IBRIDAZIONE IMPIANTO A BIOMASSE CON TECNOLOGIA SOLARE TERMICA

Corso di: Gestione dei grandi progetti di ingegneria Docente: Franco Caron

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IBRIDAZIONE IMPIANTO A BIOMASSE

CON TECNOLOGIA SOLARE TERMICA

Progetto a cura di:

Antonio D’Antonio

Matteo D’Elia

Davide Federici

Luca Orefici


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0 - Abstract:

Con il seguente elaborato si è voluto sviluppare un’ipotetica traccia di Project Management,

riguardante l’implementazione di un impianto solare termodinamico, affiancato ad una centrale di

generazione di potenza elettrica a biomasse vegetali legnose, operante con motore a fluido

organico (ORC a bassa exergia). L’impianto nel suo complesso mira a proporsi come una soluzione

competitiva nell’ottica della “Green Economy”.

Il layout funzionale dell’impianto è qui rappresentato:

Nota: il riquadro rosso identifica l’impianto oggetto dell’analisi; nel riquadro nero v’è lo schema

dell’asset a biomasse e la centrale di potenza in parallelo.

Nel far questa operazione ci siamo immedesimati in una società di ingegneria specializzata nella

realizzazione degli specchi a concentrazione e delle relative soluzioni impiantistiche.

Esempio di concentratore

solare ad alta efficienza da noi

sviluppato e realizzato.


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1 - Work Breakdown Structure (WBS) :


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Il primo livello della WBS vede una logica funzionale “deliverable oriented”, volendo fornire al

committente una visione rapida ed esauriente sul risultato finale del progetto. La WBS può così

assumere eventualmente anche un valore contrattuale, avendo nella parte superiore tutti gli

elementi per dare una Contract Breakdown Structure. Si sottolinea come in tale ottica sono inclusi

anche gli elementi di integrazione forniti quali il Project Management ed il commissioning.

L’ulteriore disaggregazione del progetto evidenzia invece il processo di realizzazione, ponendo così

in evidenza sia il prodotto, che le attività che concorrono a realizzarlo. Si ha così una visione sia

“analitica” che “sintetica” del progetto nel suo complesso.

Tutto ciò fornisce un modello “stazionario”, indipendente dagli attori coinvolti, che costituisce il

punto di partenza per poter gestire il progetto ottimamente, tramite la sua scomposizione in

elementi più facilmente gestibili, i Work Package di progetto(WP). Tale disaggregazione fa sì che

siano ben chiare le relazioni di interfaccia tra i diversi WP e che si evitino dannose interferenze in

fase di realizzazione

2 - INCROCIO WBS/OBS:

OBS:

La nostra società si articola in quattro strutture permanenti (SP):

Reparto di processo

Reparto di elettrica

Reparto civile

Reparto di meccanica

All’interno dei quali vengono fornite al progetto sia le risorse per l’ingegneria che per la sua

realizzazione fisica.

La spedizione di tutti i componenti è invece affidata a stakeholders esterni all’azienda.

Definite le unità organizzative operanti e identificata una gerarchia nell’assegnazione delle

responsabilità nella fasi di realizzazione del progetto, si ha una Organization Breakdown Structure

(OBS).

L’intersezione di OBS e WBS restituisce il Work Package, cioè l’unità elementare di gestione del

progetto.


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Intersezione WBS/OBS:

Azienda Esterni

Co

dic

e W

P

Nome work package

Pro

cess

ista

Elet

tric

a

Civ

ile

Mec

can

ica

Pro

ject

Man

ager

Sped

izio

ne

1.1 P.M. WP

1.2.1 Ingegneria di Base WP

1.2.2.1 Progettazione Tubature WP

1.2.2.2 Approvvigionamento Tubature WP

1.2.2.3 Spedizione Tubature WP

1.2.2.4 Montaggio Tubature WP

1.2.3.1 Progettazione Ausiliari WP

1.2.3.2 Approvvigionamento Ausiliari WP

1.2.3.3 Spedizione Ausiliari WP

1.2.3.4 Montaggio Ausiliari WP

1.2.4.1 Progettazione Solare WP

1.2.4.2 Approvvigionamento Solare WP

1.2.4.3 Lavorazione Meccanica Solare WP

1.2.4.4 Spedizione Solare WP

1.2.4.5 Montaggio Solare WP

1.2.5.1 Progettazione Accumulatore WP

1.2.5.2 Approvvigionamento

Accumulatore WP

1.2.5.3 Spedizione Accumulatore WP

1.2.5.4 Montaggio Accumulatore WP

1.2.6.1 Progettazione Pompa WP

1.2.6.2 Approvvigionamento Pompa WP

1.2.6.3 Spedizione Pompa WP

1.2.6.4 Montaggio Pompa WP

1.2.7.1 Progettazione Opere Civili WP

1.2.7.2 Approvvigionamento Opere Civili WP

1.2.7.3 Spedizione Opere Civili WP

1.2.7.4 Montaggio Opere Civili WP

1.3 Commissioning WP


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Poiché ogni progetto è caratterizzato da una integrazione multi-disciplinare, è bene precisare le

responsabilità in fase decisionale tra le strutture funzionali coinvolte nel singolo Work Package.

RAM - Responsibility Assignment Matrix:

Azienda Esterni

Co

dic

e W

P

Nome work package

Pro

cess

ista

Elet

tric

a

Civ

ile

Mec

can

ica

Pro

ject

Man

ager

Sped

izio

ne

1.1 P.M.

1.2.1 Ingegneria di Base

1.2.2.1 Progettazione Tubature

1.2.2.2 Approvvigionamento Tubature

1.2.2.3 Spedizione Tubature

1.2.2.4 Montaggio Tubature

1.2.3.1 Progettazione Ausiliari

1.2.3.2 Approvvigionamento Ausiliari

1.2.3.3 Spedizione Ausiliari

1.2.3.4 Montaggio Ausiliari

1.2.4.1 Progettazione Solare

1.2.4.2 Approvvigionamento Solare

1.2.4.3 Lavorazione Meccanica Solare

1.2.4.4 Spedizione Solare

1.2.4.5 Montaggio Solare

1.2.5.1 Progettazione Accumulatore

1.2.5.2 Approvvigionamento Accumulatore

1.2.5.3 Spedizione Accumulatore

1.2.5.4 Montaggio Accumulatore

1.2.6.1 Progettazione Pompa

1.2.6.2 Approvvigionamento Pompa

1.2.6.3 Spedizione Pompa

1.2.6.4 Montaggio Pompa

1.2.7.1 Progettazione Opere Civili

1.2.7.2 Approvvigionamento Opere Civili

1.2.7.3 Spedizione Opere Civili

1.2.7.4 Montaggio Opere Civili

1.3 Commissioning

legenda: Reparto principale Reparto secondario


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Non si affronta il problema legato alla coesistenza di strutture permanenti specialistiche

(funzionali), con strutture temporanee di progetto. Idealmente si prospetta una interazione

collaborativa tra responsabili di funzione e di progetto (Project Management), che porti a termine

il progetto nel rispetto dei vincoli di budget, tempo e qualità, stabiliti contrattualemente: ciò

implica che la struttura organizzativa matriciale che ne risulta sia “bilanciata”.

Per semplicità non si guarda, nonostante sia un parametro fondamentale, in particolare in fase di

“bid - no bid decision”, alla gestione del portafoglio progetti. Le ipotesi ottimistiche che ci portano

a trascurare tale aspetto di visione “sintetica” dell’azienda, sono di un portafoglio progetti

bilanciato in termini di risorse, mercato e rischi, coerente con la strategia aziendale e che ottimizza

il carico di lavoro nel tempo e massimizza la redditività.

3 - Scheduling del progetto a capacità infinita:

Diagramma di Gantt

Livello 1:

Livello 2:


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Livello 3:


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Con il diagramma di Gantt si ha la prima immagine relativa alla programmazione temporale del progetto. Il grafico mostra tutte le relazioni di precedenza temporale tra le attività. Si evincono inoltre le nostre ipotesi sulle modalità di realizzazione. Al livello 2 del Gantt è evidente il nostro intento di lasciare un margine di sovrapposizione temporale tra l’ingegneria di base e l’ingegneria di dettaglio che permetta di risolvere eventuali imprevisti nella collimazione tra visione “sintetica” e “analitica”, che nella fase di design permettono azioni correttive, senza introdurre particolari aggravi di costo. Coerentemente con tale visione si ha una breve sovrapposizione tra le fasi di design e le fasi di approvvigionamento (livello 3 del Gantt) dove l’ingegneria di design e quella di approvvigionamento possono confrontarsi (nell’ottica impostata dalla RAM ciò è necessario poiché cambiano tra le due fasi cambiano i reparti specialistici coinvolti). Si nota come il tempo richiesto per la realizzazione degli specchi porti a dei lunghi periodi di fermo del progetto collocati tra le fasi di spedizione e quelle di montaggio. Nelle attività legate alle opere civili si riscontra l’utilizzo dell’approvvigionamento tramite “ordine aperto” che permette una più rapida conclusione dei lavori, ponendo così in tempi brevi le basi per le successive realizzazioni.


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3 - Diagramma reticolare:


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Commenti: Il diagramma reticolare, calcolato a risorse infinite, evindenzia un andamento anomalo del cammino critico del progetto. Sono infatti presenti due rami in parallelo che hanno comportamento critico (il ramo delle costruzioni civili e il ramo dell’isola solare), che convogliandosi nel WP del montaggio delle tubature, portano al completamento dell’impianto con le ultime operazioni di montaggio dell’isola solare e degli ausialiari, includendo a valle anche il commissioning. Un così anomalo andamento del cammino critico è sicuramente da attestare ai complessi vincoli di precendenza utilizzare per tener conto dei delicati vincoli esistenti in cantiere, e in più in generale in tutte le fasi del progetto.


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4 - Stima dei costi di progetto:

Per la stima dei costi ci si è basati su correlazioni di natura tecnico-economica

presenti in letteratura utilizzando un approccio parametrico per i vari item, tenendo

conto dei diversi “cost driver”, e uno fattoriale per il costi di ingegneria, montaggio

e contingency.

Per le tubazioni si è optato per condotti in accio inossidabile del diametro di

150mm.

In seguito è riportato il modello usato:

Per l’analisi riguardante gli eliostati il costo al metro quadro è stato stimato a

partire da analisi economiche relative ad impianti esistenti di taglia maggiore.

Si è ritenuto che un costo di 200 €/kWel, riferito alla potenzialità termica

massima dell’impianto, possa essere una stima ragionevole, anche in ragione

del costo complessivo della centrale in fine ottenuto.

Il serbatoio per l’accumulo termico è volto a compensare le momentanee

deficienze date dall’aleatorietà della fonte. E’ stato dimensionato in modo da

garantire un perido di funzionamento di 4 ore, alla potenza nominale

dell’impianto, in caso di completa inoperatività degli eliostati. Si è scelto di

realizzare un serbatoio coibentato “cone roof”, cioè con copertura fissa. I

calcoli fatti sullo stoccaggio di olio diatermico necessario hanno restituito un


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volume di 230 . Da correlazioni tecniche in letteratura si è ricavato così il

costo complessivo.


Dove:

Il costo della pompa è in prima analisi fornito in funzione della portata

circolante e non della prevalenza. Svolgendo questa principalmente una

funzione di circolazione e data la brevità delle tratte percorse dall’olio

diatermico, la stima potrebbe dare risultati ragionevoli.


Dove:


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Una volta terminata la stima dei costi legati agli Items si è valutato il costo

totale di questi. Una correlazione presente in letteratura assegna alla fase di

ingegneria nel suo complesso un costo pari al 20% del costo complessivo degli

items.

Per valutare i costi degli ausiliari, della manodopera in cantiere, dei materiali

per l’edilizia e i costi legati alla riserva per la contingency e al commissioning si

è adottata un criterio di stima ragionevole, in termini percentuali sul costo

totale degli items.

La tabella riassuntiva dei costi stimati è qui riportata:

TABELLA di calcolo dei costi di progetto:

D l Costo finale

mm $/m m $ €

Tubature 150 369,7842966 300 110935,29 166935,42

P th Costo finale

MW $/kW nom $ €

Specchi 10 264 2640000,00 3972672,00

a b n S Costo tank isol Costo finale

m^3 $ % $ €

Serbatoio 5700 700 0,7 115 25090,38929 100 50180,78 75512,04

a b N S Costo finale

l/s $ €

Pompa 3300 48 1,2 68,875 11007,53 16564,13

Costo totale $ 2812123,60 4231683,59

perc Costo finale

% $ €

Ausiliari 1 28121,24 42316,84

perc Costo finale

% $ €

Materiale Civ. 5 140606,18 211584,18

perc Costo finale


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% $ €

Ingegneria 20 562424,72 846336,72

perc Costo finale

% $ €

Contingency 10 281212,36 423168,36

perc Costo finale

% $ €

Manodopera 10 281212,36 423168,36

€

Costo TOT 6178258,04

LF Conversione

USA/IT €/$

1,14 1,32

Ripartizione dei costi del progetto:

Note: per i dati relativi ai costi si è fatto riferimento al testo “Chemical Engineering

Design” di G. Towel e R. Sinnott.

5 - Scheduling della risorsa critica:

La risorsa critica analizzata è il personale operante nel reparto meccanico che

comprende sia gli ingegneri che gli operai ed è stata schedulata al più presto.

Nel grafico qui riportato la risorsa è espressa in percentuale relativa alla

manodopera messa disposizione del reparto meccanico ed è stato costruito

Tubature

Specchi

Serbatoio

Pompa

Ausiliari

Materiale Civ.

Ingegneria

Contingency


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attribuendo ad ogni work package una percentuale che rappresenta il livello di

saturazione della risorsa disponibile. I work pakage riportati sono stati identificati

dalla tabella a pag. 6 che assegna le responsabilità dei vari WP ai diversi reparti

aziendali


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Commenti:

il grafico evidenzia il superamento del limite di risorse imposto, a causa della

sovrapposizione temporale dei diversi processi di progettazione e del fatto che si è

schedulato inizialmente a “risorsa infinita”. Si può vedere che il giorno 39 mentre

stanno procedendo le varie attività di progettazione iniziano anche le fasi di

approvvigionamento che portano al superamento del vincolo.

Nella restante parte del progetto non si riscontrano altre sovrapposizioni critiche.


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6 - Baseline di avanzamento fisico:

Per il calcolo dell’avanzamento fisico cumulato si è

scelto di utilizzare l’assegnazione di un peso

percentuale ai vari WP dell’impianto sia in relazione

al secondo livello della WBS (Attività specialistica o

ramo, ad esempio “tubature” che comprende 4 WP),

sia in termini globali (es. quanto “tubature” pesa

sull’avanzamento fisico dell’impianto). Si è poi

costruita una Baseline facendo la cumulata di tutte le

attività.


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Attività Av. Rel WP

Attività Av. Rel WP

Ingegneria di base 1

Isola solare

Progettazione Solare 0,1

Tubature

Approvigionamento Solare 0,1

Progettazione Tubature 0,05

Lavorazione meccanica Solare 0,5

Approvigionamento Tubature 0,25

Spedizione Solare 0,15

Spedizione Tubature 0,3

Montaggio Solare 0,15

Montaggio Tubature 0,4

Pompa

Serbatoio accumulatore

Progettazione Pompa 0,15

Progettazione Accumulatore 0,1

Approvigionamento Pompa 0,25

Approvigionamento Accumulatore 0,2

Spedizione Pompa 0,55

Spedizione Accumulatore 0,3

Montaggio Pompa 0,05

Montaggio Accumulatore 0,4

Ausiliari Progettazione Ausiliari 0,1 Approvigionamento Ausiliari 0,2 Spedizione Ausiliari 0,2 Montaggio Ausiliari 0,5


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7 - Baseline di avanzamento economico :

Commenti:

Come è possibile visualizzare dal grafico, la curva assume la tipica forma ad S,

caratteristica di molti fenomeni di crescita.

Il massimo del tasso di utilizzo delle risorse è concentrato nell’intorno della fase di

approvvigionamento, fase generalmente “capital expensive”.

0

1000000

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000

7000000

0

500000

1000000

1500000

2000000

2500000

Sett

iman

a 1

8Se

ttim

ana

19

Sett

iman

a 2

0Se

ttim

ana

21

Sett

iman

a 2

2Se

ttim

ana

23

Sett

iman

a 2

4Se

ttim

ana

25

Sett

iman

a 2

6Se

ttim

ana

27

Sett

iman

a 2

8Se

ttim

ana

29

Sett

iman

a 3

0Se

ttim

ana

31

Sett

iman

a 3

2Se

ttim

ana

33

Sett

iman

a 3

4Se

ttim

ana

35

Sett

iman

a 3

6Se

ttim

ana

37

Sett

iman

a 3

8Se

ttim

ana

39

Sett

iman

a 4

0Se

ttim

ana

41

Sett

iman

a 4

2Se

ttim

ana

43

Sett

iman

a 4

4Se

ttim

ana

45

Sett

iman

a 4

6Se

ttim

ana

47

Sett

iman

a 4

8T2 T3 T4

2013

Co

sto

cu

mu

lati

vo

Co

sto

Baseline dei costi

Costo Costo cumulativo

IBRIDAZIONE IMPIANTO A BIOMASSE CON TECNOLOGIA SOLARE TERMICA

Engineering

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