La Cogenerazione ad Alto Rendimento (CAR)

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1 La Cogenerazione ad Alto Rendimento (CAR) Dott. Ing. Massimo Rivarolo Scuola Politecnica Università di Genova DIME Sez. Maset

2 Contenuti Tipologie di impianti cogenerativi Evoluzione della cogenerazione in Italia La Direttiva Europea 2004/8/CE e la definizione di CAR I Certificati Bianchi La CAR nel contesto degli obiettivi europei Esempi pratici

3 Impianti per la cogenerazione - In funzione delle diverse tipologie impiantistiche e della taglia, si hanno a disposizione diverse soluzioni, in funzione anche della tipologia di carico Elettrico e termico. - Il rapporto tra elettricità e calore è fondamentale nella scelta.

4 Impianti per la cogenerazione

5 Micro - cogenerazione

6 Micro - cogenerazione Microturbine Potenza elettrica: 1-200kW Potenza termica: kW Rendimento: 20-32% Sitirling engine Motore a combustione interna

7 Cogenerazione nel 2003 Potenza installata: 6,4 GW 8% della potenza TOTALE installata in Italia. 11% della potenza TERMOELETTRICA installata in Italia. Energia elettrica prodotta: GWh 13% dell energia elettrica TOTALE prodotta in Italia. 15% dell energia TERMOELETTRICA prodotta in Italia.

8 Cogenerazione nel 2003 Combustibili impiegati Natural gas 52,9 31,6 Off-gas Fuel oil 15,5 Petroleum coke 1,9 Diesel oil 1,4 Coal 1, Primary energy (TWh) 50 60

9 Cogenerazione nel 2008 Combustibili impiegati

10 Cogenerazione nel 2013 Fonte: AEEGSI

11 Evoluzione in Italia POTENZA INSTALLATA NEL 2013: 23,6 GW Fonte: AEEGSI

12 Cogenerazione nel 2013 ENERGIA EL. PRODOTTA: GWh (31% del totale nazionale) Fonte: AEEGSI

13 Normativa nel tempo

14 Evoluzione della cogenerazione con la direttiva 2004/8/CE recepita dall Italia ed in vigore dal 2011

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21 Schema di principio calcolo CAR

22 Schema di principio calcolo CAR

23 Cogenerazione ad Alto Rendimento (CAR)

24 Cogenerazione ad Alto Rendimento (CAR)

25 Cogenerazione ad Alto Rendimento (CAR)

26 Cogenerazione ad Alto Rendimento (CAR) AUSILIARI: La quantità di energia elettrica prodotta in cogenerazione è misurata ai morsetti del generatore. Da tale quantità non deve essere sottratta l energia elettrica usata internamente dalla unità di cogenerazione per il proprio funzionamento. (D.Lgs 04/08/2011, Allegato II, Fase 5)

27 Calcolo del rendimento globale complessivo Ee Et Ec Se il rendimento globale non raggiunge la soglia indicata in tabella, l impianto deve essere diviso in una sezione cogenerativa ed una sezione NON cogenerativa. Il PES ed i benefici relativi vengono calcolati SOLO sulla parte cogenerativa!

28 Calcolo del rendimento globale

29 Calcolo della parte cogenerativa Il coefficiente β rappresenta la mancata produzione di energia elettrica per unità di energia termica estratta da una turbina a vapore. Si calcola solo quindi nel caso di impianti cogenerativi che includono una turbina a vapore a condensazione per estrazione del vapore. Ha valori di riferimento tabulati, ma dipende dalle condizioni di esercizio dell impianto.

30 Calcolo della parte cogenerativa Ai fini del calcolo della CAR, è di fondamentale importanza la divisione dell impianto in parte eleggibile e non eleggibile ai fini del riconoscimento della qualifica (in caso di non raggiungimento di ηglobale di soglia)

31 Calore utile ai fini della CAR

32 Riconoscimento CAR PES 1 1 Ee 1 Et 1 Ec Ref_Eη Ec Ref_Hη 1 Ec Ee Et ηes η ts PES min

33 Benefici CAR 1) Riconoscimento dei titoli di efficienza energetica (TEE) o certificati bianchi (CB), correlati al risparmio di energia primaria. I criteri applicativi sono definiti nel DM del 5 settembre ) Precedenza nel dispacciamento dell energia elettrica in rete rispetto a quella prodotta da impianti convenzionali (art. 11, comma 4 del DL del 16 marzo 1999, n.79) 3) Possibilità di accedere al servizio di scambio sul posto dell'energia elettrica prodotta da impianti di CAR con potenza nominale fino a 200 kw (deliberazione dell Autorità del 3 giugno 2008 ARG/elt 74/08) 4) Semplificazioni in materia di connessioni (Deliberazione dell Autorità del 24 luglio ARG/elt 99/08) 5) Esenzione del pagamento degli oneri generali di sistema (SEU/SEESEU) 6) agevolazioni fiscali sull accisa del gas metano utilizzato per la cogenerazione (DL 26 ottobre 1995, n. 504 aggiornato dal DL 2 febbraio 2007, n. 26)

34 Calcolo dei Certificati Bianchi Il numero di CB riconosciuti è legato al risparmio energetico conseguito:

35 Calcolo dei Certificati Bianchi NOTA: per il calcolo di K non ci si basa sulla potenza installata, bensì sulla potenza media nelle fasi di produzione, ponderata sulle ore di utilizzo.

36 Esempio per il calcolo di K Si consideri un impianto con i seguenti dati: -Produzione di energia pari a MWh/anno -Produzione di energia CAR pari a MWh/anno -Ore lavorative pari a h/anno La potenza media dell impianto è pari quindi a /5.000 = 16 MW Si passa quindi a determinare K come segue: 1,4 1 1,3 (10 1) 1,2 (16 10) K 1,269 16

37 Quanto vale un CB? I Certificati Bianchi (CB) possono essere ritirati dal GSE al prezzo, costante, riconosciuto ai gestori di rete soggetti all obbligo valevole per l anno di entrata in esercizio dell impianto. In alternativa, il loro valore può essere negoziato. I valori, nel caso di ritiro da parte del GSE, per gli ultimi anni sono stati pari a: 93,68 /TEE (2011) 86,98 /TEE (2012) 110,27 /TEE (2013) 105,83 /TEE (2014) Tuttavia, al fine di ottenere ricavi più alti, la maggior parte dei produttori ha scelto Di negoziare i valori dei CB (o TEE).

38 Evoluzione CAR ( ) Fonte: AEEGSI

39 Cogenerazione ad Alto Rendimento (2011) Energia elettrica prodotta: 17,9 TWh Fonte: AEEGSI

40 Cogenerazione ad Alto Rendimento (2013) Energia elettrica prodotta: 21,9 TWh Fonte: AEEGSI

41 Cogenerazione (2013) Energia elettrica prodotta: 91,3 TWh Fonte: AEEGSI

42 La direttiva EU 2012/27 E i Piani Energetici Nazionali

43 Obiettivi della direttiva 2012/27/UE

44 Risparmio dall edilizia Valutazione del potenziale per la cogenerazione e per il teleriscaldamento (entro dicembre 2015) Requisiti per una maggiore presenza della cogenerazione Tariffe per incoraggiare l efficienza energetica Promozione della gestione della domanda

45 Piano italiano di Azione sull Efficienza Energetica (PAAE) Riduzione di energia primaria Per settori al 2016 e 2020 (Mtep) Ripartizione dei risparmi energetici attesi per settori al 2020

46 La Strategia Energetica Nazionale (SEN)

47 Obiettivi della SEN ( )

48 Come si raggiungono i target?

49 Gli obiettivi EU 2030 Il ottobre 2014, il Consiglio europeo si è prefissato di raggiungere entro l anno 2030: a)la riduzione delle emissioni di gas a effetto serra di almeno il 40% rispetto al 1990 (obiettivo vincolante), a sua volta distinto in una riduzione delle emissioni di almeno il 43% rispetto al 2005 nei settori coperti dal sistema ETS e in una riduzione delle emissioni di almeno il 30% rispetto al 2005 nei settori non coperti dal sistema ETS. b)una quota del 27% di energie rinnovabili sul totale dei consumi energetici lordi dell Unione europea (obiettivo vincolante). c)risparmio dei consumi energetici dell Unione europea del 27% rispetto alle proiezioni del futuro consumo di energia sulla base dei criteri attuali (obiettivo indicativo, forse da innalzare al 30%). Questi obiettivi dovrebbero essere raggiunti senza definire strumenti nuovi e aggiuntivi rispetto a quelli attuali.

50 Gli obiettivi EU 2030 Il ottobre 2014, il Consiglio europeo si è prefissato di raggiungere entro l anno 2030: a)la riduzione delle emissioni di gas a effetto serra di almeno il 40% rispetto al 1990 (obiettivo vincolante), a sua volta distinto in una riduzione delle emissioni di almeno il 43% rispetto al 2005 nei settori coperti dal sistema ETS e in una riduzione delle emissioni di almeno il 30% rispetto al 2005 nei settori non coperti dal sistema ETS. b)una quota del 27% di energie rinnovabili sul totale dei consumi energetici lordi dell Unione europea (obiettivo vincolante). c)risparmio dei consumi energetici dell Unione europea del 27% rispetto alle proiezioni del futuro consumo di energia sulla base dei criteri attuali (obiettivo indicativo, forse da innalzare al 30%). Questi obiettivi dovrebbero essere raggiunti senza definire strumenti nuovi e aggiuntivi rispetto a quelli attuali.

51 Uno sguardo al futuro (2050) Nello studio Energy Roadmap 2050, l UE prevede una riduzione delle emissioni di gas serra del 80-95% entro il 2050 rispetto ai livelli del 1990, con un abbattimento per il settore elettrico di oltre il 95%. Per fare ciò si assegna grande importanza all efficienza energetica, alle fonti rinnovabili, al nucleare e alla cattura e stoccaggio della CO 2.

52 Esempio applicativo di calcolo Per un impianto cogenerativo ad alto rendimento

53 Dati dell impianto Si considera un impianto a ciclo combinato cogenerativo installato nel Nord Italia, avente i seguenti dati: Potenza elettrica nominale 80 MW Potenza termica nominale 80 MW Produzione elettrica EE = 333 GWh/anno Produzione termica ET = 116 GWh/anno Rendimento elettrico 50,7 % Facendo riferimento alle tabelle della Direttiva 2004/8/CE si possono ricavare: Rendimento elettrico di riferimento 52,5 % (impianto a GN) Fattore correttivo p (tensione 130 kv) 0,965 Impianto installato nel Nord Italia +0,369% sul rend. Di riferimento

54 Calcolo del rendimento globale Il calcolo dell energia immessa sotto forma di combustibile è: 333 Ec 656,8GWh / anno 0,507 Il rendimento globale dell impianto risulta: globale EE ET ,68 EC 656,8 Essendo tale rendimento minore di 0,80 previsto per impianti di questo tipo, Bisogna procedere a una suddivisione dell impianto in sezione cogenerativa e Non cogenerativa. I bonus per la CAR saranno applicati SOLO alla parte cogenerativa.

55 Calcolo della parte cogenerativa Calcolo del coefficiente Ceff (indice elettrico effettivo), definito come: Dove β è un coefficiente che rappresenta la mancata produzione di energia elettrica per unità di energia termica estratta. Ha valori di riferimento tabulati, ma dipende dalle condizioni di esercizio dell impianto. Nel caso in analisi l indice elettrico effettivo si calcola come segue: nonchp, E E E ET 333 0, ,545 EC 656,8 Ceff 0,545 0,217 0,80 1,456 0,80 0,545

56 Calcolo della parte cogenerativa A questo punto, avendo calcolato l indice elettrico, è possibile dividere la parte cogenerativa da quella non cogenerativa: ECHP 1, GWh E NONCHP GWh EC NONCHP GWh 0,545 EC 656, ,8GWh A questo punto posso calcolare il PES; solo sulla parte cogenerativa, e calcolare il numero di Certificati Bianchi, sempre sulla parte cogenerativa.

57 Calcolo del PES e dei CB Il PES viene calcolato solo sulla parte cogenerativa dell impianto: 355, 8 0,25 PES ,82 0,5102 A questo punto posso calcolare RISP e il numero di certificati bianchi: CB RISP 0,086 k RISP 367,4 128,9 355,8 140,5GWh MWh CB ,086 1, Considerando il prezzo di ritiro del 2014, si ottiene un guadagno pari a: CB ,83 1,53M

58 La Cogenerazione ad Alto Rendimento (CAR) Dott. Ing. Massimo Rivarolo Scuola Politecnica Università di Genova DIME Sez. Maset