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Corso “Clean Energy Project Analysis”Corso “Clean Energy Project Analysis”

© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.

Analisi per progetti di Analisi per progetti di cogenerazionecogenerazione

Foto: Warren Gretz, DOE/NREL PIX Impianto di cogenerazione


ObiettiviObiettivi

• Rivedere i principi dei sistemi Rivedere i principi dei sistemi di cogenerazionedi cogenerazione

• Illustrare le considerazioni chiave Illustrare le considerazioni chiave per l’analisi di progetti per l’analisi di progetti di cogenerazione di cogenerazione

• Introdurre il modello RETScreenIntrodurre il modello RETScreen®® per la per la cogenerazionecogenerazione


• Energia elettricaEnergia elettrica

• CaloreCalore Edifici Comunità Processi industriali

…ma anche…

• Aumento efficienza Aumento efficienza energeticaenergetica

• Riduzione emissioniRiduzione emissioni

• Riduzione perdite Riduzione perdite distribuzione energiadistribuzione energia

• Opportunità di utilizzare Opportunità di utilizzare teleriscaldamentoteleriscaldamento

• RefrigerazioneRefrigerazione

Cosa fornisce la Cosa fornisce la cogenerazione?cogenerazione?

Foto: Andrew Carlin, Tracy Operators/NREL PIX

Impianto a biomasse, USA


Perché la cogenerazione?Perché la cogenerazione?

• Le centrali elettriche tradizionali sono inefficientiLe centrali elettriche tradizionali sono inefficienti Da metà a due terzi dell’energia è persa sotto forma di energia

termica

Questa energia termica dispersa può essere invece utilizzata come calore di processo, riscaldamento ambienti e acqua, refrigerazione ecc.

• L’energia L’energia

elettrica ha piùelettrica ha più

valore del calorevalore del calore

Presa da World Alliance for Decentralized Energy

Perdite di conversione come

energia termica 24.726

Autoconsumi

centrale 963

Perditedistribuzioneenergia 1.338

Totaleenergiaprimariaimmessa40.180

Carbone

17.075

Olio 3.215

Gas 8.384

Nucleare 7.777

Idroelettrico 2.705

Energiaelettrica

lorda 15.454

Energiaelett. netta

14.491

Energia elett.

agli utenti13.153

Industria 5.683

Altri 7.470

Biomassa rinnovabileGeotermia 1.024


Il concetto della Il concetto della cogenerazionecogenerazione

• Produzione simultanea di due o più tipi di energia da una Produzione simultanea di due o più tipi di energia da una singola fonte energetica (anche detta: “cogenerazione”)singola fonte energetica (anche detta: “cogenerazione”)

• Utilizzo del calore recuperato dalla macchina di produzione di Utilizzo del calore recuperato dalla macchina di produzione di energia elettricaenergia elettrica

Combustibile

100 unitàMacchina produzione energia

Caldaia

Recupero

Generatore

Calore + gas di scarico70 unità

Gas di scarico15 unità

Calore55 unità

Energia elett.30 unità

Carichi

Termici

Carichi

Elettrici

Efficienza recupero termico (55/70) = 78,6%

Efficienza totale ((30+55)/100) = 85,0%


Descrizione cogenerazioneDescrizione cogenerazioneApparecchiature e tecnologieApparecchiature e tecnologie

• Unità frigorifereUnità frigorifere Chiller a compressione Chiller ad assorbimento Pompe di calore, ecc.

• Unità termicheUnità termiche Caldaia / Forno / Riscaldatore Recupero calore a perdere Pompa di calore, ecc.

• Unità produzione energiaUnità produzione energia Turbogas Turbogas ciclo combinato Turbina vapore Motore endotermico Cella a combustibile, ecc.

Foto: Rolls-Royce plc Turbogas

Foto: Urban Ziegler, NRCan

Gruppo frigorifero


Descrizione cogenerazioneDescrizione cogenerazioneCombustibiliCombustibili

• FossiliFossili Gas naturale Gasolio Carbone, ecc.

• RinnovabiliRinnovabili Residui legnosi Gas da discarica Biogas Bioprodotti agricoli Bagasse Colture appositamente

coltivate, ecc.

• Energia geotermicaEnergia geotermica

• Idrogeno, ecc.Idrogeno, ecc.Foto: Joel Renner, DOE/ NREL PIX

Geyser geotermico

Foto: Warren Gretz, DOE/NREL

Biomassa per cogenerazione


Descrizione cogenerazioneDescrizione cogenerazioneApplicazioniApplicazioni

• Edifici singoliEdifici singoli

• Commercio e industriaCommercio e industria

• Edifici multipliEdifici multipli

• Teleriscaldamento Teleriscaldamento

(es. comunità)(es. comunità)

• Processi industrialiProcessi industrialiCogenerazione per teleriscaldamento, Svezia

Foto: Urban Ziegler, NRCan Foto: Urban Ziegler, NRCan Microturbina in una serra


Cogen. Municipio di Kitchener


• Il calore di un impianto di cogenerazione può essere distribuito a Il calore di un impianto di cogenerazione può essere distribuito a più edifici circostanti per la loro climatizzazionepiù edifici circostanti per la loro climatizzazione Le tubazioni coibentate vengono posizionate a 0,6 / 0,8 m sottoterra

• Vantaggi comparati ad edifici con ciascuno il proprio impianto:Vantaggi comparati ad edifici con ciascuno il proprio impianto: Efficienza più elevata Controllo delle emissioni di un singolo impianto Sicurezza Comfort Convenienza gestionale

• Costi iniziali più elevatiCosti iniziali più elevati

Sistemi teleriscaldamentoSistemi teleriscaldamento

Foto: SweHeat

Impianto teleriscaldamento

Foto: SweHeat

Tubazioni acqua calda


Costi della cogenerazioneCosti della cogenerazione

• I costi sono variabiliI costi sono variabili

• Costi inizialiCosti iniziali Tecnologia produzione

energia elettrica App. riscaldamento App. refrigerazione Connessioni elettriche Vie d’accesso Rete teleriscaldamento

• Costi gestionaliCosti gestionali Combustibile Gestione e manutenzione Sostituzione e riparazione

apparecchiature

Tipo apparecchiature RETScreen Costo installato ($/kW)

Motore endotermico 700 – 2.000

Turbina a gas 550 – 2.500

Turbina a gas – ciclo combinato 700 – 1.500

Turbina a vapore 500 – 1.500

Sistema geotermico 1.800 – 2.100

Pila a combustibile 4.000 – 7.700

Turbina eolica 1.000 – 3.000

Turbina idroelettrica 550 – 4.500

Modulo fotovoltaico 8.000 – 12.000

Nota: valori in dollari canadesi al 1 gennaio 2005. Cambio circa 1 CAD = 0,81 USD e 1 CAD = 0,62 EUR


Considerazioni progetto Considerazioni progetto cogen.cogen.

• Fornitura combustibile affidabile e duraturaFornitura combustibile affidabile e duratura

• I costi capitale devono essere tenuti sotto controlloI costi capitale devono essere tenuti sotto controllo

• Utilizzazione sia del calore sia dell’energia elettricaUtilizzazione sia del calore sia dell’energia elettrica Negoziare vendita energia elettrica alla rete se non totalmente utilizzata

• Normalmente l’impianto è dimensionato per il carico termico Normalmente l’impianto è dimensionato per il carico termico di base (minimo carico elettrico in condizioni normali di di base (minimo carico elettrico in condizioni normali di funzionamento) funzionamento) Potenza termica generata generalmente uguale al 100%/200% della pot.

elettrica

Il calore può essere utilizzato per generare freddo tramite assorbitori

• Rischi associati ai prezzi futuri dell’energia elettrica e del gas Rischi associati ai prezzi futuri dell’energia elettrica e del gas naturalenaturale


Esempio: CanadaEsempio: Canada

Edifici SingoliEdifici Singoli

• Edifici che necessitano di calore, freddo Edifici che necessitano di calore, freddo ed energia elettricaed energia elettrica Ospedali, scuole, centri commerciali, aziende

agricole, ecc.

Motore endotermicoFoto: GE Jenbacher

Generatore di vapore a recuperoFoto: GE Jenbacher

Ospedale, Ontario, CanadaFoto: GE Jenbacher


Esempio: Svezia e Stati UnitiEsempio: Svezia e Stati Uniti

Edifici multipliEdifici multipli

• Gruppo di edifici servito da impianto centralizzatoGruppo di edifici servito da impianto centralizzato

di produzione di energia elettrica e caloredi produzione di energia elettrica e calore Università, complessi commerciali, comunità, complessi industriali

ecc. Sistema di teleriscaldamento

Turbina utilizzata all’MIT di Cambridge - USAFoto: SweHeat

Imp. teleriscaldamento


Esempio: Brasile Esempio: Brasile

Processi industrialiProcessi industriali

• Industrie con elevata e costante Industrie con elevata e costante domanda di calore e di freddo domanda di calore e di freddo sono gli utenti ideali per la sono gli utenti ideali per la cogenerazionecogenerazione

Bagasse per calore di processo, Brazil

Foto: Ralph Overend/ NREL Pix

• Applicabile anche ad Applicabile anche ad industrie che industrie che producono scarti che producono scarti che possono essere possono essere utilizzati per la utilizzati per la produzione di calore produzione di calore e di energia elettricae di energia elettrica

Combustore

Compressore Turbogas Generatore

Caldaia

Turbina vapore Generatore

Condensatore

Combustibile

Aria

Combstibile Post-bruciatoreGas di scarico

Vapore

Acqua alimentoPorta estrazione Porta contropressione

Carichi

Termici

Carichi

Termici

Carichi

Elettrici

Carichi

Elettrici


Imp. cogenerazione per teleriscaldamento, Svezia

Esempio: Canada e SveziaEsempio: Canada e Svezia

Biogas da discaricaBiogas da discarica

• La discarica produce metano La discarica produce metano dalla decomposizione dei dalla decomposizione dei rifiutirifiuti

• Questo gas può essere Questo gas può essere utilizzato come combustibile utilizzato come combustibile per produrre calore, freddo per produrre calore, freddo ed energia elettricaed energia elettrica


Foto: Gaz Metropolitan

Photo Credit: Gaz Metropolitan

Ciclo produzione biogas da

discarica

Captazione biogas

Filtro

Compressore

Raffred.

Vapore

Processo

Energia elettrica

Torcia


Modello RETScreenModello RETScreen® ® per progetti diper progetti dicogenerazionecogenerazione

• Analisi globale di produzione d’energia, costi gestionali ed Analisi globale di produzione d’energia, costi gestionali ed emissioni gas serraemissioni gas serra

Refrigerazione, riscaldamento, energia elettrica con tutte le combinazioni

Turbogas o turbine vapore, motori endoterimci, pile a combustibile, caldaie, compressori ecc.

Vasta gamma di combustibili, da quelli fossili alle biomasse e la geotermia

Varietà di strategie funzionali Strumento per biogas da discarica Sistemi di teleriscaldamento

• Include anche:Include anche: Scelta della lingua, dell’unità

di misura e degli strumenti


Modello RETScreenModello RETScreen®®

per analisi cogenerazioneper analisi cogenerazione

• Varie opzioni progettualiVarie opzioni progettuali

solo energia termica

solo energia elettrica

solo energia frigorifera

Energia elettrica + termica

Energia elettrica + frigorifera

Energia termica + frigorifera

Energia elettrica + termica +

frigorifera

Combustibile Calore

Calore Calore

recuperato

Freddo

Elettricità

ElettricitàCombustibile

Produz.

calore

Carichi

termici

Produz.

freddo

Carichi

frigoriferi

Produz.

Energia

Elettrica

Carichi

elettrici


Modello RETScreenModello RETScreen® ®

cogenerazione cogenerazione RiscaldamentoRiscaldamento

Gen Feb Mar Apr Mag Giu Lug Ago Set Ott Nov Dic

Mese

Calore Elettricità Freddo

Carico base riscaldamento

Carico Intermedio

riscaldamento

Carico max.

riscaldamento

Cari

co (

kW

)


Modello RETScreenModello RETScreen®® cogenerazionecogenerazioneRaffreddamentoRaffreddamento


Mese

Cari

co (

kW

)

Carico base raffred.

Carico max.

raffred.



Modello Modello RETScreenRETScreen®®cogenerazionecogenerazioneElettricitàElettricità


Mese

Cari

co (

kW

)


Carico elettrico base

Carico elettrico intermedio

Carico elettrico max.


Stima dei carichi e della domanda:

- Produzione energia termica;

- Produzione energia frigorifera; e/o

- produzione energia elettrica.

Definizione caratteristiche

tecnologie da utilizzare

RETScreenRETScreen®® cogenerazione cogenerazione

Calcolo energetico Calcolo energetico

Vedi manuale

Analisi progetti con energie pulite: RETScreen® ingegneria e casi studio

Analisi progetti di cogenerazione

Schema a blocchi semplificatoSchema a blocchi semplificato

modello analisi cogenerazionemodello analisi cogenerazione

Calcolo energia generata e

consumo corrispondente di

combustibile


Esempio di convalida del modello Esempio di convalida del modello RETScreenRETScreen®® per progetti di per progetti di cogenerazionecogenerazione

• Convalida da parte di consulenti indipendenti (FVB Energy Inc.) e Convalida da parte di consulenti indipendenti (FVB Energy Inc.) e numerosi beta-tester tra i quali industries, società di produzione di numerosi beta-tester tra i quali industries, società di produzione di energia elettrica, istituzioni pubbliche ed universitarieenergia elettrica, istituzioni pubbliche ed universitarie

• Il modello è stato confrontato con altri modelli e/o dati misurati con Il modello è stato confrontato con altri modelli e/o dati misurati con eccellenti risultati (es. calcolo dei rendimenti di turbine vapore eccellenti risultati (es. calcolo dei rendimenti di turbine vapore comparato con il software di simulazione GateCycle della GE comparato con il software di simulazione GateCycle della GE Energy)Energy)

Kpph = 1.000 lb/h

Comparazione del calcolo di rendimento turbina vapore

Opzione

Portata ingresso

P, T

Kpph/psia/°F

Portata uscita

P, T

Kpph/psia/°F

Portata estrazione

P, T

Kpph/psia/°FEfficienza

Potenza

Gate Cycle

MW

Potenza

RETScreen

MW

1 50/1000/750 40/14/210 10/60/293 80% 3.896 3.883

2 50/1000/545 50/60/293 0 80% 2.396 2.404

3 50/450/457 50/60/293 0 80% 1.805 1.827

4 50/450/457 50/14,7/212 0 81% 2.913 2.915


ConclusioniConclusioni

• Con la cogenerazione è possibile utilizzare Con la cogenerazione è possibile utilizzare efficientemente calore che altrimenti andrebbe sprecatoefficientemente calore che altrimenti andrebbe sprecato

• Il modulo RETScreen calcola la domanda energetica e le Il modulo RETScreen calcola la domanda energetica e le curve di carico, l’energia fornita ed il consumo di curve di carico, l’energia fornita ed il consumo di combustibile sulla base di varie combinazioni di combustibile sulla base di varie combinazioni di funzionamento: con riscaldamento e/o raffredamento e/o funzionamento: con riscaldamento e/o raffredamento e/o produzione di energia elettrica immettendo dati minimiproduzione di energia elettrica immettendo dati minimi

• Grazie al modulo RETScreen è possibile risparmiare per Grazie al modulo RETScreen è possibile risparmiare per la preparazione di studi di prefattibilitàla preparazione di studi di prefattibilità


Domande?Domande?

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Modulo per analisi di progetti di cogenerazioneCorso internazionale RETScreen®® per l’analisi di progetti con energie

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