Integrated Building Technologies. Pier Luigi Barollo POLYGEN MICROCOGENERAZIONE E TRIGENERAZIONE

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1 Integrated Building Technologies Pier Luigi Barollo POLYGEN MICROCOGENERAZIONE E TRIGENERAZIONE

2 Indice dei contenuti La microturbina ed il suo principio di funzionamento Il frigorifero ad assorbimento a BrLi ed il suo principio di funzionamento Integrated Building Technologies Esempio di Impianto di trigenerazione Case Study Descrizione impianto Pratiche autorizzative di riferimento Direttiva AEEG 42/02 Principio tecnico di funzionamento Risparmio economico conseguito Emissioni in atmosfera (risparmio tonnellate di CO2) Conclusioni

3 La Microturbina 1/5 Caratteristiche principali: Alimentazione poli-combustibile (gas naturale, GPL, biogas, gas di sintesi, gas da discarica, diesel, biodiesel, olio vegetale) Totale assenza di olii lubrificanti e liquidi refrigeranti Un unica parte in movimento:l albero turbina (inizio generazione: rpm, a regime: rpm) Operazioni di manutenzione estremamente ridotte: ogni ore di funzionamento Integrated Building Technologies Manutenzione straordinaria a ore di funzionamento Energia elettrica generata ad alta frequenza (1.600 Hz a regime) convertita a 400 V, 50 Hz da un sistema statico di conversione energia Rendimenti complessivi fino ad oltre l 80% (di cui rendimento elettrico 29%)

4 La Microturbina Caratteristiche principali (segue) : Emissioni in atmosfera molto contenute (< 5 ppm NOx, < 15 ppm CO riferiti al 15% di O2) Possibilità di funzionamento in parallelo alla rete pubblica e/o in isola su un insieme di carichi privilegiati Produzione elettrica e termica localizzata direttamente presso l utenza Integrated Building Technologies Possibilità di modulazione della produzione di energia elettrica e calore in funzione delle necessità istantanee delle utenze (da 0 al 100% del carico). Unità modulari che si possono aggiungere mano a mano che cresce il fabbisogno energetico dell utente Ingombri e pesi ridotti e pertanto facilmente trasportabili (es. Trigenerazione 120/130 kw su due skid dimensioni 5,5x2,5 m ciascuno) 2/5

5 La Microturbina 3/5 Generator Cooling Fins Exhaust Outlet Recuperator Combustion Chamber Integrated Building Technologies Air Bearings Compressor Generator Turbine

6 La Microturbina 4/5 Il modulo di recupero termico è integrato nel package microturbina. Integrated Building Technologies In ingresso allo scambiatore di calore fumi/acqua è installato un diverter di by-pass fumi la cui gestione è realizzata dal sistema di controllo della microturbina. Non essendoci liquidi refrigeranti non ci sono circuiti di raffreddamento a temperature obbligate e quindi non sono necessari dissipatori d emergenza.

7 La Microturbina 5/5 basse emissioni: le microturbine presentano valori di emissione estremamente ridotti di monossido di carbonio ed ossidi di azoto. riduzione della CO 2 dovuto all utilizzo della cogenerazione e dell efficienza intrinseca del sistema basato su microturbina (vedi case study in seguito) Emissioni Microturbina : NO x (valutati come NO 2 ) < 11 mg/nm 3 CO < 20 mg/nm 3 Emissioni Motore Alternativo : NO x (valutati come NO 2 ) < 250 mg/nm 3 per ottenere valori inferiori di NO x si devono utilizzare sistemi di catalizzazione SCR utilizzanti UREA, molto costosi e di complicata gestione e manutenzione Integrated Building Technologies Limiti più restrittivi in Italia : NO x (valutati come NO 2 ) < 100 mg/nm 3 CO < 200 mg/nm 3 CO < 300 mg/nm 3 Decreto della Giunta Regionale della Lombardia N 7/ 6501 del 19 ottobre 2001: Limiti valevoli nei comuni appartenenti alle Zone Critiche delle province di Milano, Bergamo, Como e Varese (totale 115 comuni) ed in tutti i capoluoghi di provincia della Lombardia.

8 Il Frigorifero ad Assorbimento a BrLi 1/4 Assorbitori MONOSTADIO ad acqua calda o BISTADIO a vapore Sono l integrazione ideale per: Impianti di co-generazione Impianti a cippato e biomassa Processi industriali con calore di scarto Impianti di termovalorizzazione Impianti a pannelli solari Assorbitori BISTADIO a fiamma diretta (metano, Gpl, gasolio ecc). Integrated Building Technologies Sono l integrazione ideale per: Industria, enti, terziario con impegno di potenza elettrica limitato ed oneroso ma allacciati alla rete gas

9 Il Frigorifero ad Assorbimento a BrLi 2/4 CARATTERISTICHE PECULIARI DEL FRIGORIFERO AD ASSORBIMENTO CONSUMO ELETTRICO IRRISORIO LUNGA VITA OPERATIVA MANUTENZIONE LIMITATA GESTIONE SEMPLICE ECOLOGICO Integrated Building Technologies - 9 -

10 Il Frigorifero ad Assorbimento a BrLi 3/4 ALIMENTAZIONE: ACQUA CALDA, Generatore MONOSTADIO Integrated Building Technologies COP = 0,70 Temperatura consigliata di alimentazione: 85 C / 90 C min.

11 Il Frigorifero ad Assorbimento a BrLi 4/4 ALIMENTAZIONE: METANO, GPL ALIMENTAZIONE: VAPORE Integrated Building Technologies Generatore BISTADIO COP = 1,00 1,20 Pressione di alimentazione vapore consigliata 6-8 bar min

12 Case Study - Descrizione Impianto 1/2 Impianto di micro trigenerazione con microturbine CAPSTONE e frigorifero ad assorbimento CENTURY presso un albergo a Milano. Macchinari ed apparecchiature #2 microturbine Capstone C60 ichp Dual Mode #1 compressare gas Copeland #1 Frigorifero ad assorbimento Century AR-D 40L2 #1 torre evaporativa King Sun KST-N125 Quadro elettrico di gestione impianto, con PLC, e parallelo rete Commutazione automatica sui carichi privilegiati Produzione simultanea di elettricità, acqua calda e/o fredda Dati di riferimento Integrated Building Technologies Potenza elettrica 2x60 = 120 kwe (dalle microturbine) Potenza termica 2x100 = 220 kwt, acqua calda 60/70 C ( dalle microturbine) Potenza frigorifera140 kwf, acqua fredda 12/7 C (dal f rigorifero ad assorbimento) Alimentazione: gas metano Collaudo: Agosto 2005 Ore di funzionamento al 31 gennaio 2007:

13 Case Study - Descrizione Impianto 2/2 Integrated Building Technologies Ingombro in pianta dell impianto: lungh. 5,5 x largh. 6,0 mt.

14 Case Study Pratiche autorizzative di riferimento 1/1 Per la messa in esercizio di un impianto di trigenerazione del tipo descritto si devono istruire le seguenti pratiche: Certificato di Prevenzione Incendi con il comando dei Vigili del Fuoco. competente territorialmente: Attività 64 Gruppi Elettrogeni, Circolare Ministro dell Interno 31 agosto 1978, n. 31, Circolare Ministro dell Interno 8 luglio 2003, n. 12. Denuncia di Officina Elettrica con l Ufficio Tecnico di Finanza competente territorialmente, D. Lgs 26 ottobre 1995 n.504 Testo Unico delle Accise. Integrated Building Technologies Regolamento di Esercizio con l Ente gestore della rete elettrica pubblica competente territorialmente: Norma CEI Impianti di produzione di energia elettrica collegati a reti di I e II categoria, Direttiva ENEL DK5740 Criteri di allacciamento di impianti di produzione alla rete di MT di Enel Distribuzione, Direttiva ENEL DK5940 Criteri di allacciamento di impianti di produzione alla rete di BT di Enel Distribuzione. Raccolta R (Decreto Ministeriale 1 dicembre 1975, Titolo II) con l ufficio ISPESL competente territorialmente. Generatori di calore per impianti di riscaldamento ad acqua calda sotto pressione con temperatura non superiore a quella di ebollizione a pressione atmosferica. Sicurezza (Legge 494/96), Emissioni in Atmosfera (D.L. 203/88 - autocertificazione)

15 Case Study Direttiva AEEG 42/02 1/2 Deliberazione n. 42/02 del 19 marzo 2002: Condizioni per il riconoscimento della produzione combinata di energia elettrica e calore come cogenerazione ai sensi dell articolo 2, comma 8, del decreto legislativo 16 marzo 1999, n. 79 La Direttiva definisce le modalità di calcolo dell Indice di Risparmio Energetico (IRE) che rappresenta il rapporto tra il risparmio di energia primaria conseguito dall impianto di trigenerazione rispetto alla produzione separata delle stesse quantità di energia elettrica e termica e l energia primaria richiesta dalla produzione separata e del Limite Termico (LT) che rappresenta il rapporto tra l energia termica utile annualmente prodotta dall impianto e l effetto utile complessivamente generato su base annua dalla generazione di energia elettrica e calore Integrated Building Technologies L IRE = 1- [Ec/[(Ee/ηes x p) + Etciv/ηts,civ + Etind/ηts,ind]] > 0,100 L LT = Et/(Ee+ Et) > 0,15 Se le due precedenti condizioni sono entrambe soddisfatte si ha il riconoscimento della produzione combinata di energia elettrica e calore come cogenerazione AEEG: Autorità per l Energia l Elettrica ed il Gas.

16 Case Study Direttiva AEEG 42/02 2/2 In termini pratici, ad oggi, il riconoscimento della produzione combinata di energia elettrica e calore come cogenerazione da diritto ai seguenti benefici: Integrated Building Technologies Defiscalizzazione di quota parte del combustibile utilizzato dall impianto di cotrigenerazione (nel caso di alimentazione con gas metano la defiscalizzazione riguarda 0,25 Sm3 di gas metano per ogni kwh elettrico prodotto dall impianto). Nel caso l impianto sia allacciato ad una rete di teleriscaldamento ed il rapporto tra l energia elettrica prodotta e l energia termica complessivamente prodotta dall impianto e dagli altri generatori allacciati alla rete di teleriscaldamente sia > 10% la defiscalizzazione si estende a tutto il combustibile utilizzato dall impianto e dagli altri generatori (Circolare del ministero delle finanze n. 189 del 17/07/1998) Accesso al meccanismo dei Titoli di Efficienza Energetica (TEE) definiti come le Tonnellate Equivalenti di Petrolio risparmiate dall impianto rispetto alla produzione separata delle energie prodotte (1 TEE = 100 )(D.M. 20 luglio 2004, Delibere AEEG 200/04 e 177/05). Priorità di dispacciamento sulla rete elettrica pubblica dell energia elettrica cogenerata.

17 Case Study Principio tecnico di funzionamento 1/2 Modalità di Funzionamento Invernale Ritorno Utenze Riscaldamento 40 m3/h ca. 60 C ca Ritorno H2O calda alle microturbine 19 m3/h 60 C ca Capstone C60 ichp Capstone C60 ichp Mandata H2O calda alle microturbine 19 m3/h 70 C ca Integrated Building Technologies Mandata Utenze Riscaldamento 40 m3/h ca. 70 C ca Frigorifero ad Assorbimento Spento Centrale Termica Esistente Ritorno H2O calda alla centrale termica 40 m3/h 65 C ca

18 Case Study Principio tecnico di funzionamento 2/2 Modalità di Funzionamento Estiva Capstone C60 ichp Torre Evaporativa King Sun KST-N125 Mandata Ut. raffresc.to 72 m3/h 7 C ca H2O calda 17,2 m3/h 80 C ca Capstone C60 ichp H2O calda 17,2 m3/h 90 C ca H2O di torre 58 m3/h C ca Centrale Frigorifera Esistente Integrated Building Technologies Ritorno H2O assorb. 24 m3/h 12 C ca Ritorno Ut. Raffresc.to 72 m3/h 12 C ca Century AR-D40L2 Ritorno H2O fredda alla centrale frigorifera 72 m3/h Mandata 9 C ca H2O fredda assorbitore 24 m3/h 7 C ca

19 Case Study Risparmio Economico Conseguito 1/3 Integrated Building Technologies Parametri di Riferimento Ore annue di funzionamento impianto: Inverno = ore, Estate = ore Rendimento medio caldaie esistenti (riferimento ENEA) = 85% COP medio dei frigoriferi elettrici esistenti = 2,5 Potere Calorifico Inferiore gas metano = 9,59 kwh/sm 3 Potenza elettrica prodotta: lorda= 120 kw, netta = 113 kw, media = 110 kw Potenza termica prodotta: netta = 220 kw, media = 210 kw Potenza frigorifera prodotta: netta = 140 kw, media = 135 kw Consumo gas metano = 44,7 Sm 3 /h Valore kwh elettrico = 0,14 /kwh (di cui 0,01446 di imposta erariale + add. enti locali) Valore Sm 3 gas metano = 0,32 /Sm 3 (di cui 0,01876 di imp. erariale + add. enti locali) Valore Sm 3 gas metano per cogenerazione = 0,3085 /Sm 3 Costo orario manutenzione impianto trigenerazione = 1,0 /h

20 Case Study Risparmio Economico Conseguito 2/3 Produzione energetica e relativi valori economici dell impianto di trigenerazione Energia elettrica prodotta in un anno = kwh pari a /anno Energia termica prodotta in un anno = kwh pari a /anno Energia frigorifera prodotta in un anno = kwh pari a /anno Valore totale energie prodotte in un anno = Integrated Building Technologies Costi di funzionamento dell impianto di trigenerazione Consumo gas metano in un anno = Sm 3 pari a /anno Costo imposte di produzione energia elettrica in un anno = /anno Costo manutenzione in un anno = /anno Costo totale impianto di trigenerazione in un anno =

21 Case Study Risparmio Economico Conseguito 3/3 Risparmio annuale complessivo dato dall impianto di trigenerazione rispetto alla condizione precedente (produzione separata) = Investimento e relativo pay-back semplice Investimento realizzazione impianto = Pay-back semplice dell investimento = / = 4 anni e 9 mesi Integrated Building Technologies Valori di IRE ed LT dell impianto di trigenerazione IRE = 1 [ /[( /(0,38x0,9711)) + ( )/0,8]] = 0,18 LT = ( )/( ) = 0,62 Quindi sia IRE (>0,100) che LT (>0,150) soddisfano i limiti imposti dalla Direttiva AEEG 42/02 e pertanto l impianto si può definire di cogenerazione secondo la direttiva stessa ed avere accesso agli incentivi di legge previsti così come descritti precedentemente e così come considerato nelle valutazioni tecnico economiche dello studio presentato

22 Case Study Risparmio Emissioni di CO 2 1/2 Consumi impianto di trigenerazione Consumo annuale gas metano dell impianto di trigenerazione = Sm3 pari a x 9,59 = kwh di energia primaria Integrated Building Technologies Consumi produzione separata Energia primaria necessaria alla produzione della stessa quantità di energia elettrica = / 0,38 (rendimento medio produzione en. Elettrica in Italia) = kwh Energia primaria necessaria alla produzione della stessa quantità di energia termica = / 0,85 = kwh Energia primaria necessaria alla produzione della stessa quantità di energia frigorifera = ( /2,5) / 0,38 = kwh Energia primaria complessiva necessaria con la produzione separata = kwh Risparmio di energia primaria ottenuto dall impianto di trigenerazione = kwh pari a circa 42,5 tep (dove 1 tep = kwh) Tep = Tonnellata Equivalente di Petrolio

23 Case Study Risparmio Emissioni di CO 2 2/2 Suddivisione media dell energia primaria Petrolio = 40% Gas metano = 40% Carbone = 20% Contributo alle emissioni di CO 2 di ciascuna fonte energetica Petrolio = 3,070 tco 2 /Tep Gas metano = 2,349 tco 2 /Tep Carbone = 3,961 tco 2 /tep Integrated Building Technologies Risparmio di emissioni di CO 2 ottenuto dall impianto di trigenerazione 42,5 x (0,4 x 3, ,4 x 2, ,2 x 3,961) = 126 tonnellate di CO 2 /anno

24 Conclusioni 1/2 Finalmente delle azioni che potranno incentivare la diffusione dei sistemi di generazione distribuita ed ottimizzare i consumi energetici Integrated Building Technologies Finanziaria 2007 La finanziaria 2007 estende agli impianti di potenza fino a 200 kw, alimentati a fonti rinnovabili o cogenerativi, il meccanismo dello scambio sul posto dell energia elettrica, finora vigente per i piccolissimi impianti da fonti rinnovabili fino a 20 kw. Vengono, inoltre, semplificate le procedure fiscali e cancellate alcune imposte onerose sotto il profilo amministrativo, per un importo pari a circa 1 mil di all anno (SPORTELLO UNICO)

25 Esposizione Padiglione 8 Stand C4.6 Pier Luigi Barollo Integrated Building Technologies IBT Srl Via G. Marconi, Villorba (TV) tel.: fax: cell.: pierluigi.barollo barollo@ibtgroup.itit website: ibtgroup.itit