Ecocity: Impianto di

cogenerazione nel Comune di Casalecchio di Reno

Servizio Sistemi Ambientali marzo 2005 Sezione Provinciale di Bologna Relazione Definitiva

Il presente rapporto è stato redatto a cura di:

Samantha Arda

Annamaria Benedetti

Bianca Maria Billi

Maurizio Busetto

Franco Ferrari

Pierpaolo Franceschi

Linda Passoni

Silvana Pieromaldi

Vanes Poluzzi

Sergio Ricciardelli

Marina Ridolfi

Silvano Ruiba

Luigi Vicari

1. Premessa 2

2. L’impianto di cogenerazione 3

2.1 Combustibile utilizzato e inquinanti emessi in atmosfera 4

2.2 Sistema di monitoraggio e di contenimento delle emissioni 5

2.3 Ubicazione dell’impianto 7

3. Monitoraggio 8

3.1 I venti 8

3.2 Campagne di monitoraggio 17

4. Stime modellistiche; confronto fra scenari 34

4.1 Confronto fra camini a diverse altezze 34

4.2 Confronto fra teleriscaldamento e caldaie murali 40

5. Conclusioni 47

Pag.2 di 47

1. PREMESSA

All'interno del progetto per la distribuzione di energia termica tramite reti di

teleriscaldamento, già attivata in ampie zone della città e destinata a svilupparsi

ulteriormente soprattutto nell'ambito dei nuovi insediamenti, SEABO S.p.A. aveva

previsto la costruzione di un nuovo impianto di cogenerazione, finalizzato

prevalentemente alla produzione di energia termica, per il servizio delle aree di nuova

urbanizzazione denominate "A" e "B" nel Comune di Casalecchio di Reno. Tale

intervento è consistito nella sostituzione delle centrali termiche condominiali e delle

caldaie autonome concentrando il sistema di produzione dell’energia in un unico punto

maggiormente controllabile relativamente alle emissioni in atmosfera di sostanze

inquinanti.

Al fine di valutare l’impatto sulla qualità dell’aria del nuovo impianto si è ritenuto

opportuno prevedere una serie di attività atte a caratterizzare la situazione ambientale

sia preesistente che dopo la messa in funzione dell'impianto, costituite da:

• analisi della situazione dei venti prevalenti nell’area limitrofa all’intervento;

• monitoraggio ante e post operam delle concentrazioni di NOx in atmosfera:

nelle zone interessate direttamente o indirettamente dalla realizzazione

dell'intervento, sono stati fissati tredici punti in cui posizionare i campionatori

passivi per una durata di due settimane;

• utilizzo di un modello di dispersione di inquinanti in atmosfera finalizzato a:

- confronto fra scenari che prevedono l’utilizzo di differenti altezze dei camini

dell’impianto.

- confronto fra lo scenario che prevede le utenze delle zone A e B servite

unicamente dal teleriscaldamento e quello che si avrebbe se tali utenze avessero

installate caldaie murali singole.

Pag.3 di 47

2. L’IMPIANTO DI COGENERAZIONE

L’impianto di cogenerazione Ecocity di Casalecchio di Reno è costituito da tre sezioni

impiantistiche principali:

1. Sezione di cogenerazione (due cogeneratori a motori endotermici alternativi). 2. Sezione centrale termica (quattro generatori termici formati da corpo caldaia e

bruciatore). 3. Sezione di pompaggio (due gruppi di 5 e 3 pompe di teleriscaldamento).

La sua priorità funzionale è la produzione di energia termica da utilizzare come

alimentazione della rete di teleriscaldamento a servizio di due distinti bacini di utenza,

denominati zona “A” e zona “B”, del Comune di Casalecchio di Reno.

Tale impianto non comporta un’attività emissiva integrativa bensì alternativa a quanto si

sarebbe comunque dovuto impiantare per soddisfare le necessità energetiche ovvero alle

caldaie nei singoli appartamenti delle zone servite. Di fatto la centrale di cogenerazione

concentrerà in un unico punto controllato le emissioni in atmosfera che altrimenti

sarebbero state rilasciate da un considerevole numero di impianti autonomi o

centralizzati con una conseguente capillare diffusione sul territorio di punti di emissione

non controllati o difficilmente controllabili.

La messa in esercizio dell’impianto ha sostituito la tre centrali termiche provvisorie a

servizio della zona A e quattro a servizio della zona B.

Finalità secondaria dell’impianto è la produzione di energia elettrica, destinata in parte

al funzionamento dell’impianto stesso ed in parte al vettoriamento per il suo utilizzo

tramite collegamento in parallelo con la rete di distribuzione pubblica in media tensione.

La sezione di cogenerazione rimane attiva anche nel periodo estivo, durante il quale la

richiesta di calore è ridotta la minimo, in modo da poter comunque produrre ed erogare

una quota di energia elettrica. Solo in casi eccezionali si ricorrerà alla dissipazione in

atmosfera dell’energia termica prodotta.

L’impianto, nella sua globalità, è in grado di generare una potenza di 29980 kW di cui

25940 kW di potenza termica e 4040 kW di potenza elettrica. Il rendimento

complessivo dell’impianto è di 0.87, per cui per generare 29980 kW la potenza

immessa risulta di 34312 kW.

Pag.4 di 47

2.1 COMBUSTIBILE UTILIZZATO E INQUINANTI EMESSI IN

ATMOSFERA

Il combustibile utilizzato per tutte le macchine termiche costituenti l’impianto è

esclusivamente il gas naturale della rete di distribuzione cittadina, alimentata dal

sistema SNAM, di cui si riporta la composizione molare:

Elio ≤ 0.001% Iso-Pentano = 0.010%

Metano = 98.720% Normal-Pentano ≤ 0.01 %

Etano = 0.480% Esani e idrocarburi

superiori ≤ 0.001 %

Iso-Butano = 0.020% Propano = 0.120 %

Azoto = 0.580% Normal-Butano = 0.020%

Anidride Carbonica =

0.050%

I prodotti della combustione completa del metano sono tipicamente anidride carbonica

(CO2 ) e vapor acqueo (H2O). Nella combustione reale si deve tener conto

principalmente dei seguenti fattori:

l’aria con la quale avviene la combustione è costituita al 79 % da Azoto (N2) ed al 21 % da Ossigeno (O2),

le temperature raggiunte in camera di combustione e nel focolare delle caldaie sono tali da favorire la formazione di Ossidi di Azoto (NOx).

Nelle realtà si prevede quindi che l’emissione in atmosfera riguardi i seguenti

componenti:

Monossido di Carbonio (CO), Anidride Carbonica (CO2 ), Ossidi di Azoto (NOx),

Vapor acqueo (H2O).

Fra essi la normativa vigente sottopone a precisi limiti di emissione unicamente CO e

NOx ; in fase autorizzativa sono stati indicati i seguenti limiti di emissione:

Pag.5 di 47

Sezione impiantistica Inquinante Concentrazioni in

emissione (mg/Nm3)

Cogenerazione CO - NOx 300 - 400

Centrali Termiche CO - NOx 150 - 350

La sezione di cogenerazione presenta un’emissione di idrocarburi incombusti (HC), la

quasi totalità dei quali è costituita da gas Metano,

2.2 SISTEMA DI MONITORAGGIO E DI CONTENIMENTO DELLE

EMISSIONI

Fra gli obiettivi primari del progetto è previsto un sistema in continuo di rilevazione dei

prodotti della combustione che provveda al monitoraggio sia delle emissioni dei

cogeneratori che dei generatori termici.

Le analisi relative al contenuto di NOx , O2 , CO dei fumi di combustione saranno

effettuate in conformità a quanto stabilito dal DM 21/12/95 sulla base delle modalità di

esercizio relative alle installazioni in oggetto e sulla base delle caratteristiche delle

sezioni impiantistiche presenti nella centrale di cogenerazione.

Per la sezione di cogenerazione (classificata come impianto industriale in quanto

produce calore ed energia elettrica) è previsto un sistema di misura atto a rilevare le

emissioni di NOx, O2 , CO e temperatura di emissione per ciascun gruppo endotermico,

mentre per la sezione termica (classificata come impianto civile in quanto destinata

unicamente alla produzione di energia per il riscaldamento di utenze abitative) il sistema

di misura rileva O2 , CO e temperatura di emissione per ciascuna caldaia.

Per la sezione cogeneratore le analisi relative ad un gruppo endotermico verranno

effettuate, nel caso di funzionamento di tutti i gruppi, ogni 6 minuti. Nel caso di

inattività di un cogeneratore le misure relative a quello in esercizio raddoppieranno

mentre non saranno effettuate misure per l’apparecchiatura inattiva.

Per la sezione centrali termiche, le analisi relative ad un generatore verranno effettuate,

nel caso di funzionamento contemporaneo di tutti i gruppi, ogni 12 minuti. Nel caso di

inattività di uno o più generatori le misure relative a quelli in esercizio aumenteranno di

conseguenza.

Pag.6 di 47

I dati acquisiti dal sistema di monitoraggio devono essere messi a disposizione

dell’autorità di controllo, qualora ne faccia richiesta.

Il sistema di abbattimento adottato per i due cogeneratori è costituito da depuratori

catalitici che provocano l’ossidazione del CO e degli HC in CO2 e H2O. In particolare

per quanto riguarda il CO il catalizzatore adottato assicura abbattimenti del 90 % circa.

La buona funzionalità del depuratore catalitico è garantita se esso viene utilizzato

correttamente secondo le specifiche tecniche dell’impianto fornite dal costruttore, che

vengono riassunte nella seguente tabella:

Condizioni di esercizio Valore

Temperatura massima fumi uscita

cogeneratore

500 °C

Intervallo di temperatura ottimale per

funzionamento depuratore catalitico

ossidante

350 – 550 °C

Contropressione differenziale non

superiore a quella iniziale di 0.5 kPa

La manutenzione ed il controllo del depuratore catalitico sarà garantita tramite:

• monitoraggio in continuo delle emissioni e della perdita di carico del

catalizzatore;

• pulizia del supporto catalitico con aria compressa nel caso in cui si rilevi una

contropressione allo scarico prima del catalizzatore superiore a 0.5 kPa;

• sostituzione del supporto catalitico all’approssimarsi dei dati delle emissioni ai

valori massimi ammissibili.

Basse emissioni di NOx (< 400 mg/Nm3) verranno garantite grazie al sistema di

carburazione a “miscela magra”, ovvero la miscela di combustione è formata con un

eccesso d’aria rispetto alla quantità di combustibile immesso in camera di scoppio. Per

controllare il funzionamento di tale sistema è prevista una centralina di controllo delle

Pag.7 di 47

emissioni che verifica in tempo reale le percentuali di ossigeno nei gas di scarico e

regola automaticamente la miscela di combustione.

2.3 UBICAZIONE DELL’IMPIANTO

L’impianto di cogenerazione è ubicato in località Ceretolo, nel Comune di Casalecchio

di Reno in un lotto intercluso tra l’autostrada del sole, la ferrovia Bologna-Vignola e lo

svincolo autostradale di collegamento col casello di Casalecchio.

In figura 1 viene riportata l’ubicazione dell’impianto in oggetto, che si inserisce in zona

destinata dal P.R.G. a sito cogenerativo in prossimità dell’asse autostradale.

Figura 1: ubicazione impianto di cogenerazione

L’altezza delle bocche dei camini (13 metri) risulta superiore di almeno un metro

rispetto al colmo di qualunque ostacolo o struttura distante meno di 10 metri ed inoltre a

quota non inferiore a quella del filo superiore dell’apertura dei locali abitati compresi

fra 10 e 50 metri; i camini saranno orientati a nord – est, verso l’asse autostradale.

Pag.8 di 47

La zona urbanizzata più vicina al sito di cogenerazione è il quartiere Ceretolo che si

trova ad una quota altimetrica superore di circa 10 metri rispetto all’impianto. La

distanza delle unità residenziali più vicine al sito di cogenerazione è di circa 100 metri.

Gli abitanti del quartiere hanno espresso perplessità rispetto alla scelta dell’ubicazione

in quanto, non usufruendo dell’energia termica prodotta, l’impianto comporta un’attività

emissiva aggiuntiva rispetto alle emissioni già presenti nell’area di Ceretolo.

3. MONITORAGGIO

Le tre campagne di monitoraggio, effettuate fra il giugno del 2001 e il marzo del 2004,

hanno avuto una durata di due settimane ciascuna.

La prima campagna di monitoraggio, effettuata fra l’11 giugno e il 25 giugno 2001, ha

analizzato la situazione ante operam, in assenza cioè dell’impianto in funzione, mentre

le altre due, una effettuata dal 3 febbraio al 17 febbraio 2003 e l’altra dal 25 febbraio al

10 marzo 2004, hanno analizzato lo scenario ambientale venutosi a creare con la messa

in funzione dell’impianto (28 settembre del 2002).

3.1 I VENTI

Analizzare la velocità e la direzione del vento presente in una determinata area assume

un’importanza fondamentale per la dispersione degli inquinanti in atmosfera; di fatto a

valori bassi di velocità corrisponde una situazione di ristagno degli inquinanti con

conseguente aumento della loro concentrazione, mentre a più alte velocità le sostanze

inquinanti vengono trasportate a maggiore distanza e la loro concentrazione diminuisce.

La direzione prevalente dei venti individua invece le zone che saranno più o meno

interessate dalla ricaduta degli inquinanti stessi.

Non essendo presente sul territorio di Casalecchio di Reno una stazione meteorologica i

dati che vengono forniti per caratterizzare la situazione dei venti presenti nella zona in

esame sono stati rilevati dalla stazione di Borgo Panigale.

In fig.1 viene rappresentato l’andamento storico (dal 1986 al 1995) della direzione e

delle intensità medie dei venti per le stazioni di Bologna Borgo Panigale, San Pietro

Capofiume (Molinella, pianura) e Settefonti (Ozzano Emilia, collina).

Pag.9 di 47

In fig. 2 e fig.3 viene riportato l’andamento storico (dal 1986 al 1995) della direzione e

delle intensità medie dei venti per la stazione di Borgo Panigale per i mesi di Luglio e

Gennaio presi come riferimento per la caratterizzazione dei periodi invernale ed estivo.

Pagina 10 di 47

Venti

FIG.1

Pagina 11 di 47

FIG.2

Pagina 12 di 47

FIG.3

Pagina 13 di 47

L’analisi climatologica delle rose dei venti precedentemente riportate evidenzia che

durante il periodo estivo la componente principale del vento è in direzione est-ovest

verso ovest; durante il periodo invernale la componente principale è nella stessa

direzione ma verso est. Durante il periodo invernale si riscontra inoltre un’altra

significativa componente proveniente da sud-ovest.

Nelle figure 4 e 5 viene riportata la situazione della direzione dei venti riscontrata

durante le due campagne di monitoraggio post operam effettuate fra il 3 e il 13 febbraio

2003 e dal 25 febbraio al 10 marzo 2004.

Per entrambi i periodi é sostanzialmente confermato l’andamento rilevato in precedenza

durante il periodo invernale che individua come direzione preferenziale dei venti quella

proveniente da ovest-sud/ovest verso est e cioè in direzione opposta all’ubicazione del

quartiere Ceretolo rispetto alla centrale.

Direzione di provenienza del vento nella stazione di Borgo Panigale dal 3 al 16 febbraio 2003

0.010.020.030.0

40.0Nord

Nord-est

Est

Sud-est

Sud

Sud-ovest

Ovest

Nord-ovest

FIG.4

Pagina 14 di 47

Direzione di provenienza del vento nella stazione di Borgo Panigale dal 25 febbraio al 10 marzo 2004

01020304050

Nord

Nord-est

Est

Sud-est

Sud

Sud-ovest

O vest

Nord-ovest

FIG.5

Per quello che riguarda invece l’intensità media del vento bisogna considerare che la

stazione di Bologna Borgo Panigale è posta allo sbocco della valle del Reno ed è quindi

influenzata dalla circolazione di valle.

I valori riportati nelle figure 6 e 7 relativi all’intensità media del vento evidenziano, per

la prima campagna di monitoraggio effettuata con l’impianto a regime (3-16 febbraio

2003), un andamento medio della velocità abbastanza moderata tranne nelle prime

giornate di misura dove si evidenzia un’intensità maggiore, praticamente sempre al di

sopra dei 3 m/s, rispetto ai valori delle giornate successive.

I valori relativi all’intensità media del vento per quello che riguarda la seconda

campagna di monitoraggio (25 febbraio-3 marzo 2004), sono nettamente più elevati con

una percentuale di giornate con intensità media superiore ai 5 m/s del 57% contro il solo

7% della precedente campagna.

Pagina 15 di 47

Intensità media del vento rilevata nella stazione di Borgo Panigale dal 3 al 16 febbraio 2003

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

03/02/03

:09

04/02/03

:00

04/02/03

:12

05/02/03

:00

05/02/03

:12

06/02/03

:09

07/02/03

:03

07/02/03

:15

08/02/03

:09

09/02/03

:03

09/02/03

:15

10/02/03

:09

10/02/03

:21

11/02/03

:09

12/02/03

:03

12/02/03

:15

13/02/03

:09

14/02/03

:06

14/02/03

:18

15/02/03

:06

15/02/03

:18

16/02/03

:12

m/s

Intensità media del vento rilevata a Borgo Panigale dal 3 al 16 febbraio 2003

1%

59%

33%

7%

0,50,5>I>33>I>5>5

FIG. 6

Pagina 16 di 47

Intensità media del vento rilevata nella stazione di Borgo Panigale dal 25 febbraio al 10 marzo 2004

0123456789

1011121314151617181920

2004

/02/25

:00:0

2004

/02/26

:00:0

2004

/02/27

:02:0

2004

/02/28

:03:0

2004

/02/29

:12:0

2004

/03/01

:12:0

2004

/03/02

:12:0

2004

/03/03

:16:0

2004

/03/04

:17:0

2004

/03/05

:17:0

2004

/03/06

:17:0

2004

/03/07

:17:0

2004

/03/08

:17:0

2004

/03/09

:17:0

2004

/03/10

:17:0

m/s

Intensità media del vento rilevata a Borgo Panigale dal 25 febbraio al 03 marzo 2004

1% 13%

29%57%

0,50,5>I>33>I>5>5

FIG.7

Pagina 17 di 47

3.2 CAMPAGNE DI MONITORAGGIO

Le campagne di monitoraggio ante e post operam sono state realizzate con la durata di

due settimane ciascuna, attraverso il posizionamento di 13 campionatori passivi.

In base alla descrizione delle caratteristiche tecniche specifiche dell’impianto e ai limiti

imposti dalla normativa vigente, le indagini del monitoraggio hanno interessato

unicamente il biossido di azoto (NO2). Per tale inquinante una delle fonti principali è

rappresentata dal traffico veicolare.

In generale, l’NO2 si comporta come inquinante secondario, infatti gli ossidi di azoto

vengono emessi in atmosfera principalmente come monossido di azoto (NO) che viene

rapidamente trasformato in NO2 per la presenza di sostanze ossidanti (quali ad esempio

l’ozono).

Per tale inquinante il valore limite previsto per lo Standard di Qualità dell’Aria, secondo

il DM 2/4/2002 n° 60, è di 52 µg/m3 per il 2004 ed il valore limite obbiettivo è di 40

µg/m3 al 2010 entrambi intesi come valore medio annuo.

Le mappe di figura 8 e 9 riportano le ubicazioni dei 13 campionatori passivi ed i

relativi valori di NO2 rilevati nella prima delle tre campagne di monitoraggio effettuata

senza che l’impianto di cogenerazione fosse ancora in funzione.

Le mappe di figura 10 e 11 riportano le stesse informazione visualizzate con

l’inserimento dell’ortofotopiano.

Pagina 18 di 47

FIG. 8

Pagina 19 di 47

FIG. 9

Pagina 20 di 47

FIG. 10

Pagina 21 di 47

FIG. 11

Pagina 22 di 47

I dati puntuali sopra rappresentati sono stati elaborati al fine di ottenere una

distribuzione areale delle concentrazioni in atmosfera di biossido di azoto riportata in

figura 12 e 13.

Dalle mappe si osserva che, anche senza la presenza dell’impianto di cogenerazione, la

concentrazione di NO2 è sicuramente più elevata nelle vicinanze dello svincolo

autostradale dell’A1 e decresce rapidamente allontanandosi da esso.

Per quanto riguarda le campagne post operam le stesse informazioni vengono riportate

nelle figure 14-21; in particolare dalla figura 14 alla figura 17 sono riportati i valori

puntuali, mentre nelle successive figure viene riportata la distribuzione areale calcolata.

La tabella riassuntiva finale mette invece a confronto i dati di tutte e tre le campagne di

monitoraggio con i dati rilevati nei medesimi periodi nelle centraline della rete di

monitoraggio fissa della Provincia di Bologna.

Da tale confronto si può affermare che i valori rilevati nella zona del cogeneratore

risultano inferiori a quelli rilevati nelle altre zone del territorio provinciale dalle stazioni

fisse sia prima che dopo l’attivazione del cogeneratore. Nella tabella vengono inoltre

riportati, a titolo di esempio, i superamenti registrati nelle varie zone; bisogna

comunque evidenziare che i limiti normativi sono riferiti a medie annuali, mentre i

valori riportati in tabella riguardano medie settimanali.

Pagina 23 di 47

FIG. 12

Pagina 24 di 47

FIG. 13

Pagina 25 di 47

FIG. 14

Pagina 26 di 47

FIG. 15

Pagina 27 di 47

FIG. 16