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 vantaggi della qualifica CAR e i Certificati Bianchi

3 Definizione di cogenerazione La cogenerazione è un processo in cui, in un medesimo impianto, si realizza la produzione di energia elettrica e termica ed entrambi i tipi di energia sono considerati prodotti utili; La cogenerazione consente di limitare i consumi energetici e consente un uso più razionale dell energia primaria, rispetto alla produzione separata. Risparmio (85 56) % Dott. Ing. M. Rivarolo

4 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.

5 Impianti per la cogenerazione

6 Micro - cogenerazione

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

8 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. Dott. Ing. M. Rivarolo

9 Cogenerazione nel 2008 Combustibili impiegati

10 Cogenerazione nel 2008 Potenza installata: 9,8 GW Tipologia di tecnologia

11 Cogenerazione nel 2015 Fonte: dati Terna elaborati da AEEGSI

12 Evoluzione in Italia POTENZA INSTALLATA NEL 2015: 26,6 GW Fonte: Terna, elab. AEEGSI

13 Cogenerazione nel 2015 ENERGIA EL. PRODOTTA: GWh (33,9% del totale nazionale) Fonte: Terna, elab. AEEGSI Dott. Ing. M. Rivarolo

14 Normativa nel tempo

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

16 Riconoscimento CAR CHP 1 HCHP E CHP Ref F H Ref E PES min

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20 Definizione di calore utile Il calore utile (HCHP) è calore prodotto da unità CHP e fornito a una rete di distribuzione o a un processo che lo utilizza. È calore che altrimenti sarebbe fornito da altre fonti.

21 Rendimento elettrico di riferimento Ref E es p Il rendimento elettrico di riferimento ηes viene calcolato considerando il PCI del combustibile in condizioni ISO, cioè: Temperatura 15 C Pressione bar Umidità relativa 60% I valori di ηes dipendono anche dall anno di costruzione.

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23 Perdite di rete: il fattore p Poiché gli impianti CHP devono produrre calore utile, essi sono generalmente situati nei pressi degli utenti di calore. Non è detto che sia la stessa cosa per quanto riguarda gli utenti di energia elettrica. In generale, ridurre il trasporto di energia elettrica, favorendo il consumo presso il sito di produzione (autoconsumo), permette di ridurre le perdite di rete. Tale riduzione delle perdite dipende dal livello di tensione con cui l impianto CHP è connesso alla rete elettrica. La direttiva prevede quindi benefici per la parte di energia elettrica consumata in sito.

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26 Schema di principio calcolo CAR Dott. Ing. M. Rivarolo

27 Schema di principio calcolo CAR Dott. Ing. M. Rivarolo

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31 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) Dott. Ing. M. Rivarolo

32 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! Dott. Ing. M. Rivarolo

33 Calcolo del rendimento globale Dott. Ing. M. Rivarolo

34 Il coefficiente β 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.

35 Calcolo del PES STEP 1 si calcola il rendimento elettrico, escludendo la parte CHP: EL, nochp E H F β è un coefficiente che rappresenta la mancata produzione elettrica dovuta a estrazione di vapore nelle turbine a vapore (se presenti nell impianto) per scopi cogenerativi. Se non ci sono turbine a vapore, ovviamente β=0. CHP STEP 2 Si calcola l indice elettrico: C EL, nochp overall overall EL, nochp E C CHP H CHP

36 Calcolo del PES STEP 3 Avendo calcolato l indice elettrico (rapporto tra energia elettrica CHP e calore utile), si divide l impianto in parti CHP e non-chp E C CHP H CHP E nochp E E CHP F nochp E nochp EL, nochp F CHP F nochp STEP 4 Ora si può calcolare il PES, considerando solo la parte CHP F Dott. Ing. M. Rivarolo

37 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) Dott. Ing. M. Rivarolo 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)

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

39 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.

40 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: K 1,4 11,3 (10 1) 1,2 (16 10) 16 1,269 Dott. Ing. M. Rivarolo

41 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) 114,83 /TEE (2015) Tuttavia, al fine di ottenere ricavi più alti, la maggior parte dei produttori ha scelto Di negoziare i valori dei CB (o TEE).

42 Cogenerazione ad Alto Rendimento (2011) Energia elettrica prodotta: 17,9 TWh Fonte: AEEGSI GWh Produzione di energia classificabile come cogenerativa (2004/8/CE) dalle diverse tecnologie impiantistiche (anno 2011) 1,07 Produzione lorda totale di energia elettrica Energia elettrica qualificabile come cogenerativa Produzione di energia termica utile Indice elettrico medio 0,62 0,39 0,27 0,71 0 Motori a combustione interna Turbine a gas Turbine a vapore in contropressione Turbine a vapore a cond. e spillamento Cicli combinati

43 GWh Dott. Ing. M. Rivarolo Cogenerazione ad Alto Rendimento (2014) Energia elettrica prodotta: 21,2 TWh Produzione di energia classificabile come cogenerativa (2004/8/CE) dalle diverse tecnologie impiantistiche (anno 2013) 1,07 0,60 Produzione lorda totale di energia elettrica Energia elettrica qualificabile come cogenerativa Produzione di energia termica utile Indice elettrico medio Fonte: AEEGSI 0, ,34 0, Motori a combustione interna Turbine a gas Turbine a vapore in contropressione Turbine a vapore a cond. e spillamento Cicli combinati

44 GWh Dott. Ing. M. Rivarolo Cogenerazione (2014) Energia elettrica prodotta: 91,3 TWh Produzione combinata di energia elettrica e calore dalle diverse tecnologie impiantistiche in Italia (anno 2013) Produzione lorda totale di energia elettrica Produzione di energia termica utile Fonte: AEEGSI 2, ,35 Indice elettrico medio , ,31 0,40 0 Motori a combustione interna Turbine a gas Turbine a vapore in contropressione Turbine a vapore a cond. e spillamento Cicli combinati

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

46 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 ricava: Rendimento elettrico di riferimento 52,5 % (impianto a GN)

47 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 E E E E C T ,8 0,68 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.

48 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: E E 333 0, ,8 E T nonchp, E EC 0,545 C eff 0,545 0,2170,80 0,80 0,545 1,456

49 Calcolo della parte cogenerativa A questo punto, avendo calcolato l indice elettrico, è possibile dividere la parte cogenerativa da quella non cogenerativa: E CHP 1, GWh E NONCHP GWh 164 C 301GWh 0,545 E NONCHP E C 656, , 8GWh A questo punto posso calcolare il PES; solo sulla parte cogenerativa, e calcolare il numero di Certificati Bianchi, sempre sulla parte cogenerativa.

50 Calcolo del PES e dei CB Il PES viene calcolato solo sulla parte cogenerativa dell impianto: 355,8 PES 1 0, ,90 0,525 A questo punto posso calcolare RISP e il numero di certificati bianchi: CB RISP 0, 086 k RISP 321,9 128,9 355,8 95GWh 95000MWh CB ,0861, Considerando il prezzo di ritiro del 2014, si ottiene un guadagno pari a: CB ,83 1,04M

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