Piccoli sistemi cogenerativi ad alta efficienza. Porretta Terme 26 Settembre 2008 Ing. Riccardo Caliari

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1 Piccoli sistemi cogenerativi ad alta efficienza

2 1. Introduzione 2. Definizione Cogenerazione 3. Tecnologie per la cogenerazione 4. Vantaggi cogenerazione 5. Lo scambio sul posto 6. Definizione e tecnologie Trigenerazione

3 1. Introduzione ALTO RENDIMENTO COGENERAZIONE EOLICO IDROELETTRICO BASSO FOSSILE COMBUSTIBILE FOTOVOLTAICO RINNOVABILE

4 1. Introduzione PRODUZIONE SEPARATA ENERGIA TERMICA ENERGIA ELETTRICA 61 IMPIANTO CONVENZIONALE 49 Energia Termica Energia Primaria Perdite 83 IMPIANTO CONVENZIONALE 31 Energia Elettrica 52 Perdite

5 1. Introduzione PRODUZIONE COMBINATA ENERGIA TERMICA ENERGIA ELETTRICA Energia Primaria IMPIANTO COGENERAZIONE Energia Termica Energia Elettrica 25 Perdite

6 1. Introduzione Energia Primaria Energia Termica Energia Elettrica Rendimento Sistema Produzione Separata % Cogenerazione %

8 2. Definizione Cogenerazione Delibera AEEG 42/02: Cogenerazione: è la produzione combinata di energia elettrica ed energia termica che garantisce un significativo risparmio di energia rispetto alle produzioni separate Dlgs 20 8/02/07 (attuazione direttiva 2004/8/CE): Cogenerazione: la generazione simultanea in un unico processo di energia termica ed elettrica o energia termica e meccanica o di energia termica, elettrica e meccanica. Unità di cogenerazione: la sezione di impianto di produzione combinata di energia elettrica e calore.

9 2. Definizione Cogenerazione Classifica per dimensione Micro < 50 kw e DIRETTIVA 2004/8 CE Piccola < 1 MW e DIRETTIVA 2004/8 CE Media < 25 MW e Grande > 25 MW e

10 2. Definizione Cogenerazione INDICI CARATTERISTICI Un problema controverso nella valutazione dei sistemi di cogenerazione è quello della loro resa dal momento che essi presenteranno un certo rendimento meccanico/elettrico ed un certo rendimento termico. La sola valutazione del rendimento totale è fuorviante dal momento che si può ottenere un rendimento totale elevato con una grande frazione termica e l impianto può darsi risulti peggiore di un altro con un rendimento totale inferiore ma una grossa frazione elettrica. η tot =η e +η t

11 2. La Cogenerazione Indici caratteristici l IRE (Indice Risparmio Energetico): La definizione parte dalla domanda di combustibile per ottenere una certa energia elettrica E e ed una certa energia termica E t con dei rendimenti convenzionali assunti per i due sistemi η ec e η tc E cc = Ee Et η + η L impianto cogenerativo richiede invece: Da cui l IRE: IRE = INDICI CARATTERISTICI E E c E E cc cc ec e tc = Ee Et η + η c = 1 t η e + η ec 1 ηt η tc

12 2. La Cogenerazione Indici caratteristici INDICI CARATTERISTICI LT (Limite Termico) è il rapporto tra l energia termica utile annualmente prodotta e l effetto utile complessivamente generato su base annua dalla sezione di produzione combinata di energia elettrica e calore, pari alla somma dell energia elettrica netta e dell energia termica utile prodotte, riferiti all anno solare. LT = Et Ee+ Et Ee= energia elettrica netta prodotta Et = energia termica prodotta

13 2. Definizione Cogenerazione BENEFICI L ENERGIA ELETTRICA prodotta da cogenerazione gode dei seguenti benefici Dlgs 79/99 (art.2 comma 8) Dlgs 164/00 (art.2 lettera g): 1. Priorità dispacciamento 2. Ambientalmente sostenibile (o Rinnovabile) 3. Obbligo di ritiro 4. Defiscalizzazioni metano ALTO RENDIMENTO

14 2. Definizione Cogenerazione ALTO RENDIMENTO La produzione combinata di energia elettrica e calore ed eventualmente meccanica che rispetti precisi limiti in termini di risparmio energetico e di produzione minima di energia termica DLGS 20/07 art. 1 punto o: alto rendimento se la produzione mediane unità di cogenerazione fornisce un risparmio di energia primaria pari almeno al 10% rispetto ai valori di riferimento per la produzione separata di elettricità e di calore

16 3. Tecnologie per la cogenerazione 1. Motori alternativi (ciclo Otto o Diesel) 2. Turbine a gas 3. Turbine a vapore Micro/Piccola Generatore energia meccanica Alternatore Energia elettrica Recuperatore Calore Energia Termica

17 3. Tecnologie per la cogenerazione I sistemi impiegabili sono tuttavia caratterizzati da diversi rapporti elettrico/termico e da diversi campi operativi (taglie di impianto).

18 3. Tecnologie per la cogenerazione Un ultimo elemento importante da considerare è l influenza della temperatura del calore cogenerato sul rendimento elettrico che può essere rilevante per alcune tecnologie e nulla per altre:

19 3. Tecnologie per la cogenerazione MOTORI A COMBUSIONE INTERNA I motori alternativi a c.i. funzionano normalmente a gas, a gasolio e ad olio combustibile. Tipicamente il rendimento elettrico del motore può andare dal 25 al 40% generalmente con una crescita all aumentare della taglia. Il recupero è a due livelli termici, uno dell ordine di C dall acqua di raffreddamento ed uno a temperatura più alta per raffreddamento dei fumi.

20 3. Tecnologie per la cogenerazione MOTORI A COMBUSIONE INTERNA

23 3. Tecnologie per la cogenerazione TURBOGAS Le turbine (micro) sono alimentate prevalentemente a gas Tipicamente il rendimento elettrico è leggermente inferiore dei m.c.i. Recuperi a livelli termici elevati (produzione vapore)

24 3. Tecnologie per la cogenerazione TURBOGAS I turbogas sono le apparecchiature che negli ultimi anni hanno presentato i maggiori sviluppi tecnologici. Sono disponibili in potenze da pochi kw a 200 MW. Nelle piccole taglie presentano rendimenti dal 20 al 25% operando con ciclo semplice. Il rendimento ai carichi parziali viene molto penalizzato.

25 3. Tecnologie per la cogenerazione TURBOGAS I turbogas sono leggeri, compatti, richiedono pochi ausiliari. Sono molto sensibili alla qualità del combustibile e le spese di manutenzione variano in ragione della qualità del combustibile.

26 3. Tecnologie per la cogenerazione TURBOGAS

27 3. Tecnologie per la cogenerazione LAYOUT IMPIANTO Elettrico: - Isola - Parallelo - Serie Termico: - Parallelo - Isola

28 3. Tecnologie per la cogenerazione LAYOUT IMPIANTO Elettrico: Parallelo Termico: RETE ELE. NAZIONALE Cogeneratore Centrale Termica Parallelo

30 4. Vantaggi cogenerazione ENERGETICHE - Riduzione nel consumo di combustibili fossili - Sfruttamento di siti rinnovabili - Riduzione delle perdite energetiche nel trasporto AMBIENTALI - Riduzione delle grosse infrastrutture per il trasporto - Mitigazione del problema legato all elettrosmog - Riduzione delle emissioni in atmosfera SICUREZZA - Riduzione del rischio di black out - Alleggerimento del carico delle reti elettriche ECONOMICI - Risparmi sui costi per gli approvvigionamenti energetici - (acquisto della materia prima gas invece del prodotto finito energia elettrica )

31 4. Vantaggi cogenerazione Fattori che rendono la cogenerazione particolarmente interessante: GENERALE -Elevate potenze termiche o elettriche (economie di scala) -Consumi di elettricità e calore il più possibile costanti nel tempo, o variabili in modo da mantenere circa costante il loro rapporto -Garanzia del permanere della richiesta elettrica e termica ELETTRICO -Elevato costo unitario dell elettricità -Elevato valore dell eliminazione del rischio di black-out -Bassi costi di allacciamento alla rete elettrica nazionale TERMICO -Elevato costo del calore (es. usi civili) -Bassa temperatura del fluido termovettore. -Limitata estensione territoriale del bacino di utenza (investimento rete distribuzione, dispersioni termiche, consumi per trasporto)

33 5. Lo scambio sul posto Cessione in rete Scambio sul posto Rinnovabili < 20 kw p Cogenerazione < 20 kw p UTENZA ELETTRICA COGENERA. UTENZA ELETTRICA COGENERA. RETE ELETRICA NAZIONALE RETE ELETTRICA NAZIONALE

34 5. Lo scambio sul posto NORMATIVA DI RIFERIMENTO Dlgs 20, 8/02/2007: Articolo 6, comma 6: l Autorità per l energia elettrica e il gas emana la disciplina delle condizioni tecnico-economiche del servizio di scambio sul posto dell energia elettrica prodotta da impianti di cogenerazione ad alto rendimento con potenza nominale non superiore a 200 kw Delibera n. 74/08 Rende operativo lo scambio sul posto fino a 200 kwe per cogeneratori

35 5. Lo scambio sul posto Soggetti aventi titolo: NORMATIVA DI RIFERIMENTO Delibera n. 74/08 1. Il soggetto che richiede il diritto è un cliente finale o un soggetto mandatario del medesimo cliente finale; 2. Il cliente finale è titolare o dispone di: a) Impianti rinnovabili a fonti rinnovabili di potenza fino a 20 kw b) Impianti di cogenerazione ad alto rendimento di potenza fino a 200 kw 3. L utente di scambio deve essere controparte del contratto di acquisto riferito all energia elettrica prelevata sul punto di scambio 4. Il punto di connessione dell utente dello scambio (produzione e carico) è unico Operatività dal 1 Gennaio 2009 Net metering non esiste più, ma valorizzazione su fasce orarie

37 6. Definizione e tecnologie Trigenerazione Impianto per la produzione combinata di energia elettrica, energia termica ed energia frigo Energia Frigo Energia Termica 65 Energia Primaria IMPIANTO TRIGENERAZIONE 54 Energia Elettrica 25 Perdite

38 6. Definizione e tecnologie Trigenerazione La macchina ad assorbimento consta di un evaporatore, di un condensatore, di un assorbitore, di un generatore e di una pompa di soluzione. Il freddo viene prodotto nell evaporatore dove il refrigerante viene fatto evaporare e viene assorbito dalla soluzione assorbente.

39 6. Definizione e tecnologie Trigenerazione Le coppie principali di refrigerante/assorbente usate sono: - acqua/bromuro di litio - ammoniaca/acqua Proprietà Assorbitore: - range indicativo di potenza frigo: kw - COP: 0,5 1 - svantaggi: COP molto basso e un costo elevato (il costo aumenta al diminuire della temperatura del vettore) L utilizzo di queste macchine viene giustificato solamente dalla disponibilità di calore a basso costo calore da cogeneratore

40 6. Definizione e tecnologie Trigenerazione

41 Grazie per l attenzione