Gestione delle risorse: Energia - orizzontenergia.it TERMOEL/2014_02... · Alleggerimento del...

Gestione delle risorse: Energia Gestione delle risorse: Energia Gestione delle risorse: Energia Gestione delle risorse: Energia

Ing. Francesco Melino

CIRI Energia e Ambiente – U.O. Bioenergie

Università di Bologna

11 febbraio 2014

energia elettrica

combustibile

SISTEMA

Autoconsumo/immissione

Tensione di generazione

La cogenerazioneLa cogenerazione

produzione combinata, in un unico processo,di energia elettrica/meccanica e calore

energia elettricaSISTEMA COGENERATIVO

energia termica

calore di scarto

utilizzo diretto o tramite vettore termico

per usi civili o industriali

Tensione di generazione

energia meccanica ???

combustionesistemi

fissione

e fusione

frigoriferi ad

assorbimento

Elettromagnetica Chimica TermicaAtomica Meccanica

Energia

Nucleare Energia

geotermica

Energia

idraulica

Energia

eolicaMaree

Moto

ondoso

Biomasse

e rifiutiEnergia

solare

Combustibili

fossili

Energia

Dalle FEP all’energia utile all’uomoDalle FEP all’energia utile all’uomo

3

Energia

Meccanica

Energia

Elettrica

sistemi

eliotermici

motori eolici

e idraulici

sistemi TPV, termo-

ionici e termo-elettrici

elettrolisi

reformer

sistemi

fotovoltaici

celle a

combustibile

Idrogeno

Sistemi energetici a

ciclo termodinamico

macchine

elettriche

frigoriferi a

compressione

Energia

Frigorifera

Energia

Termica

Dalle FEP all’energia utile all’uomoDalle FEP all’energia utile all’uomoC

on

sum

o M

on

dia

le d

i E

ner

gia

Pri

mar

ia [

Mte

p]

4

Co

nsu

mo

Mo

nd

iale

di

En

erg

ia P

rim

aria

[M

tep

]

Fabbisogno Energetico: 12˙000 Mtep (2012)Popolazione: 6 Miliardi di Persone

-> Procapite: 2 tep/persona/anno


Consumo pro-capite di energia primaria per area geografica

5


MIX Energetico

25%

6%

2%1%

10%

carbone

nucleare

idraulica

altre rinnovabili

biomasse e rifiuti

6

35%

21%

olio

gas

Bilancio Bilancio

elettrico elettrico

nazionale nazionale

nel 2012 nel 2012

(dati GSE)(dati GSE)

7

I numeri italiani della produzione elettricaI numeri italiani della produzione elettrica

(2012)(2012)

Totale = 328.200 GWh

produzione (87 %) importazioni (13 %)

termoelettrica (68 %) altro (32 %)

solo elettrica (53 %) cogenerazione(47 %)

Ren

dim

ento

ele

ttric

o %

50

60

70

80

Celle a combustibile

Cicli ibridi con FC + turbina a gas

Cicli combinati

TV

Le tecnologieLe tecnologie

Taglia impianto [kW]

Ren

dim

ento

ele

ttric

o %

0 1 10 100 1000 104 105 106

0

10

20

30

40

StirlingORC

TPV

Micro-turbine a gas

USC e IGCC

TG AD

TG HD

Motori endotermicialternativi

� I combustibili sono una fonte energetica “trasportabile” (anche se in taluni casi questo può risultare economicamente e/o energeticamente non conveniente)

� L’elettricità è un vettore energetico “trasportabile”

Ubicazione del cogeneratoreUbicazione del cogeneratore

� Il calore non è trasportabile (se non a brevi distanze)

IL COGENERATORE DEVE ESSERE UBICATOPRESSO L'UTENZA TERMICA

“Generazione distribuita: insieme degli impianti di generazione di potenza nominale inferiore ai 10 MVA” (Delibera AEEG 328/07)

Definizioni di generazione distribuitaDefinizioni di generazione distribuita

e di piccola e micro generazionee di piccola e micro generazione

“Impianto di piccola/micro generazione un impianto per la produzione di energia elettrica, anche in assetto cogenerativo, con capacità di generazione non superiore a 1 MW o a 50 kW” (D.Lgs. n°20 del 8/2/2007)

Tabella 1.1.2 – Potenza elettrica installata per settore di attività (dati GSE, anno 2006)Potenza elettrica installata per settore di attività (dati GSE)

Attività taglia media

(MWe)

Potenza installata

(MWe)

Industria chimica e petrolchimica 114.3 2972

Raffinazione petrolio 136.6 2459

Industria cartaria 16.7 835

Industria siderurgica 185.0 370

Industria alimentare 11.9 202

Industria automobilistica 23.1 162

Le applicazioni della cogenerazioneLe applicazioni della cogenerazione

Industria ceramica 3.9 74

Riscaldamento e teleriscaldamento 12.5

997

Impianti sportivi, alberghi e ristoranti 0.1

Commercio 0.5

Ospedali 1

Case di riposo e simili 1.5

Concerie 2.0

529Industria tessile, gomma e plastiche 3.0

Industria elettronica 9.0

Trasporti aerei 30.5

� Generazione continua in parallelo con la rete elettrica nazionale

(“grid connected”)

� Generazione continua “ad isola”

� “Stand-by” per garantire sicurezza nella fornitura elettrica

LA PICCOLA-COGENERAZIONE

applicazioni

� “Peakshaving” per far fronte ad elevate richieste di potenza per

periodi di tempo limitato

� “Power quality” per garantire tensione e frequenza costante a

salvaguardia di un processo produttivo

Vantaggi economici

� Risparmi sui costi energetici (acquisto della materia prima “combustibile” invece

del prodotto finito “energia elettrica”)

� L’accesso al regime di sostegno per la CAR

Vantaggi di natura energetica

� Riduzione delle perdite energetiche nel trasporto

� Risparmio di combustibile (CAR)


vantaggi

� Risparmio di combustibile (CAR)

Vantaggi di carattere ambientale

� Riduzione delle grosse infrastrutture per il trasporto ed elettrosmog

� Rimozione della sindrome NIMBY

� Sfruttamento di siti rinnovabili

Vantaggi per la sicurezza e la qualità dell’approvvigionamento elettrico

� Riduzione del rischio di black-out

� Alleggerimento del carico di alcune reti elettriche

Per l’installatore

� Iter autorizzativi

� Aspetti economici (elevato costo specifico delle soluzioni più innovative, scarsa

valorizzazione dell’energia elettrica ceduta alla rete, ecc.)

� Conciliazione della domanda elettrica/termica/ frigorifera (scelta della taglia e della

tipologia di impianto)

Per il sistema elettrico e del gas


problematiche

Per il sistema elettrico e del gas

� Impatto sul sistema elettrico (utilizzo delle reti di distribuzione in maniera attiva e non più

passiva)

� Necessità di potenziare reti di distribuzione del gas

Per gli enti locali

� Introduzione di nuove sorgenti emissive in aree urbane o comunque densamente

popolate

Quadro normativo nazionale per la Quadro normativo nazionale per la

Cogenerazione ad Alto Rendimento Cogenerazione ad Alto Rendimento

16

Cogenerazione ad Alto Rendimento Cogenerazione ad Alto Rendimento

(CAR) (CAR)

Cogenerazione ad Alto Rendimento (CAR)Cogenerazione ad Alto Rendimento (CAR)

AEEG42/02

7 mar 2007

decreti MSE 4/8/2011e 5/9/2011

DecretoBersani

1 aprile 99 2002 2004

2004/8/CE D.Lgs. 20/07

1 gen 2011

• Le unità di cogenerazione entrate in esercizio dopo il 1 gennaio 2011 sono considerate CAR se rispondono ai requisiti del decreto 4 agosto 2011

17

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

limPESPES >

Risparmiare combustibile ...

Condizioni energetiche per la CARCondizioni energetiche per la CAR

18

onecogenerazida

elettricaenergia

... e soddisfare una richiesta di calore utile

per la piccola cogenerazione(Pe < 1 MW)

Risparmio di combustibileRisparmio di combustibile

>+

−=0

1,0

E

p

EE

1PESte

c

tses ηη

19

Tipo di combustibile

CARBONE FOSSILE

COMBUSTIBILI A BASE DI LEGNO

BIOMASSE AGRICOLE

44,2

33,0

25,0

…

GAS NATURALE

GAS DI RAFFINERIA/IDROGENO

BIOGAS

…

52,5

44,2

42,0

…

esηac,eim,e

ac,eacim,eim

EE

EpEpp

++

=

pim pac

<0,4 kV 0,925 0,860

0,4-50 kV 0,945 0,925

50-100 kV 0,965 0,945

100-200 kV 0,985 0,965

>200 kV 1 0,985

per la piccola cogenerazione(Pe < 1 MW)

Risparmio di combustibileRisparmio di combustibile

>+

−=0

1,0

E

p

EE

1PESte

c

tses ηη

Gas naturale con produzione di vapore

o acqua calda

ηηηηts= 90 %

20

Tipo di combustibile

CARBONE FOSSILE

COMBUSTIBILI A BASE DI LEGNO

BIOMASSE AGRICOLE

44,2

33,0

25,0

…

GAS NATURALE

GAS DI RAFFINERIA/IDROGENO

BIOGAS

…

52,5

44,2

42,0

…

esηac,eim,e

ac,eacim,eim

EE

EpEpp

++

=

pim pac

<0,4 kV 0,925 0,860

0,4-50 kV 0,945 0,925

50-100 kV 0,965 0,945

100-200 kV 0,985 0,965

>200 kV 1 0,985

Elettricità da cogenerazione e calore utile

Esempi di calore utile:• calore utilizzato in processi industriali• calore utilizzato per riscaldamento o raffrescamento di ambienti

Solo parte dell’energia elettrica prodotta viene riconosciuta come «ELETTRICITA’ DA COGENERAZIONE»

21

• calore utilizzato per riscaldamento o raffrescamento di ambienti• gas di scarico utilizzati direttamente per essiccare

Esempi di calore NON utile:• calore disperso da camini o dissipato in condensatori o altri dispositivi di

smaltimento• calore utilizzato per il funzionamento dell’impianto di cogenerazione• calore esportato verso altri siti e ivi utilizzato per produrre elettricità• calore di ritorno all’impianto di cogenerazione che produce acqua calda• il calore delle condense di ritorno è considerato calore utile

Elettricità da cogenerazione e calore utile

<≥

+=lim

lim

ηη

ηηη tetot

TUTTA l’elettricità prodotta viene considerata «da cogenerazione»

22

=

750

80,0lim ,

η

PARTE dell’elettricità prodotta viene considerata «da cogenerazione»

EECOG COG = CE= CETT

cicli combinati e TV a condensazione

tutti gli altri

Piccola Piccola cogenerazione a cogenerazione a gas naturale con gas naturale con MCI e 100 % di MCI e 100 % di autoconsumo in autoconsumo in BTBT 0.6

0.8

1.0

ηt

ηtot

= 1

ηtot

= 0.75

Il recupero termico: la condizione per essere CAR

0.0

0.2

0.4

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5ηe

PES=0C = 0.75

Come si posizionanoCome si posizionano


0.8

1.0

ηt


Come si posizionanoCome si posizionanoi cogeneratori in i cogeneratori in commerciocommercio((dati di targadati di targa))

Recupero termico Recupero termico totaletotale 0.0

0.2

0.4

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5ηe

Recupero Termico100%

del totale disponibile


0.8

1.0

ηt



0.0

0.2

0.4

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5ηe

Recupero Termico75%



Recupero termico pari Recupero termico pari al al 75 % 75 % del totaledel totale


0.8

1.0

ηt



0.0

0.2

0.4

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5ηe

Recupero Termico50%



Recupero termico pari Recupero termico pari al al 50 % 50 % del totaledel totale

�Certificati Bianchi (secondo D.M. 5/9/11 o, se rinnovabili, premio previsto al DM 6/7/2012)

�Defiscalizzazione sull’acquisto del combustibile per uso cogenerativo (anche per i non CAR)

�Ritiro dedicato fino a 10 MVA e scambio sul posto f ino a 200 kWe, (AEEG 570/2012/R/eel)

Regime di sostegno alla cogenerazione

�Contributi regionali

�Condizioni agevolate per la connessione elettrica

�Esenzione dalla quota di energia per il calcolo dei Certificati Verdi(sopra i 100 GWh/anno)

�Priorità di dispacciamento (anche per chi non è CAR, ma ha taglia < 10 MVA)

�Garanzia di Origine (GO)

[MWh] ,,

cogcts

t

es

coge EEE

RISP −+=ηη

KRISPCB ⋅⋅= 086,0II) (tipo

I certificati bianchi

=

=

90.0

82.0

46.0

ts

es p

η

η

Potenza unità di cogenerazione

K

≤ 1 MWe 1,4

> 1 fino a 10 MWe 1,3

> 10 fino a 80 MWe 1,2

> 80 fino a 100 MWe 1,1

> 100 MWe 1,0

10

12

14

16€

MWhePotenza < 1 MW

autoconsumo in BT

Potenza = 25 MWimmissione e autoconsumo MT

tepCB

tot

€100

8.0

=

=η

I certificati bianchi

4

6

8

10

0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50

rendimento elettrico

Potenza > 100 MWimmissione rete AT

immissione e autoconsumo MT

La defiscalizzazione del combustibile

Quantità di combustibile defiscalizzato:

0,22 Sm3 di combustibile per ogni kWhe prodotto

Risparmio conseguibile: Risparmio conseguibile:

da 3 a 45 €/MWhe in base all’accisa prevista per l’utenza

• Accisa su GN per usi industriali e assimilati o civili ≈ da 0.01 a 0.20 €/Sm3

• Accisa su GN per generazione elettrica ≈ 0.0005 €/Sm3

Il quadro normativo riguardante la vendita del surplus elettricodipende da ogni singola applicazione e non è possibile fare previsioniattendibili sui ricavi da essa derivanti.

Le metodologie di vendita dell’energia elettrica prodotta in surplussono:• Libero mercato: vendita diretta in borsa o tramite accordi• bilaterali;

Vendita delle eccedenze elettriche

• bilaterali;• Ritiro dedicato: modalità e condizioni economiche definite dall’AEEG• (P<10 MVA);• Scambio sul posto: C.A.R potenza elettrica inferiore a 200 kW (Tariffa

fissa Omnicomprensiva solo se alimentati da fonti rinnovabili con potenza elettrica fino a 1 MWe.)

Dati economici ed energetici

Costo dell’investimento = 900 €/kW

Vita impianto = 15 anniTasso interesse = 5%rendimento elettrico

annuo = 36%

Ma allora, conviene o no la cogenerazione?

250

300

350

€/MWh costo produzione

annuo = 36%rendimento termico

annuo = 40%Costo del gas = 30

€/MWhgas

Costo manutenzione = 10 €/MWhe

0

50

100

150

200

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

ore di esercizio annue




annuo = 36%


250

300

350


ricavi autoconsumo + defiscalizzazione

annuo = 36%rendimento termico


€/MWhgas


0

50

100

150

200

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000





annuo = 36%


250

300

350



ricavi autoconsumo + annuo = 36%rendimento termico


€/MWhgas


0

50

100

150

200

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000


ricavi autoconsumo + defiscalizzazionesenza recupero termico




annuo = 36%


250

300

350





€/MWhgas


0

50

100

150

200

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000



ricavi vendita + defiscalizzazione




annuo = 36%


250

300

350





€/MWhgas


0

50

100

150

200

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000



ricavi vendita + defiscalizzazione

ricavi vendita + defiscalizzazionesenza recupero termico

Un esempio applicativo

Oggetto: Centro Direzionale

Zona Climatica: E (2258 GG) – anno termico: 15 ottobre – 15 aprile

Superficie Totale: 6000 m2


Codice di Calcolo: TRIGEN 3.0 Codice di Calcolo: TRIGEN 3.0

Profili di Carico

Scenario Tariffario

RISULTATI ENERGETICI

Sviluppato dal gruppo di Sistemi e Macchine per L’Energia e l’Ambiente del DIN –Università di Bologna in ambiente VBA con interfaccia in Excel

Scenario Tariffario

Indicazioni Località

Criteri Regolazione

Caso Riferimento

Scenario Economico

Lay out

TRIGEN 3.0

RISULTATI ECONOMICI


Codice di Calcolo: TRIGEN 3.0 Codice di Calcolo: TRIGEN 3.0


UTENZA TERZIARIA: fabbisogno invernale

100

150

200

Po

ten

za r

ich

iest

a [k

W]

potenza elettrica

potenza termica

0

50

0 24 48 72 96 120 144 168

Po

ten

za r

ich

iest

a [k

W]

ore/settimana


100

150

200

Po

ten

za r

ich

iest

a [k

W]

potenza elettricapotenza frigorifera

potenza termica

UTENZA TERZIARIA: fabbisogno estivo

0

50

0 24 48 72 96 120 144 168

Po

ten

za r

ich

iest

a [k

W]

ore/settimana

potenza termica


100

150

200

Po

ten

za r

ich

iest

a [k

W]

potenza elettrica

potenza termica

UTENZA TERZIARIA: fabbisogno mezza stagione

0

50

0 24 48 72 96 120 144 168

Po

ten

za r

ich

iest

a [k

W]

ore/settimana


Scelta del Motore

100

150

200

Po

ten

za r

ich

iest

a [k

W]

potenza elettrica

potenza termica

0

50

0 24 48 72 96 120 144 168

Po

ten

za r

ich

iest

a [k

W]

ore/settimana


100

150

200

Po

ten

za r

ich

iest

a [k

W]

potenza elettrica

potenza termica

UTENZA TERZIARIA: fabbisogno invernale

0

50

0 24 48 72 96 120 144 168

Po

ten

za r

ich

iest

a [k

W]

ore/settimana

1

1

PELQTH

PEL=30 kW ηηηηEL=29 % QTH=64 kW


100

150

200

Po

ten

za r

ich

iest

a [k

W]

potenza elettrica

potenza termica

2

0

50

0 24 48 72 96 120 144 168

Po

ten

za r

ich

iest

a [k

W]

ore/settimana

2

PELQTH



100

150

200

Po

ten

za r

ich

iest

a [k

W]

potenza elettrica

potenza termica

3

3

0

50

0 24 48 72 96 120 144 168

Po

ten

za r

ich

iest

a [k

W]

ore/settimana

3

PELQTH



100

150

200

Po

ten

za r

ich

iest

a [k

W]

potenza elettrica

potenza termica

4

4

0

50

0 24 48 72 96 120 144 168

Po

ten

za r

ich

iest

a [k

W]

ore/settimana

PELQTH



100

150

200

Po

ten

za r

ich

iest

a [k

W]

potenza elettrica

potenza termica

5

5

0

50

0 24 48 72 96 120 144 168

Po

ten

za r

ich

iest

a [k

W]

ore/settimana

PELQTH



CASO#1: produzione di solo calore

(motore acceso solo in inverno - 1200 – feriali 8-19)

0.8

1.0

ηt

ok 2004/8/CE e 42/02ok 42/02 - no 2004/8/CE

50 kW 30 kW

0.0

0.2

0.4

0.6

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5ηe

100 kW

90 kW

125 kW


CASO#1: produzione di solo calore

(motore acceso solo in inverno - 1200 – feriali 8-19)

Potenza elettrica MOTORE [kW] 0 30 50 90 100 125

FLUSSO DI CASSA [€] -87˙733 -78˙379 -76˙658 -74˙911 -74˙930 -72˙918

PBP [anni] - 5 6 11 12 14

TIR [%] - 23 17 10 9 8

VAN FINE INVESTIMENTO [€] - 76˙419 74˙111 53˙603 43˙318 44˙046

80000

40000

50000

60000

70000

80000

0 30 50 90 100 125Potenza Elettrica Motore [kW]

[€]

Prof. Ing. Michele Bianchi Responsabile Unità Operativa Bioenergie - CIRI Energia e Ambiente Alma Mater Studiorum Università di BolognaViale del Risorgimento, 240136 Bologna

Email: [email protected]. Ufficio: 051 2093317

Sito web: www.energia-ambiente.unibo.it

52

Ing. Francesco Melino CIRI Energia e Ambiente Alma Mater Studiorum Università di BolognaViale del Risorgimento, 240136 Bologna

Email: [email protected]. Ufficio: 051 2093318

Sito web: www.energia-ambiente.unibo.it

Agevolazioni per la CHP: i numeri

Riassunto dei valori delle agevolazioni CHPIn conclusione per la CAR si ha:" incentivazione D.M. 5/9/2011, circa 15 €/MWh per 10 (15per TLR) anni." (se rinnovabile D.M. 6/7/12 con tariffa base 85-257€/MWh + premio CAR 10-40€/MWh)" lo scambio sul posto, disponibile fino a 200 kW, vale da 10" lo scambio sul posto, disponibile fino a 200 kW, vale da 10a 30 €/MWh, a seconda che sia a fonti fossili o a fontirinnovabili." priorità di dispacciamento dell’energia elettrica prodotta;" esenzione dall’obbligo dei CV (Produttori En. El. > 100GWh/anno);" condizioni agevolate per la connessione elettrica;Il GSE su richiesta rilascia la Garanzia di Origine (GO) perl’energia elettrica prodotta da CAR

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