La Cogenerazione Unit di misura unit di misura

La Cogenerazione

• • • Unità di misura unità di misura dell’energia del Sistema Internazionale: il Joule ancora molto usate sono: kilocaloria (kcal), British Thermal Unit (BTU), kilowattora (k. Wh) ed i loro multipli. La caloria, definita come la quantità di energia necessaria per innalzare di un grado centigrado 1 grammo di acqua distillata, è uguale a 4, 186 J (altre equivalenze: 1 BTU = 1. 055 Joule; 1 k. Wh = 3. 600. 000 J = 860 kcal) per fare, poi, dei bilanci energetici che tengano conto dell’apporto di diverse fonti, ognuna di esse, a partire dai diversi poteri calorifici inferiori (p. c. i. ), viene convertita in una unità di misura, commerciale, di uso generale: la tonnellata equivalente petrolio (tep) o il suo multiplo milioni di tep (Mtep). A volte si fa riferimento ad un’altra unità: il barile di petrolio (bep); dove 1 barile = 159 lt = 0, 137 ton) I numeri dell’energia • • • 1 tep - (toe-tonn of oil equivalent) corrisponde all’energia termica sviluppata da una tonnellata di petrolio, che è di circa 10 milioni di kcal 1 tep = 10 * 106 kcal = 11. 628 k. Wh termici, ovvero 4. 545 k. Wh elettrici 1 Mtep = 11, 628 miliardi di k. Wh termici, ovvero 4, 55 miliardi di k. Wh elettrici

Definizione • Si definisce cogenerazione la generazione combinata di energia termica e di energia elettrica o meccanica. • La produzione avviene contemporaneamente e in un sistema integrato. • Si ottengono consistenti valori di risparmio di energia primaria rispetto alla produzione separata. La Cogenerazione - Principi

La Cogenerazione - Principi

Gli impianti CG utilizzano i seguenti motori primi: • motori endotermici • turbine a gas • turbine a vapore • celle a combustibile e FER • cicli combinati La Cogenerazione - Principi

Potenza elettrica Pe < 1 MW Tecnologia Motori, Celle e FER, Turbogas 1 MW < Pe < 10 MW Motori, Turbogas, Turbovapore Pe > 10 MW Fare clic per inserire il Titolo della presentazione Turbogas, Turbovapore, CC

I combustibili utilizzabili sono: • gas naturale • biomasse • biogas • bioetanolo • residui solidi urbani • carbone • olio diatermico La Cogenerazione - Principi

La Cogenerazione - Principi

Per ottenere la stessa quantità di energia elettrica e calore • necessita circa il 30 % in meno di energia primaria • migliora il rendimento complessivo (forte diminuzione delle perdite) • diminuisce l’emissione di agenti inquinanti in atmosfera La Cogenerazione - Principi

La Cogenerazione - Principi

La Cogenerazione - Principi

La Cogenerazione - Principi

Per essere assimilato a FER un impianto CG deve avere l’indice Ien= Ee/Ec + (1/0, 9 * Et/Ec) – a => 0, 51. • Ee = energia elettrica utile prodotta – energia ausiliari • Et = energia termica utile prodotta • Ec = energia utile introdotta con il combustibile • a = (1/0, 51 -1) * (0, 51 – Ee/Ec) La Cogenerazione - Principi

Sino al 31 dicembre 2010 i criteri per il riconoscimento della “cogenerazione ad alto rendimento” sono quelli indicati nella delibera AEEG 42/02 (e successivi aggiornamenti), e fanno riferimento al calcolo dell’IRE (indice di risparmio energetico) e del LT (limite termico), definiti come : La Cogenerazione - Principi

Dove: • Es=Ees+Ets è l’energia primaria da combustibile fossile per la generazione separata (“s”) di elettricità e di calore per mezzo di due impianti distinti; • Ee è l’energia elettrica netta generata dall’impianto di cogenerazione mentre Et (Etciv+Etind) è l’energia termica netta utile generata dall’impianto di cogenerazione; • Ec rappresenta l’energia primaria riferita al potere calorifico inferiore del combustibile consumato dall’impianto di cogenerazione; • es è il rendimento elettrico di riferimento per la generazione elettrica separata, mentre ts è il rendimento termico di riferimento per la generazione termica separata; • p è un coefficiente correttivo che tiene conto delle minori perdite sulla rete di trasmissione solitamente associate agli impianti di cogenerazione; La Cogenerazione - Principi

Taglia in Mwe per determinare es 1 > 1 - 10 > 10 - 25 > 25 - 50 > 50 - 100 > 100 - 200 > 200 - 300 > 300 - 500 >500 Gas naturale, GPL, gasolio Olio combustibile Nafta Combustibili solidi fossili, coke di petrolio Rifiuti organici e inorganici Biomasse Tar di raffineria 0, 40 0, 35 0, 33 0, 23 0, 35 0, 41 0, 36 0, 34 0, 25 0, 35 0, 44 0, 38 0, 36 0, 27 0, 35 0, 48 0, 39 0, 37 0, 28 0, 35 0, 50 0, 39 0, 37 0, 28 0, 35 0, 51 0, 39 0, 37 0, 28 0, 35 0, 53 0, 39 0, 37 0, 28 0, 40 0, 55 0, 41 0, 39 0, 28 0, 40 0, 55 0, 43 0, 28 0, 40 La Cogenerazione - Definizione

L’indice IRE rappresenta il rapporto tra il risparmio di energia primaria conseguito dall’impianto di cogenerazione (rispetto alla produzione separata delle stesse quantità di energia elettrica e calore) e l’energia primaria richiesta dalla produzione separata. v La Delibera AEEG 42/02 stabilisce le condizioni per il riconoscimento della produzione combinata di energia elettrica e calore come cogenerazione ai sensi dell’articolo 2, comma 8, del decreto legislativo 16 marzo 1999, n. 79. Stabilisce anche dei valori minimi per IRE e LT che sono: IRE => IREmin che per le sezioni di nuova realizzazione è pari a 0. 1(10%) LT => LTmin che per le sezioni alimentate a gas naturale, GPL o gasolio, dal 1 gennaio 2006 al 31 dicembre 2007, è pari a 0. 330(33%) fino a 10 Mwe di taglia. La Cogenerazione - Definizione

IMPIANTO RENDIMENTO Centrale Elettrica 40 – 45 % o 55 – 60 % se CC Centrale Termica 80 – 92 % Impianto cogenerativo 70 – 85 % ( ee 30 – 35 % ) La Cogenerazione - Utilità

n n n Avere disponibilità simultanea di energia termica ed elettrica o meccanica. Utilizzo ottimale dell'energia termica disponibile, anche per i piccoli impianti. Utilizzo dell’energia termica anche nel periodo estivo per avere energia frigorifera. La Cogenerazione – Corretto utilizzo

Parametri per un corretto dimensionamento tecnico - economico: • andamento dei carichi termici ed elettrici • tariffe dell’elettricità e del combustibile • ore di utilizzo annue • costi di investimento e di gestione La Cogenerazione - Utilità

• Punto di partenza: costo energia autoprodotta (consumo specifico netto combustibile e costo combustibile stesso) • Ricavo: differenza tra costo energia acquistata (elementi tariffari: corrispettivi fissi per potenza impegnata e fasce orarie) e costo energia prodotta (consumi e costi accessori), numero delle ore previste e quelle effettivamente realizzate • Confronto con i costi di investimento (macchinari, opere civili-differenza con impianto tradizionale) La Cogenerazione - Utilità

Acqua preriscaldata Caldaia Vapore Combustibile Vapore alla utenza T V Generatore La Cogenerazione – Ciclo con turbina a vapore

Acqua di alimento Ca. R Gas Combustibile vapore CC TG Generatori EE T V Aria C Vapore La Cogenerazione – Ciclo combinato

La Cogenerazione – Motori

1000 k. We 330 k. We La Cogenerazione – Motori

Turbina centrifuga La Cogenerazione – Macchine centrifughe

Turbocompressore assiale La Cogenerazione – Turbogas assiali

La Microcogenerazione

• Impianti cogenerativi aventi potenze elettriche nominali < 1 MWe • Più specificatamente sono quegli impianti di piccola e piccolissima taglia aventi potenze elettriche fino a 200 - 300 k. We • Soddisfano esigenze di tipo locale • Sono progettati prioritariamente per produrre calore La Microcogenerazione - Definizione

• L’intero autoconsumo dell’energia termica e di quella elettrica rende conveniente questa tecnologia • Eventuali sovrarichieste possono essere prodotte con caldaie da integrazione o con l’allacciamento alla rete elettrica • Utilizzo minimo di 3000 – 4000 ore anno • Ritorno dell’investimento in circa 4 -5 anni La Microcogenerazione - Definizione

• Mancanza di perdite significative nella distribuzione del calore e dell’energia elettrica (consumo in loco) • Non è necessario realizzare edifici centrale • La sua diffusione contribuisce alla nascita di piccole e piccolissime aziende dedicate alla progettazione – realizzazione - gestione e manutenzione di questi impianti La Microcogenerazione - Definizione

La microcogenerazione risulta idonea nelle seguenti applicazioni: • centri residenziali, • centri commerciali, • piccole industrie, imprese artigiane • ospedali, • hotel, • piscine, • scuole e collegi, • edifici pubblici. La Microcogenerazione - Applicazioni

Per impianti di piccola e piccolissima taglia le macchine più utilizzate sono: • Motori di piccola taglia • Microturbine a gas • Celle a combustibile • Altre tecnologie (solare termodinamico? ) La Microcogenerazione – Tecnologie

La Microcogenerazione – Turbogas

Pe Pt CH 4 Re Rt Rc k. We k. Wt mc/h % % % 30 62 13 26 49 75 60 127 25 25 53 78 80 154 30 28 54 82 100 167 36 30 48 78 La Microcogenerazione – Caratteristiche

• • Motore Stirling Si tratta essenzialmente di una camera piena di gas con due pistoni. Un lato della camera è costantemente riscaldata, mentre l'altro è costantemente tenuto freddo. L'espansione del gas determinata dal calore è tale da spingere il primo dei due pistoni che muove un albero a gomiti che a sua volta mette in azione un generatore che produce elettricità. Il gas caldo, poi, viene mosso dal movimento del pistone nella zona fredda della camera, dove si comprime e viene spostato nuovamente nella zona calda dal movimento del secondo pistone. La Microcogenerazione – Il motore Stirling

• Questo tipo di motore, a ciclo chiuso e a combustione esterna, raggiunge efficienze del cinquanta per cento e oltre. • È molto più silenzioso, perché non c'è nessun tipo di esplosione e di facile manutenzione. • Si può usare il calore del sole al posto dei combustibili tradizionali per riscaldare la camera, cosa che eliminerebbe anche ogni emissione inquinante. La Microcogenerazione – Il motore Stirling

La Microcogenerazione – Il motore Stirling

La Microcogenerazione – Il motore Stirling

La Microcogenerazione – Il motore Stirling

La Microcogenerazione – Il motore Stirling

• • • CELLE A COMBUSTIBILE Celle a combustibile (FC): generatori elettrochimici dotati di alta efficienza di conversione elettrica; Basse emissioni inquinanti (CO 2, NOx, …): infatti H 2 + 1/2 O 2 ↔ H 2 O ; Adattabilità di taglia (grazie alla modularità); Continuità dell’erogazione di corrente (a differenza delle normali batterie); Varie tecnologie in fase di sviluppo più o meno avanzato, per impianti fissi, mobili, veicoli; La Microcogenerazione – Celle a Combustibile

Schema di una cella ad elettrolita polimerico + calore La Microcogenerazione – Celle a Combustibile H 2 + ½ O 2 H 2 O + elettricità

Si possono distinguere quattro tipi fondamentali di cella adattabili alla cogenerazione: • ad elettrolita polimerico (PEFC); • ad acido fosforico (PAFC); • a carbonati fusi (MCFC); • ad ossidi solidi (SOFC). La Microcogenerazione – Celle a Combustibile

• Il grande vantaggio delle celle a combustibile risiede nell’essere dispositivi statici, offrendo così un’affidabilità maggiore ed oneri di manutenzione minori rispetto alle altre soluzioni. • Esse presentano inoltre un rendimento elettrico molto elevato, silenziosità ed assenza di vibrazioni. • I problemi fondamentali da superare sono i costi di produzione, ancora troppo elevati, e alcuni problemi di resistenza alla corrosione e/o agli stress termici per le celle ad alta temperatura. La Microcogenerazione – Celle a Combustibile

La Microcogenerazione - Esempi

La Microcogenerazione - Esempi

La Microcogenerazione - Esempi

Microcogeneratore a ciclo Otto: 5 k. Wel, 10. 3 k. W termici Microcogeneratore a ciclo Stirling: 1. 0 k. Wel, 7. 5 13 k. W termici La Microcogenerazione - Esempi Alimentazione: Metano, GPL, gasolio e biodiesel; Possibilità di funzionamento in parallelo fino a sei moduli.

La Trigenerazione

Impianti di produzione energetica, cogenerativi, in cui si ha contemporaneamente: • energia elettrica • energia termica • energia frigorifera In questo modo l’impianto viene utilizzato per l’intero arco dell’anno. La Trigenerazione - Definizione

La Trigenerazione - Definizione

La Trigenerazione - Definizione

La trigenerazione comporta quindi che l’impianto di cogenerazione deve essere integrato: • con cicli frigoriferi / pompa di calore • con macchine frigorifere ad assorbimento La Trigenerazione - Definizione

La Trigenerazione - Esempio

La Trigenerazione - Esempio

La Generazione Distribuita La Generazione distribuita

• Produzione centralizzata: centrali termoelettriche a vapore, cicli combinati • Produzione industriale (ee/calore): turbine a gas, turbine a vapore, MCI, cicli combinati • Produzione da impianti a FER: biomasse, RSU, biogas da discarica • Settore civile e terziario: motori, microturbine, fotovoltaico, solare termico, eolico, celle a combustibile La Generazione distribuita

• Generazione elettrica di tipo locale • Distribuita agli utilizzatori locali • Eventualmente connessa alla rete di distribuzione • Impianti < di 10 MW La Generazione distribuita

La Generazione distribuita

La Generazione distribuita

La Generazione distribuita

• Possibilità di evitare i costi di trasmissione e distribuzione • Migliora l’affidabilità e la qualità della fornitura elettrica • Elevata efficienza energetica nell’uso dei combustibili fossili (in assetto cogenerativo) • Possibilità di utilizzo di fonti energetiche rinnovabili La Generazione distribuita

• la GD può fornire un’alimentazione ininterrotta ed affidabile. La capacità di ridare potenza in tempi brevi ad una rete utente o isole di distribuzione, porta ad una maggiore sicurezza del sistema, riducendo i rischi e gli effetti di possibili blackout. • la domanda crescente di energia, accompagnata dalla necessità della sicurezza della fornitura elettrica e dalla riduzione dei gas serra trova nella GD e nelle tecnologie a fonte rinnovabile quelle componenti essenziali per lo sviluppo sostenibile La Generazione distribuita

ESEMPIO Cogenerazione – Convenienza economica

Centrale di cogenerazione ad asservimento di un centro commerciale con una superficie di circa 14000 mq. Ipotesi di funzionamento del centro 4. 000 ore annue. POTENZE RICHIESTE DAL CENTRO • Potenza Elettrica 400 Kw • Potenza Termica 1. 2 Mw • Potenza Frigorifera 1. 1 Mw Cogenerazione – Convenienza economica

INVESTIMENTO CENTRALE TRADIZIONALE • Centrale Termica • Centrale Frigorifera • Cabina di trasformazione elettrica TOTALE 350. 000 € INVESTIMENTO CENTRALE COGENERAZIONE • Centrale di Trigenerazione • Cabina di trasformazione per parallelo rete TOTALE 475. 000 € SURPLUS 125. 000 € Cogenerazione – Convenienza economica

IMPIANTO TRADIZIONALE TRIGENERAZIONE costo k. Whe = 0. 120 €/k. Wh costo k. Whe = 0. 0625 €/k. Wh costo k. Wht = 0. 055 €/k. Wht costo k. Wht = 0. 032 €/k. Wht costo k. Whf = 0. 043 €/k. Whf costo k. Whf = 0. 0213 €/k. Whf costo gas = 0. 51 €/mc costo gas = 0. 26 €/mc Cogenerazione – Convenienza economica

SPESA MEDIA ANNUALE CON SISTEMA TRADIZIONALE • energia termica 100. 000 € • energia frigorifera 45. 000 € • energia elettrica 135. 000 € TOTALE 280. 000 € SPESA MEDIA ANNUALE CON TRIGENERAZIONE • energia termica ed elettrica 140. 000 € • energia termica a supporto 45. 000 € • energia frigorifera a supporto 40. 000 € TOTALE 225. 000 € Cogenerazione – Convenienza economica

• SURPLUS INVESTIMENTO 125. 000 € • RISPARMIO SPESA ENERGETICA 55. 000 € • RITORNO DELL’INVESTIMENTO ANNI 2, 3 Cogenerazione – Convenienza economica

Grazie per l’attenzione ing. Luigi De Sanctis luigi. desanctis@enea. it tel. 06 30483508 fax 06 30484990