Titoli di efficienza energetica: opportunità per le imprese.

TEE per CAR (Cogenerazione Alto

Mod. E03 – Certificati bianchi TEE

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 PESLa nuova definizione di cogenerazioneLa normativa relativa agli impianti di cogenerazione ha subito recentemente,nell’autunno del 2011, importanti cambiamenti. I provvedimenti di riferimento dacitare 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 8febbraio 2007 n. 20“Attuazione della direttiva 2004/8/CE sulla promozione della cogenerazione basata suuna domanda di calore utile nel mercato interno dell'energia, nonchè modifica alladirettiva 92/42/CEE”.

Valutazione efficienza: indice PESLa nuova definizione di cogenerazioneI due Decreti recenti hanno finalità diverse:

• il D.M. 4 agosto 2011 introduce i nuovi criteri per determinare se un impianto dicogenerazione rispetta i requisiti stabiliti dalla nuova definizione di CAR insostituzione dei criteri in vigore fino alla fine del 2010 definiti dalla Del. 42/02 es.m.i.;

• il D.M. 5 settembre 2011 introduce invece i criteri che stabiliscono l’assegnazionedei certificati bianchi (titoli di efficienza energetica),nuovo meccanismodidei certificati bianchi (titoli di efficienza energetica),nuovo meccanismodiincentivazione a sostegno degli impianti CAR atteso da moltissimo tempo.

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Il Decreto n. 20 ha di fatto recepito la direttiva europea sulla promozione dellacogenerazione che ha introdotto importanti modifiche relativamente alla definizione diCogenerazione 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 cogenerazionecon una capacità di• unità di microcogenerazione: un'unita' di cogenerazionecon una capacità di

generazionemassima inferiore a 50 kWe.

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Il rendimento globale di una unità di cogenerazione si determina come segue: l’energiaprodotta dalla unità di cogenerazione Ep (somma dell’energia elettrica, dell’energiameccanica e del calore utile) nell’anno solare, divisa per l'energia di alimentazioneconsumata dalla unità di cogenerazione Ec nello stesso periodo.

Il calcolo del rendimentoglobale deve basarsisui valori di eserciziodella unità diIl calcolo del rendimentoglobale deve basarsisui valori di eserciziodella unità dicogenerazione specifica, misurati nel periodo. Per le solesezioni di microcogenerazione, è consentito sostituire la misura della quantità di calore utile con unastima della stessa quantità.

Esempi di calore utile sono i seguenti:• calore utilizzato in processi industriali;• calore utilizzato per il riscaldamento o il raffreddamentodi ambienti;• i gas di scarico di un processo di cogenerazione utilizzati direttamente per essiccare.

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Non è considerato come calore utile il calore disperso nell'ambiente senza alcunimpiego.

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 dicogenerazione (ad

esempio,per il riscaldamentodell'acquadi alimentazionedi caldaiea recuperodiesempio,per il riscaldamentodell'acquadi alimentazionedi caldaiea recuperodicalore).

Se l’energia termica viene utilizzata sotto forma di acqua calda, il calore di ritornoverso l’impianto di cogenerazione non è considerato come calore utile, e va quindiescluso dal calcolo degli indici energetici. Se l’energia termica viene utilizzata sottoforma di vapore, il calore contenuto nella condensa di ritorno verso l’impianto dicogenerazione è considerato calore utile, e può quindi essere incluso nel calcolo degliindici energetici.

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Nel calcolo del risparmio di energia primaria, i valori misurati della produzione dienergia elettrica e di calore utile possono essere portati in conto interamente se ilrendimento globale della unità di cogenerazione è pari o superiore:

• all'80 % per le sezioni con turbina a gas a ciclo combinato conrecupero di calore eper 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.

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Per la parte con cogenerazione, l'operatore dell'impiantorileva, per tutto il periodo diriferimento, il diagramma di carico del calore (domanda di calore utile in funzione deltempo) ed individua gli eventuali periodi in cui la unità di cogenerazione funziona incogenerazione. Per ciascuno di tali periodi, l'operatore misura la produzione reale dicalore utile HCHP e di energia elettrica ECHP della unità di cogenerazione. Con questidati determina il "rapporto energia/calore" effettivo (Ceff).

Il rapporto Ceff consente all'operatore di calcolare qualeparte dell'energia elettricamisurata nel periodo di riferimento è riconosciuta come energia elettrica cogenerata. Aquesto fine, l’operatore calcola il prodotto HCHP × Ceff e loconfronta con laproduzione elettrica totale Et dell’impianto nel periodo di riferimento. Il minore tra talidue valori è assunto pari all’energia elettrica cogenerataECHP.

Valutazione efficienza: indice PESLa nuova definizione di cogenerazione

Per la parte con cogenerazione, l'operatore dell'impiantorileva, per tutto il periodo diriferimento, il diagramma di carico del calore (domanda di calore utile in funzione deltempo) ed individua gli eventuali periodi in cui la unità di cogenerazione funziona incogenerazione. Per ciascuno di tali periodi, l'operatore misura la produzione reale dicalore utile HCHP e di energia elettrica ECHP della unità di cogenerazione. Con questidati determina il "rapporto energia/calore" effettivo (Ceff).

Il rapporto Ceff consente all'operatore di calcolare qualeparte dell'energia elettricamisurata nel periodo di riferimento è riconosciuta come energia elettrica cogenerata. Aquesto fine, l’operatore calcola il prodotto HCHP × Ceff e loconfronta con laproduzione elettrica totale Et dell’impianto nel periodo di riferimento. Il minore tra talidue valori è assunto pari all’energia elettrica cogenerataECHP.

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Il risparmio di energia primaria PES (Primary Energy Saving) fornito dalla produzione mediante cogenerazione è calcolato secondo la seguente formula:

• CHPHη è il rendimentotermicodellaproduzionemediantecogenerazione,definito• CHPHη è il rendimentotermicodellaproduzionemediantecogenerazione,definitocome la quantità annua di calore utile divisa per l’ energia contenuta nell’ interocombustibile di alimentazione, impiegato per produrre siail calore utile chel'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 chel'energia elettrica da cogenerazione.

• Ref Eη è il valore di rendimento di riferimento per la produzione separata di energiaelettrica

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I valori di rendimento di riferimento per la produzione separata di energia elettrica e dicalore sono definiti negli allegati del Decreto in funzionedel combustibile utilizzatodal cogeneratore.

Al valore di rendimento di riferimento per la produzione separata di energia elettrica siapplicano i fattori di correzione per le condizioni climatiche; il valore risultante èrettificato 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 energiaprimaria (diqualsiasi entità) è assimilata alla cogenerazione ad alto rendimento.

Il regime di incentivazioneIl Decreto 05/09/2011 chiarisce che le unità di cogenerazione entrate in esercizio dal 1gennaio 2011 sono considerate CAR (Cogenerazione Alto Rendimento) se rispondonoai requisiti appena descritti.Le unità CAR hanno diritto al rilascio dei certificati bianchi, in numero commisurato alrisparmio di energia primaria RISP realizzato nell’anno, calcolato come segue:

• RISP è il risparmio di energia primaria [MWh] nell’anno solare• ECHPè l’energiaelettrica[MWh] prodottain cogenerazionenell’annosolare• ECHPè l’energiaelettrica[MWh] prodottain cogenerazionenell’annosolare• 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 termicoitaliano, assunto pari a 0,82 nel caso di utilizzo diretto dei gas di scarico e pari a 0,9nel caso di produzione di vapore/acqua calda.

• FCHP è l’energia del combustibile [MWh] consumata in cogenerazione nell’annosolare

Il regime di incentivazioneVa fatto notare che il valore di rendimento elettrico di riferimento utilizzato da questoDecreto ai fini dell’incentivazione sono diversi (e più favorevoli) rispetto a quelliutilizzati per verificare i requisiti CAR stabiliti dal D.M. 4 agosto 2011 descritto nelparagrafo precedente.L’operatore la cui unità sia riconosciuta CAR in un dato annoha diritto ad un numerodi certificati bianchi pari a:

RISP× 0,086è il risparmio(sepositivo)espressoin tepRISP× 0,086è il risparmio(sepositivo)espressoin tepK è un coefficiente di armonizzazione in funzione della potenza elettrica installata (paria 1,4 nel caso di impianti di potenza fino a 1 MWe)

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 deipunti precedenti.

Il regime di incentivazioneI certificati bianchi riconosciuti sono ascrivibili alla II tipologia (interventi per ilrisparmio di gas naturale).

La valorizzazione economica dei certificati bianchi avviene attraverso due possibilimodalità (secondo il meccanismo introdotto dai D.M. 20 luglio 2004 e s.m.i. e dallerelative regole stabilite dall’AEEG):

• Vendita dei TEE ai soggetti obbligati (attraverso la piattaforma di mercato appositaoperante 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).

TrigenerazioneNei settori non industriali l’applicazione della cogenerazione trova un rilevante ostacolonel 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 termicaa media o alta temperatura per produrre energia frigoriferautilizzabile nei mesi estiviper la climatizzazione degli ambienti (CHCP, Combined Heat, Cool and Power).

Motori a combustione interna

Tecnologie e combustibili

Alternativi a ciclo Otto

Alternativi a ciclo Diesel

Turbine a gas

Cicli combinati

Cicli avaporeacontropressioneCicli avaporeacontropressione

Motori a combustione esternaCicli a vapore a condensazione e spillamento

Celle a combustibile

Motori Stirling

Cicli ORC

Motori Spilling

Motori a ciclo Otto a gas

0-1: aspirazione1-2: compressione2-3: combustione3-4: espansione4-5: scarico5-0: espulsione

Cogenerazione: motori alternativi a c.i.

Si riporta a titolo di esempio, un’analisi condotta presso uno stabilimento produttivoche richiede acqua calda di processo a 75 °C per complessivi 200 m3/giorno.

Il profilo di carico costante durante i giorni feriali e dimezzato al sabato presenta unandamento interessante per l’accoppiamento con un cogeneratore a gas (motoreendotermico)

La selezione della potenza elettrica e della conseguente potenza termica sono iseguenti:

Cogenerazione: esempio investimento

seguenti:

• Massimizzazione delle ore di funzionamento del cogeneratore al fine digarantire un adeguato ritorno economico (almeno 5000 ore/anno);

• Massimizzazione dell’utilizzo dell’energia termica in cogenerazione durantetutto l’anno, non è infatti in generale conveniente produrre energia elettricasenza utilizzare contemporaneamente l’energia termica

Si riporta a titolo di esempio, un’analisi condotta presso uno stabilimento produttivoche richiede acqua calda di processo a 75 °C per complessivi 200 m3/giorno.

Il profilo di carico costante durante i giorni feriali e dimezzato al sabato presenta unandamento interessante per l’accoppiamento con un cogeneratore a gas (motoreendotermico)

La selezione della potenza elettrica e della conseguente potenza termica sono iseguenti:

Cogenerazione: esempio investimento

seguenti:

• Massimizzazione delle ore di funzionamento del cogeneratore al fine digarantire un adeguato ritorno economico (almeno 5000 ore/anno);

• Massimizzazione dell’utilizzo dell’energia termica in cogenerazione durantetutto l’anno, non è infatti in generale conveniente produrre energia elettricasenza utilizzare contemporaneamente l’energia termica

• Raggiungimento di un rendimento globale superiore al 75% per avere inautomatico tutta l’energia elettrica prodotta come cogenerata e massimizzarel’incasso di TEE

Il motore selezionato presenta le seguenti caratteristiche:

La strategia di gestione ipotizzata prevede di fatto uninseguimento termico, conriduzione della potenza elettrica quando il carico termicodiventa inferiore al 100% e al75%; si prevedelo spegnimentodel motorea cariconullo, con operatività minima in

Cogenerazione: esempio investimento

kW 100% 75% 50% 0%

Potenza elettrica totale 600 450 300 0

Potenza termica 693 549 408 0

Potenza primaria 1428 1102 783 0

75%; si prevedelo spegnimentodel motorea cariconullo, con operatività minima inparzializzazione al 50%.

Con queste ipotesi il cogeneratore è in grado di operare perben 5664 orequasi semprea pieno carico, con spegnimento totale nel mese di agostoe nei weekend di tuttol’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 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€ Risparmio Bolletta Energia Elettrica 412,410.00€

Ricavi energia ceduta 48,026.00€

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 difunzionamento del motore

• Assenza di incremento del costo del gas naturale e dell’energia elettrica nel tempo(ipotesi cautelativa)

• Costo gas naturale 0.5 €/m3

• Costo energia elettrica 0.15 €/kWh (al netto delle accise da versare

Cogenerazione: esempio investimento

• Costo energia elettrica 0.15 €/kWh (al netto delle accise da versaresull’autoconsumo)

• 100% mezzi propri• 5% tasso attualizzazione

Cogenerazione: analisi investimento SENZA TEE

Cogenerazione: analisi investimento con TEE

Cogenerazione: ORC, cicli combinati?