Cogenerazione Termotecnica Industriale Pompe di Calore Milano, 27 giugno 2013!
La cogenerazione tra legislazione e normativa tecnica: lo stato dell arte e qualche novità Prof. Ing. Michele Bianchi Dipartimento Ingegneria Industriale Università di Bologna Coordinatore GL 405 «Cogenerazione e Poligenerazione» CTI 1
Cogenerazione ad Alto Rendimento (CAR) Decreto Bersani AEEG 42/02 2004/8/CE D.Lgs. 20/07 Decreti MSE 4/8/2011 5/9/2011 Linee Guida CAR 1 aprile 99 2002 2004 7 mar 2007 1 gen 2011 gen 2012 Le unità di cogenerazione entrate in esercizio dopo il 1 gennaio 2011 sono considerate CAR se rispondono ai requisiti del decreto 4 agosto 2011 Le unità di cogenerazione entrate in esercizio tra il 7 marzo 2007 e il 31 dicembre 2010 sono ammesse ai benefici del decreto 5 settembre 2011 se CAR oppure se riconosciute cogenerative secondo la delibera AEEG 42/02 e successive modifiche ed integrazioni Le unità di cogenerazione entrate in esercizio tra il 1 aprile 1999 e il 7 marzo 2007 sono ammesse ai benefici del decreto 5 settembre 2011 se riconosciute cogenerative ai sensi delle norme applicabili alla data di entrata in esercizio 2 2
Le condizioni per il riconoscimento CAR A) RAPPRESENTARE UN RISPARMIO DI COMBUSTIBILE RISPETTO ALLA PRODUZIONE SEPARATA PES 1 Ec Ee E t es p ts PES Confronto con la produzione centralizzata di grossa taglia (es=52,5%) Requisiti meno stringenti per la piccola cogenerazione (PES > 0) Trattamento di favore per l energia elettrica prodotta in BT e autoconsumata (p = 0,86) Calcolo del PES sulla produzione elettrica lorda Rendimento termico non più differenziato tra usi civili ed industriali LIM 3 3
Le condizioni per il riconoscimento CAR B) SODDISFARE UNA EFFETTIVA RICHIESTA DI CALORE UTILE I benefici sull energia elettrica prodotta sono proporzionali alla produzione di calore utile (riguardano tutta l energia elettrica se e + t > 0,75) nella microcogenerazione è consentito stimare la produzione di calore utile Le condense di ritorno vengono considerate come liquido a 15 C 4 4
La normativa tecnica Codice norma Titolo UNI 9927:1992 UNI 9923:1992 UNI 7582:1988 UNI 8887:1987 (in inchiesta publica) Gruppi per la produzione combinata di energia elettrica e calore azionati da motori alternativi a combustione interna Metodi di prova in campo Centrali termoelettriche Smaltimento all ambiente del calore di condensazione Terminologia, classificazione e grandezze caratteristiche Generatori di vapore Direttive per il lavaggio chimico lato acqua-vapore Sistemi per processi di cogenerazione Definizioni e classificazione 5
La vecchia norma 8887: «Sistemi per processi di cogenerazione» 6
La vecchia norma 8887: gli indici energetici 7
La nuova norma 8887 Aggiornare «terminologia», «definizioni» e «classificazioni», in accordo alla legislazione vigente; 8
La nuova norma 8887 Aggiornare «terminologia», «definizioni» e «classificazioni», in accordo alla legislazione vigente; Aggiornare «indici energetici», in accordo alla legislazione vigente: 9
La nuova norma 8887 Aggiornare «terminologia», «definizioni» e «classificazioni», in accordo alla legislazione vigente; Aggiornare «indici energetici», in accordo alla legislazione vigente: 10
La nuova norma 8887 Aggiornare «terminologia», «definizioni» e «classificazioni», in accordo alla legislazione vigente; Aggiornare «indici energetici», in accordo alla legislazione vigente; Introdurre nuovi indici per il calcolo delle emissioni di un cogeneratore 11
La nuova norma 8887: indici sulle emissioni H 2 O N 2 O 2 CO 2 altro 12
La emissioni di un cogeneratore: il raggio di azione stratosfera troposfera mesosfera spostamento verticale [km] 10 2 10 1 1 0.1 0.01 O 3 ore giorni idrocarburi SO 2 NOx NH 3 particolato mesi CO anni decenni CO 2 1 10 100 1000 10000 spostamento orizzontale [km] CH 4 altri gas serra tempo di residenza nell'atmosfera comunale Impatto locale provinciale regionale nazionale e internazionale Impatto globale 13
La emissioni di un cogeneratore: l unità di misura input based combustibile la concentrazione di inquinante nei fumi (mg/nm 3 ): non immediato il legame con l energia del combustibile e nessuna informazione sull efficienza della conversione Emissione per unità di energia del combustibile (mg/kcal): nessuna informazione sull efficienza della conversione output based Energia utile Emissione per unità di energia utile prodotta (mg/kwh): chiaro indicatore del rapporto tra il costo ambientale ed il beneficio per la collettività 14
La emissioni di un cogeneratore: l unità di misura il cogeneratore è visto dall attuale normativa in materia ambientale (di tipo «input based») come una caldaia o come un generatore elettrico non si tiene conto del doppio prodotto (elettricità e calore) 15
La emissioni di un cogeneratore: i limiti di una normativa «input based». Quali vincoli di legge? assoggettare un sistema CHP agli stessi limiti autorizzativi ambientali previsti per il motore primo non CHP: idoneo per cogeneratori topping (MCI, MTG, TG, ecc.) dove l energia elettrica è l effetto utile primario e il termico è il sottoprodotto del ciclo termodinamico assoggettare un sistema CHP agli stessi limiti autorizzativi ambientali previsti per un impianto di sola generazione di calore (caldaia): idoneo per cogeneratori bottoming (ORC, TPV, ecc.) dove la produzione di elettricità è di secondaria importanza e avviene sfruttando il calore recuperato da un processo di combustione dedicato alla produzione termica assoggettare un sistema cogenerativo a limiti autorizzativi ambientali appositamente introdotti per la cogenerazione 16
La emissioni di un cogeneratore: gli indici proposti dalla nuova norma UNI 8887 Metodo della caldaia evitata: criterio basato sulla valutazione degli inquinanti a impatto locale Indice di Risparmio Ambientale: confronto con la produzione separata per inquinanti ad impatto globale 17
Il metodo della caldaia evitata Il beneficio ambientale della cogenerazione è legato al fatto che, grazie al recupero termico, posso evitare di tenere in esercizio una caldaia, risparmiandone le emissioni. Motore non cogenerativo E e E t In cogenerazione E e E t E t 18
Il metodo della caldaia evitata Il beneficio ambientale della cogenerazione è legato al fatto che, grazie al recupero termico, posso evitare di tenere in esercizio una caldaia, risparmiandone le emissioni. cog ca mino A t t E E B t e E E cog t nocog t t e emissioni del cogeneratore emissioni al camino emissioni di riferimento della caldaia evitata produzione termica del cogeneratore produzione elettrica del cogeneratore 19
Il metodo della caldaia evitata t t Il rendimento di riferimento della caldaia evitata può essere scelto: secondo la Decisione 2007/74/CE (0.9 per gas naturale) secondo AEEG 42/02 (0.8 per civile, 0.9 per industriale) secondo Scheda Tecnica 21 (delibere AEEG 177/05 e 187/05) utilizzando t 0.77 0.03log Pn ( kw ) Le emissioni di riferimento della caldaia evitata possono essere scelte: secondo le classi di merito previste nelle norme UNI EN 483, 656 utilizzando i limiti imposti dalle autorità competenti alle caldaie 20
L Indice di Risparmio Ambientale ESI Le emissioni della cogenerazione vengono messe in relazione con le emissioni della grande produzione separata di elettricità e calore. ESI A A B C B 1 e e t t E E t e Produzione separata ambito locale Cogenerazione A C km E e E t E e E t 21
L Indice di Risparmio Ambientale ESI Il rendimento elettrico di confronto può essere scelto: e e secondo la Decisione 2007/74/CE (in funzione al combustibile) secondo AEEG 42/02 (in funzione di taglia e combustibile) Le emissioni di riferimento della produzione elettrica: valori medi della produzione nazionale BAT ESI richiede inoltre i valori di riferimento del termico (come il metodo caldaia evitata ): t t 22
Un esempio numerico Cogeneratore MCI Riferimenti impiegati Rendimento termico 0.50 Rendimento termico caldaia evitata (Decisione 2007/74/CE) 0.90 Rendimento elettrico 0.35 Rendimento globale 0.85 NOx: emissione caldaia evitata [mg/kwh pci ] ( secondo Norme UNI 297, 483 & 656) 200 Emissioni di NOx [mg/kwh pci ] 200 Risultati concentrazione [mg/nm 3 ] 175 Emissioni input based [mg/kwh pci ] 200 emissioni del motore al camino[mg/kwh e ] 571 emissioni evitate [mg/kwh e ] (metodo caldaia evitata) 317 emissioni equivalenti del motore cogenerativo [mg/kwh e ] 254 23
Un secondo esempio numerico Cogeneratore MCI Riferimenti impiegati Rendimento termico 0.50 Rendimento termico caldaia evitata (Decisione 2007/74/CE) 0.90 Rendimento elettrico 0.35 Rendimento globale 0.85 NOx: emissione caldaia evitata [mg/kwh pci ] ( Norme UNI 297, 483 & 656) 100 Emissioni di NOx [mg/kwh pci ] 200 Risultati concentrazione [mg/nm 3 ] 175 Emissioni input based [mg/kwh pci ] 200 emissioni del motore al camino[mg/kwh e ] 571 emissioni evitate [mg/kwh e ] (metodo caldaia evitata) 159 emissioni equivalenti del motore cogenerativo [mg/kwh e ] 412 24
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