione (44 %) 11

12 Sezioni, potenza e produzione impianti di cogenerazione in funzione della tecnologia utilizzata (dati AG, anno 2011)

13 Sezioni, potenza e produzione impianti di cogenerazione GD in funzione della tecnologia utilizzata (dati AG, anno 2011)

14 Sezioni, potenza e produzione impianti di cogenerazione PG in funzione della tecnologia utilizzata (dati AG, anno 2011)

15 Produzione elettrica e termica e indice elettrico degli impianti di cogenerazione in funzione della tecnologia utilizzata (dati AG, anno 2011)

16 Sezioni, potenza e produzione impianti di cogenerazione in funzione della tecnologia utilizzata (dati AG, anno 2010)

17 Sezioni, potenza e produzione impianti di cogenerazione GD in funzione della tecnologia utilizzata (dati AG, anno 2010) ,86

18 Sezioni, potenza e produzione impianti di cogenerazione PG in funzione della tecnologia utilizzata (dati AG, anno 2010)

19 Attività Le applicazioni della cogenerazione aglia media delle sezioni CAR per settore di attività (dati GS, anno 2006) taglia media (MWe) Potenza installata (MWe) Industria chimica e petrolchimica Raffinazione petrolio Industria cartaria Industria siderurgica Industria alimentare Industria automobilistica Industria ceramica Riscaldamento e teleriscaldamento 12.5 Impianti sportivi, alberghi e ristoranti 0.1 Commercio 0.5 Ospedali 1 Case di riposo e simili 1.5 Concerie 2.0 Industria tessile, gomma e plastiche 3.0 Industria elettronica 9.0 rasporti aerei

20 Prestazioni di un cogeneratore c e e c rendimento elettrico SISMA COGNRAIVO t e t t c rendimento termico U tot e c t e t coefficiente di utilizzo del combustibile o rendimento totale

21 Coefficiente di utilizzo del combustibile Se calcolato con riferimento al potere calorifico inferiore (PCI) il limite superiore non è 100% Combustibile PCS [kj/kg] PCI [kj/kg] PCS/PCI idrogeno % metanolo % gas naturale % U PCS PCI gpl % % gasolio % carbone (antracite) % olio vegetale (colza) % biodiesel % olio vegetale (palma) % olio combustibile % olio vegetale (soia) % biogas % gas d'altoforno %

22 Prestazioni di un cogeneratore Primo principio termodinamica NRGIA RMICA = NRGIA MCCANICA Secondo principio termodinamica NRGIA RMICA NRGIA MCCANICA 1 kj di ACQUA CALDA 1 kj di VAPOR 1 kj di LRICIA

23 Prestazioni di un cogeneratore Rendimento di primo principio I U produzione utile consumo combustibile Rendimento di secondo principio II produzione utile pesata "termdinamicamente" consumo combustibile

24 Il rendimento di secondo principio produzione utile pesata "termdinamicamente" II consumo combustibile II rev rev e 1 c 0 t ml, CHP CHP 0 ml, CHP ln CHP CHP 0 0 s

25 Il rendimento di secondo principio II rev rev e 1 ml, CHP c 0 t ml, CHP ln CHP CHP = 15 C rev ,5 rev CHP ( C)

26 Il confronto con la produzione separata COGNRAZION c PRODUZION SPARAA cs = cse + cst cse cst SISMA COGNRAIVO e CNRAL LRICA es CALDAIA ts t e t IR PS cs cs c 1 e es c t ts 1 e es 1 t ts

27 RNDIMNO RMICO Il piano rendimento elettrico - termico 1.00 U =1 U =PCS/PCI PS=0 es = ts = RNDIMNO LRICO