Dimensionamento e progettazione dei sistemi di cogenerazione

Considerazioni su dimensionamento e progettazione dei sistemi di cogenerazione industriale

Francesco Melino - Università Degli Studi di Bologna

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Sommario
Elettricità: il sottoprodotto del sistema cogenerativo
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Conclusioni

Sommario

L'obbietto al raggiungimento della decarbonizzazione come contributo attivo e concreto per il settore dell'industria. Quali nuove sfide per l'industria. La progettazione di un sistema di cogenerazione industriale. Ridurre le spese per l'utilizzo e la produzione di energia elettrica e termica. L'incidenza della spesa energetica sul fatturato. Investimenti in CHP. La cogenerazione nell'industria. Quali sono le tecnologie di cogenerazione industriale. Considerazioni sul dimensionamento. Come il sistema elettrico è stato pesantemente modificato. Ottenere la redditività di un impianto CHP.

Il settore dell'industria è chiamato a fornire un contributo attivo e concreto agli obiettivi di decarbonizzazione dell'economia. Settore industriale, da solo, responsabile di oltre il 41% dei consumi di energia elettrica (126 miliardi di kWh).

Occorre impegnarsi alla riduzione dei consumi ed al miglioramento delle performance ambientali, ciò è particolarmente complesso poiché deve coniugarsi con gli aspetti legati alla produttività e competitività delle imprese.

Per le aziende è molto importante ridurre ogni spesa: quella per l'utilizzo di energia elettrica e termica è molto spesso ai primi posti.

L'incidenza della spesa energetica sul fatturato (al netto dell'IVA) assume un ruolo chiave che può arrivare a pesare sino al 9%.

Investimenti in CHP
- L'ammontare degli investimenti in efficienza energetica realizzati nel 2018, in Italia, è stato pari circa a 7,1 miliardi di ? di cui circa il 7% (circa 480 M?) in cogenerazione [da report E&S N.d.R.];
- Nel settore industriale investiti 443 M? in CHP (-24% rispetto al 2017, riduzione legata all'entrata in vigore del decreto energivori).

La cogenerazione nell'industria

Gli impianti CHP e CCHP, in linea di massima, trovano applicazione in tutti i contesti industriali caratterizzati da una domanda simultanea di energia elettrica e termica (e/o frigorifera).
I principali ambiti produttivi di interesse per la cogenerazione sono:
- Industrie ceramiche;
- Industrie grafiche;
- Industrie cartarie;
- Industrie tessili;
- Industrie di laterizi;
- Industrie chimiche;
- Industrie alimentari (pastifici, conserviere, caseifici);
- Industrie metalmeccaniche (stampaggio metalli, banda stagnata);
- Industrie di pelli;
- Industrie farmaceutiche;
- Lavanderie industriali.

Tecnologie di cogenerazione industriale

MCI

Pro
- Rendimento elettrico;
- Tecnologia matura e in continuo miglioramento;
- Facile installazione;
- Buon adattamento a soluzioni modulari (grandi capacità di generazione);
- Compressore gas in ingresso solo per unità di grandi taglia.

Contro
- Incremento esponenziale occupazione spaziale all'aumentare della capacità di generazione;
- Potenze elettriche installabili di limitata capacità massima;
- Emissioni ambientali (es. CO e Nox);
- Emissioni sonore;
- Livelli vibrazionali;
- Presenza di una buona quota di consumabili (es. urea, olio, candele ecc.).

TG

Pro
- Alta temperatura:
- Tecnologia matura e affidabile;
- Sistemi di raffreddamento non necessari;
- Lunga vita operativa.

Contro
- Necessità di compressore gas in ingresso (aumento autoconsumi elettrici impianto);
- Alte portate d'aria (comburente e raffreddamento cabinato);
- Alti rapporti di compressione e giri/minuto albero motore (necessità di riduttori).

Ripartizione calore totale (mci 3mw)

Calore totale MCI
- Perdite: 8,2%;
- Acqua: 9,5%;
- Olio: 6,3%
- Intercooler: 20,2%;
- Gas di scarico(@120°C): 41,3%.

Considerazioni sul dimensionamento ieri
Il dimensionamento dei sistemi CHP è stato, nella maggior parte dei casi, sbilanciato sull'elettrico per ragioni tecniche ed economiche: più facile gestione delle sovrapproduzioni elettriche e maggior prezzo dell'elettricità.
Elevata remunerazione dell'energia elettrica immessa in rete

Considerazioni sul dimensionamento pggi
Rinnovabili non programmabili hanno pesantemente modificato il sistema elettrico modificando i valori del prezzo di acquisto e vendita insieme al costo del kWh elettrico generato.
Entrata in vigore della CAR.
La redditività di un impianto CHP si ottiene solo attraverso una massima valorizzazione del calore utile prodotto.

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Video Dimensionamento e progettazione dei sistemi di cogenerazione

Elettricità: il sottoprodotto del sistema cogenerativo

La normativa in materia di cogenerazione attribuisce al calore un valore ben più alto rispetto al valore reale del calore.

E' quindi più facile superare gli indici prestazionali richiesti in impianti dove è favorita la produzione di calore.

L'elettricità diventa il sottoprodotto del sistema cogenerativo che nasce prevalentemente per soddisfare una domanda di calore utile.

Considerazioni su dimensionamento e progettazione dei sistemi di cogenerazione industriale

Conclusioni

Considerazioni sul dimensionamento
- Rinnovabili elettriche al 55% al 2030;
- Chiusura della produzione elettrica degli impianti a carbone al 2025;
- << duck curve >>.
...domani
Anche agli impianti CHP di media e grossa taglia sarà richiesta un'elevata flessibilità in un'ottica di << load following >>: valore aggiunto che dovrà essere riconosciuto dalla norma:
- Riduzione del minimo tecnico & capacità di regolare in tempi rapidi;
- Possibilità di svincolare produzione elettrica da quella termica;
- Parziale riconversione degli impianti con un depotenziamento elettrico a favore di un maggior recupero termico (trasformazione dei cicli combinati a condensazione in cicli a contropressione o semplici turbogas, dei cicli a vapore a condensazione in cicli a contropressione).