Mod. E03 Certificati bianchi TEE Titoli di efficienza energetica: opportunità per le imprese. TEE per CAR (Cogenerazione Alto Rendimento) ing. Fabio Minchio, Ph.D. 4 giugno 2013
Richiami fondamentali sulla cogenerazione
Richiami fondamentali sulla cogenerazione
Valutazione efficienza: indice PES La nuova definizione di cogenerazione La normativa relativa agli impianti di cogenerazione ha subito recentemente, nell autunno del 2011, importanti cambiamenti. I provvedimenti di riferimento da citare in proposito sono: il D.M. 4 agosto 2011, modalità di riconoscimento della cogenerazione ad alto rendimento (CAR); il D.M. 5 settembre 2011, nuovo regime di incentivazione della cogenerazione; la nota delle Agenzie delle Dogane n. 75649 del 6 settembre 2011, nuovo regime fiscale sul gas naturale impiegato per la cogenerazione. I due Decreti citati costituiscono l attuazione del D.lgs 8 febbraio 2007 n. 20 Attuazione della direttiva 2004/8/CE sulla promozione della cogenerazione basata su una domanda di calore utile nel mercato interno dell'energia, nonchè modifica alla direttiva 92/42/CEE.
Valutazione efficienza: indice PES La nuova definizione di cogenerazione I due Decreti recenti hanno finalità diverse: il D.M. 4 agosto 2011 introduce i nuovi criteri per determinare se un impianto di cogenerazione rispetta i requisiti stabiliti dalla nuova definizione di CAR in sostituzione dei criteri in vigore fino alla fine del 2010 definiti dalla Del. 42/02 e s.m.i.; il D.M. 5 settembre 2011 introduce invece i criteri che stabiliscono l assegnazione dei certificati bianchi (titoli di efficienza energetica), nuovo meccanismo di incentivazione a sostegno degli impianti CAR atteso da moltissimo tempo.
Valutazione efficienza: indice PES La nuova definizione di cogenerazione Il Decreto n. 20 ha di fatto recepito la direttiva europea sulla promozione della cogenerazione che ha introdotto importanti modifiche relativamente alla definizione di Cogenerazione ad Alto Rendimento (CAR). Innanzitutto è opportuno ricordare le definizioni di piccola e micro-cogenerazione: unità di piccola cogenerazione: un'unita' di cogenerazione con una capacità di generazione installata inferiore a 1 MWe; unità di microcogenerazione: un'unita' di cogenerazione con una capacità di generazionemassima inferiore a 50 kwe.
Valutazione efficienza: indice PES La nuova definizione di cogenerazione Il rendimento globale di una unità di cogenerazione si determina come segue: l energia prodotta dalla unità di cogenerazione Ep (somma dell energia elettrica, dell energia meccanica e del calore utile) nell anno solare, divisa per l'energia di alimentazione consumata dalla unità di cogenerazione Ec nello stesso periodo. Il calcolo del rendimento globale deve basarsi sui valori di esercizio della unità di cogenerazione specifica, misurati nel periodo. Per le sole sezioni di micro cogenerazione, è consentito sostituire la misura della quantità di calore utile con una stima della stessa quantità. Esempi di calore utile sono i seguenti: calore utilizzato in processi industriali; calore utilizzato per il riscaldamento o il raffreddamento di ambienti; i gas di scarico di un processo di cogenerazione utilizzati direttamente per essiccare.
Valutazione efficienza: indice PES La nuova definizione di cogenerazione Non è considerato come calore utile il calore disperso nell'ambiente senza alcun impiego. Esempi di calore non utile sono: il calore disperso da camini e tubi di scappamento; il calore dissipato in condensatori o altri dispositivi di smaltimento; il calore utilizzato per il funzionamento dell impianto di cogenerazione (ad esempio, per il riscaldamento dell'acqua di alimentazione di caldaie a recupero di calore). Se l energia termica viene utilizzata sotto forma di acqua calda, il calore di ritorno verso l impianto di cogenerazione non è considerato come calore utile, e va quindi escluso dal calcolo degli indici energetici. Se l energia termica viene utilizzata sotto forma di vapore, il calore contenuto nella condensa di ritorno verso l impianto di cogenerazione è considerato calore utile, e può quindi essere incluso nel calcolo degli indici energetici.
Valutazione efficienza: indice PES La nuova definizione di cogenerazione Nel calcolo del risparmio di energia primaria, i valori misurati della produzione di energia elettrica e di calore utile possono essere portati in conto interamente se il rendimento globale della unità di cogenerazione è pari o superiore: all'80 % per le sezioni con turbina a gas a ciclo combinato con recupero di calore e per le sezioni con turbina di condensazione a estrazione di vapore; al 75 % per tutti gli altri tipi di unità di cogenerazione. Se il rendimento globale della unità di cogenerazione è inferiore a detti valori di soglia, si assume che vi sia produzione di energia elettrica non in cogenerazione.
Valutazione efficienza: indice PES La nuova definizione di cogenerazione Per la parte con cogenerazione, l'operatore dell'impianto rileva, per tutto il periodo di riferimento, il diagramma di carico del calore (domanda di calore utile in funzione del tempo) ed individua gli eventuali periodi in cui la unità di cogenerazione funziona in cogenerazione. Per ciascuno di tali periodi, l'operatore misura la produzione reale di calore utile HCHP e di energia elettrica ECHP della unità di cogenerazione. Con questi dati determina il "rapporto energia/calore" effettivo (Ceff). Il rapporto Ceff consente all'operatore di calcolare quale parte dell'energia elettrica misurata nel periodo di riferimento è riconosciuta come energia elettrica cogenerata. A questo fine, l operatore calcola il prodotto HCHP Ceff e lo confronta con la produzione elettrica totale Et dell impianto nel periodo di riferimento. Il minore tra tali due valori è assunto pari all energia elettrica cogenerata ECHP.
Valutazione efficienza: indice PES La nuova definizione di cogenerazione Per la parte con cogenerazione, l'operatore dell'impianto rileva, per tutto il periodo di riferimento, il diagramma di carico del calore (domanda di calore utile in funzione del tempo) ed individua gli eventuali periodi in cui la unità di cogenerazione funziona in cogenerazione. Per ciascuno di tali periodi, l'operatore misura la produzione reale di calore utile HCHP e di energia elettrica ECHP della unità di cogenerazione. Con questi dati determina il "rapporto energia/calore" effettivo (Ceff). Il rapporto Ceff consente all'operatore di calcolare quale parte dell'energia elettrica misurata nel periodo di riferimento è riconosciuta come energia elettrica cogenerata. A questo fine, l operatore calcola il prodotto HCHP Ceff e lo confronta con la produzione elettrica totale Et dell impianto nel periodo di riferimento. Il minore tra tali due valori è assunto pari all energia elettrica cogenerata ECHP.
Valutazione efficienza: indice PES La nuova definizione di cogenerazione Il risparmio di energia primaria PES (Primary Energy Saving) fornito dalla produzione mediante cogenerazione è calcolato secondo la seguente formula: CHP Hη è il rendimento termico della produzione mediante cogenerazione, definito CHP Hη è il rendimento termico della produzione mediante cogenerazione, definito come la quantità annua di calore utile divisa per l energia contenuta nell intero combustibile di alimentazione, impiegato per produrre sia il calore utile che l'energia elettrica da cogenerazione. Ref Hη è il valore di rendimento di riferimento per la produzione separata di calore. CHP Eη è il rendimento elettrico della produzione mediante cogenerazione, definito come energia elettrica annua da cogenerazione divisa per l energia contenuta nell intero combustibile di alimentazione, impiegato per produrre sia il calore utile che l'energia elettrica da cogenerazione. Ref Eη è il valore di rendimento di riferimento per la produzione separata di energia elettrica
Valutazione efficienza: indice PES La nuova definizione di cogenerazione I valori di rendimento di riferimento per la produzione separata di energia elettrica e di calore sono definiti negli allegati del Decreto in funzione del combustibile utilizzato dal cogeneratore. Al valore di rendimento di riferimento per la produzione separata di energia elettrica si applicano i fattori di correzione per le condizioni climatiche; il valore risultante è rettificato con i fattori di correzione per le perdite evitate sulla rete. La cogenerazione ad alto rendimento risponde ai seguenti due criteri: la produzione mediante cogenerazione delle unità di cogenerazione fornisce un risparmio di energia primaria pari almeno al 10 %; la produzione mediante unità di piccola cogenerazione e di microcogenerazione che forniscono un risparmio di energia primaria (di qualsiasi entità) è assimilata alla cogenerazione ad alto rendimento.
Il regime di incentivazione Il Decreto 05/09/2011 chiarisce che le unità di cogenerazione entrate in esercizio dal 1 gennaio 2011 sono considerate CAR (Cogenerazione Alto Rendimento) se rispondono ai requisiti appena descritti. Le unità CAR hanno diritto al rilascio dei certificati bianchi, in numero commisurato al risparmio di energia primaria RISP realizzato nell anno, calcolato come segue: RISP è il risparmio di energia primaria [MWh] nell anno solare ECHP è l energia elettrica [MWh] prodotta in cogenerazione nell anno solare HCHP è l energia termica utile [MWh] prodotta in cogenerazione nell anno solare E,RIF è il rendimento medio convenzionale del parco di produzione elettrica italiano, assunto pari a 0,46, corretto in funzione della tensione di allacciamento, della quantità di energia auto-consumata e della quantità di energia immessa in rete. T,RIF è il rendimento medio convenzionale del parco di produzione termico italiano, assunto pari a 0,82 nel caso di utilizzo diretto dei gas di scarico e pari a 0,9 nel caso di produzione di vapore/acqua calda. FCHP è l energia del combustibile [MWh] consumata in cogenerazione nell anno solare
Il regime di incentivazione Va fatto notare che il valore di rendimento elettrico di riferimento utilizzato da questo Decreto ai fini dell incentivazione sono diversi (e più favorevoli) rispetto a quelli utilizzati per verificare i requisiti CAR stabiliti dal D.M. 4 agosto 2011 descritto nel paragrafo precedente. L operatore la cui unità sia riconosciuta CAR in un dato anno ha diritto ad un numero di certificati bianchi pari a: RISP 0,086 è il risparmio (se positivo) espresso in tep K è un coefficiente di armonizzazione in funzione della potenza elettrica installata (pari a 1,4 nel caso di impianti di potenza fino a 1 MW e ) I certificati bianchi sono riconosciuti per 10 anni solari per le unità di cogenerazione entrate in esercizio dal 7 marzo 2007 15 anni solari per le unità di cogenerazione entrate in esercizio dal 7 marzo 2007 abbinate a reti di teleriscaldamento 5 anni solari per le unità di cogenerazione entrate in esercizio dal 1 aprile 1999 e prima del 7 marzo 2007, nel limite del 30% di quanto riconosciuto per le unità dei punti precedenti.
Il regime di incentivazione I certificati bianchi riconosciuti sono ascrivibili alla II tipologia (interventi per il risparmio di gas naturale). La valorizzazione economica dei certificati bianchi avviene attraverso due possibili modalità (secondo il meccanismo introdotto dai D.M. 20 luglio 2004 e s.m.i. e dalle relative regole stabilite dall AEEG): Vendita dei TEE ai soggetti obbligati (attraverso la piattaforma di mercato apposita operante con meccanismo di aste periodiche o attraverso contrattazione bilaterale) ritiro dal parte del G.S.E. a prezzo prestabilito (per il 2012 pari a 86,98 /tep).
Trigenerazione Nei settori non industriali l applicazione della cogenerazione trova un rilevante ostacolo nel fatto che il numero di ore annue di impiego del calore prodotto è limitato. E dunque auspicabile l impiego di dispositivi in grado di sfruttare tale energia termica a media o alta temperatura per produrre energia frigorifera utilizzabile nei mesi estivi per la climatizzazione degli ambienti (CHCP, Combined Heat, Cool and Power).
Tecnologie e combustibili Alternativi a ciclo Otto Motori a combustione interna Alternativi a ciclo Diesel Turbine a gas Cicli combinati Cicli a vapore a contropressione Motori a combustione esterna Cicli a vapore a condensazione e spillamento Motori Stirling Motori Spilling Celle a combustibile Cicli ORC
Motori a ciclo Otto a gas 0-1: aspirazione 1-2: compressione 2-3: combustione 3-4: espansione 4-5: scarico 5-0: espulsione Cogenerazione: motori alternativi a c.i.
Cogenerazione: esempio investimento Si riporta a titolo di esempio, un analisi condotta presso uno stabilimento produttivo che richiede acqua calda di processo a 75 C per complessivi 200 m 3 /giorno. Il profilo di carico costante durante i giorni feriali e dimezzato al sabato presenta un andamento interessante per l accoppiamento con un cogeneratore a gas (motore endotermico) La selezione della potenza elettrica e della conseguente potenza termica sono i seguenti: Massimizzazione delle ore di funzionamento del cogeneratore al fine di garantire un adeguato ritorno economico (almeno 5000 ore/anno); Massimizzazione dell utilizzo dell energia termica in cogenerazione durante tutto l anno, non è infatti in generale conveniente produrre energia elettrica senza utilizzare contemporaneamente l energia termica
Cogenerazione: esempio investimento Si riporta a titolo di esempio, un analisi condotta presso uno stabilimento produttivo che richiede acqua calda di processo a 75 C per complessivi 200 m 3 /giorno. Il profilo di carico costante durante i giorni feriali e dimezzato al sabato presenta un andamento interessante per l accoppiamento con un cogeneratore a gas (motore endotermico) La selezione della potenza elettrica e della conseguente potenza termica sono i seguenti: Massimizzazione delle ore di funzionamento del cogeneratore al fine di garantire un adeguato ritorno economico (almeno 5000 ore/anno); Massimizzazione dell utilizzo dell energia termica in cogenerazione durante tutto l anno, non è infatti in generale conveniente produrre energia elettrica senza utilizzare contemporaneamente l energia termica Raggiungimento di un rendimento globale superiore al 75% per avere in automatico tutta l energia elettrica prodotta come cogenerata e massimizzare l incasso di TEE
Cogenerazione: esempio investimento Il motore selezionato presenta le seguenti caratteristiche: kw 100% 75% 50% 0% Potenza elettrica totale 600 450 300 0 Potenza termica 693 549 408 0 Potenza primaria 1428 1102 783 0 La strategia di gestione ipotizzata prevede di fatto un inseguimento termico, con riduzione della potenza elettrica quando il carico termico diventa inferiore al 100% e al 75%; si prevede lo spegnimento del motore a carico nullo, con operatività minima in parzializzazione al 50%. Con queste ipotesi il cogeneratore è in grado di operare per ben 5664 ore quasi sempre a pieno carico, con spegnimento totale nel mese di agosto e nei weekend di tutto l anno.
Cogenerazione: esempio investimento D.M. 4 agosto 2011 PES 28.93% CHPHƞ 48.53% CHPEƞ 42.02% RefHƞ 90% RefEƞ 48.4% RefEƞ_base 52.50% Percentuale energia elettrica autoconsumata 81% Percentuale energia elettrica ceduta alla rete 19% Correzzione livello tensione energia autocons 92.50% Correzzione livello tensione energia ceduta 94.50% Correzzione zona climatica -0.37% Energia elettrica prodotta in cogenerazione kwh 3398400 Energia termica utile prodotta in cogenerazione kwh 3925152 Energia primaria kwh 8088192 Rendimento globale % 90.5%
Cogenerazione: ammontare TEE D.M. 5 settembre 2011 RISP (MWh) 4227 ƞerif 43% ƞtrif 90% TEE (CB) 508 Euro/anno 44,185.84 10 anni 441,858.40 Costo bolletta 423,909.43 Risparmio Bolletta Gas Naturale 205,720.75 Risparmio Bolletta Energia Elettrica 412,410.00 Ricavi energia ceduta 48,026.00
Cogenerazione: esempio investimento Analisi economica: Investimento pari a 800.000,00 (si tratta di una stima da verificare sulla base della valutazione delle opere di adeguamento necessarie per l installazione del gruppo di cogenerazione stesso) Contratto di manutenzione full service con costo stimato pari a 9 /h di funzionamento del motore Assenza di incremento del costo del gas naturale e dell energia elettrica nel tempo (ipotesi cautelativa) Costo gas naturale 0.5 /m 3 Costo energia elettrica 0.15 /kwh (al netto delle accise da versare sull autoconsumo) 100% mezzi propri 5% tasso attualizzazione
Cogenerazione: analisi investimento SENZA TEE
Cogenerazione: analisi investimento con TEE
Cogenerazione: ORC, cicli combinati?