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UN’OPPORTUNITA’ PER “LA NUOVA” L’INDUSTRIA ITALIANA
Ing. Francesco Lambri
Milano, 3 marzo 2016
LA COGENERAZIONE: CGT Energia
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2
DEFINIZIONE •Tecnologie •Bilancio energetico
SOSTENIBILITA’ ECONOMICA AMBIENTALE •Case study
L’ENERGIA EFFICIENTE.
COGENERAZIONE. Milano, 3 marzo 2016
TECNICA •Applicazioni •Utilizzo energia termica •Componenti impianto
3
1
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1 DEFINIZIONI
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home 1> INTRODUZIONE
Definizioni ex-direttiva 2012/27/UE
3
Il rapporto tra un risultato in termini di rendimento, servizi, merci o energia e l'immissione di energia.
COGENERAZIONE
RISPARMIO ENERGETICO
EFFICIENZA ENERGETICA
Quantità di energia risparmiata, determinata mediante una misurazione e/o una stima del consumo prima e dopo l'attuazione di una misura di miglioramento dell'efficienza energetica, assicurando nel contempo la normalizzazione delle condizioni esterne che influiscono sul consumo energetico.
La produzione simultanea, nell'ambito di un unico processo, di energia termica e di energia elettrica o meccanica.
L’energia termica può essere recuperata sotto diverse forme, anche contemporanee:
• Acqua calda • Acqua surriscaldata • Olio diatermico
• Vapore • Acqua refrigerata
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home
• Turbina a gas a ciclo combinato con recupero di calore
• Turbina a vapore a contropressione
• Turbina di condensazione a estrazione di vapore
• Turbina a gas con recupero di calore
• Motore a combustione interna
• Microturbine
• Motori Stirling
• Pile a combustibile
• Motori a vapore
• Cicli Rankine a fluido organico
La scelta della tecnologia è dettata dalla potenza richiesta e dall’uso dell’energia termica resa disponibile.
1> INTRODUZIONE 4
COGENERAZIONE Principali tecnologie adottate
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home 1> INTRODUZIONE 5
Energia Elettrica
Energia termica
* fossile o rinnovabile
PRODUZIONE
COMBINATA
COMBUSTIBILE*
44
Tot.
87/100
REND.
87%
13
100 43
dispersione
RISPARMIO di 49 unità, pari
al 33% di Energia Primaria!
Impianto CHP
Cogenerazione
PRODUZIONE
SEPARATA
149
98
51
54
8
58%
REND.
dispersione
dispersione
Tot.
87/149
44
43
COMBUSTIBILE* Impianti tradizionali
Bilancio energetico
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home 1> INTRODUZIONE 6
2 Sostenibilità economica ambientale
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home
Il prezzo dell’energia elettrica in Europa
2> CASE STUDY 7
Figura 4. Prezzi dell’energia elettrica per I consumatori industriali con consumo annuo compreso tra 2.000 e 20.000 MWh.
Prezzi al lordo delle imposte.
Fonte: Elaborazione AEEGSI su dati Eurostat.
L’Italia è di 43 €/MWhe sopra la media (+33%)
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home 2> CASE STUDY 8
Il prezzo del gas naturale in Europa
Figura 6. Prezzi del gas naturale per i consumatori industriali con consumo annuo compreso tra 100.000 e 1.000.000 GJ, ovvero tra 2,6 e 26,3 M(m³).
Prezzi al lordo delle imposte C€/m ³: anno 2014
Fonte: Elaborazione AEEGSI su dati Eurostat.
L’Italia è di 5 c€/m3 sotto la media (-12%)
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home 2> CASE STUDY 9
L’analisi dei consumi
1.900.000 m3/y produzione P media = 3.000 kWt (Vapore)
500.000 m3/y lavaggi, degasatore, preriscaldo condense
P media = 600 kWt
300.000 m3/y riscaldamento invernale P media = 800 kWt
ELETTRICI 8
.15
0 M
Wh
e
TERMICI
2.7
00
.00
0 m
3/y
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home 2> CASE STUDY 10
L’analisi dei consumi
0
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
1
25
2
50
3
75
4
10
05
1
25
6
15
07
1
75
8
20
09
2
26
0
25
11
2
76
2
30
13
3
26
4
35
15
3
76
6
40
17
4
26
8
45
19
4
77
0
50
21
5
27
2
55
23
5
77
4
60
25
6
27
6
65
27
6
77
8
70
29
7
28
0
75
31
7
78
2
80
33
8
28
4
85
35
kWh
e
Curva di durata Energia Elettrica 2012
1.900.000 m3/y produzione P media = 3.000 kWt (Vapore)
500.000 m3/y lavaggi, degasatore, preriscaldo condense
P media = 600 kWt (Acqua calda)
300.000 m3/y riscaldamento invernale P media = 800 kWt (Acqua calda)
ELETTRICI 8
.15
0 M
Wh
e
TERMICI
2.7
00
.00
0 m
3/y
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home 2> CASE STUDY 11
Dimensionamento impianto
Ore funzionamento/anno: 5.275
CG170-12
Dati tecnici Potenza [kW] Rendimento [%]
Elettrica 1.200 43,7%
Gas di scarico raffreddati a 120°C 581 21,1%
Raffreddamento circuiti motore 608 22,1%
Aftercooler 2° stadio 106 3,9%
TOTALE 2.495 90,8%
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home
Risultato del risparmio energetico
2> CASE STUDY 12
SENZA COGENERAZIONE
CON COGENERAZIONE CGT
EE acquistata [MWhe/y] 8.150 2.265
EE autoprodotta [MWhe/y] - 5.885
GN caldaie [Sm3/y] 2.700.000 2.080.000
GN cogeneratore [Sm3/y] - 1.390.000
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home
Risultato del risparmio energetico
2> CASE STUDY 13
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home
Ricavi[€] Costi variabili [€] Margine
orario [€/h] Risparmio annuo [€]
Mancato acquisto EE
EE export Mancata produzione
Energia Termica GN Coge MO coge
Costo olio
Costo urea
P 166 0 35 114 9,5 1,0 0,7 76 152.678
OP 145 0 37 108 9,5 1,0 0,7 63 205.924
358.602
+ TEE 63.161
Risultato del risparmio economico
2> CASE STUDY 14
Margine medio: 68 €/h = 57 €/MWhe = ridurre il prezzo dell’energia elettrica di 14 €/MWhe (-11%) rispetto al valore medio europeo
ORE DI FUNZIONAMENTO
Peak 2.021
Off Peak 3.254
Tot 5.275
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home
Risultato globale
2> CASE STUDY 15
ENERGETICO/ EMISSIVO
ECONOMICO
1.100 tCO2/y
470 Tep/y
360.000 €/a Payback 3 anni
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home
3 TECNICA
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home
• Impianti di cogenerazione, bilancio energetico e configurazioni
• Principali applicazioni in cogenerazione e componenti principali di impianto.
3> TECNICA 17
Argomenti principali
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home
Andamento medio dei flussi energetici in un gruppo di cogenerazione alimentato a gas
Bilancio energetico
3> TECNICA 18
IRRAGIAMENTO MOTORE 2 %
CALORE RAFFREDDAMENTO
MOTORE 22 %
CALORE AFTERCOOLER
3 %
RECUPERO DAI GAS DI SCARICO
22 %
PERDITE ALTERNATORE
1 %
PERDITE AL CAMINO
7 %
ENERGIA IMMESSA
ATTRAVERSO IL COMBUSTIBILE
100 %
ENERGIA ELETTRICA
43 %
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home
Analizzeremo in dettaglio gli schemi termici a blocchi per le applicazioni termiche sopra riportate Vedremo la definizione dei componenti principali di un impianto Vedremo alcuni schemi P&I ed unifilari elettrici tipici
Applicazioni in cogenerazione
3> TECNICA 19
1.
2.
3.
Cogenerazione per produzione di acqua calda BT
Cogenerazione per produzione di acqua calda BT e vapore
Cogenerazione per produzione di acqua calda BT, acqua fredda e vapore
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home 3> TECNICA 20
Schema recupero termico
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home 3> TECNICA 21
Schema recupero termico
BILANCIO TERMICO - PRODUZIONE DI ACQUA CALDA E VAPOREMOTORE MODELLO:
potenza elettrica kW RENDIMENTI:
potenza termica alta T kW raff. °C Rendimento elettrico
potenza termica bassa T kW
potenza termica intercooler LT kW Rendimento termico (H2O + olio + ECO)
Rendimento termico (gas scarico)
Rendimento termico complessivo
kW Portata gas di scarico kW kW
kg/h
°C °C °C °C °C
bar °C
Pressione vapore Ritorno condense
kg/h Portata vapore
all'utilizzo
°C
kW
acqua impianto °C
t/h
164
90
658
51,1
77
85
120
10
58
75 83,7 431 199
5434
25,45%
18,79%
44,24%
517 381
82
594
1 x CG170-12 E 1000kW TA Luft
1000
439 164 42,84%
CALDAIA VAPOREACQUA CAMICIE MOTORE
OLIO MOTORE ECO VAPORE
ECO ACQUA
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home 3> TECNICA 22
Schema recupero termico
BILANCIO TERMICO - PRODUZIONE DI ACQUA CALDA E VAPOREMOTORE MODELLO:
potenza elettrica kW RENDIMENTI:
COP
potenza termica alta T kW raff. °C Rendimento elettrico
potenza termica bassa T kW
potenza termica intercooler LT kW Rendimento termico (H2O + olio + ECO)
Rendimento termico (gas scarico)
Rendimento termico complessivo
kW Portata gas di scarico kW kW
kg/h
°C °C °C °C °C
bar °C
Pressione vapore Ritorno condense
kg/h Portata vapore
°C
kW
acqua impianto
kW t/h
°C
all'utilizzo
°C °C
t/h
Portata acqua impianto
594
freddo 0,70
42,84%
caldo
1 x CG170-12 E 1000kW TA Luft
1000
439 164 42,84%
164
25,45%
18,79%
44,24%
517 381 58
17,81%
18,79%
36,60%
75 83,7 431 199
10
7 12
71,5
82
90
658
51,1
77
416
85
120
5434CALDAIA VAPOREACQUA CAMICIE
MOTOREOLIO MOTORE ECO VAPORE
ASSORBITORE FRIGORIFERO
ECO ACQUA
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home 3> TECNICA 23
Definizioni componenti di impianto
1
Layout 1 Layout 2
Motore a gas 1.
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home 3> TECNICA 24
Definizioni componenti di impianto
2
Layout 1 Layout 2
Motore a gas
Generatore
1.
2.
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home 3> TECNICA 25
Definizioni componenti di impianto
3
Layout 1 Layout 2
Motore a gas
Generatore
Filtro aria
1.
2.
3.
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home 3> TECNICA 26
Definizioni componenti di impianto
4
Layout 1 Layout 2
Motore a gas
Generatore
Filtro aria
Trasformatore
1.
2.
3.
4.
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home 3> TECNICA 27
Definizioni componenti di impianto
5
Layout 1 Layout 2
Motore a gas
Generatore
Filtro aria
Trasformatore Modulo di recupero termico dai gas di scarico
1.
2.
3.
4.
5.
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home 3> TECNICA 28
Definizioni componenti di impianto
6
Layout 1 Layout 2
Motore a gas
Generatore
Filtro aria
Trasformatore Modulo di recupero termico dai gas di scarico
Modulo di recupero termico BT dai circuiti motore
1.
2.
3.
4.
5.
6.
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home 3> TECNICA 29
Definizioni componenti di impianto
7
7
Layout 1 Layout 2
Motore a gas
Generatore
Filtro aria
Trasformatore Modulo di recupero termico dai gas di scarico
Modulo di recupero termico BT dai circuiti motore
Marmitta
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
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home 3> TECNICA 30
Definizioni componenti di impianto
8
8
Layout 1 Layout 2
Motore a gas
Generatore
Filtro aria
Trasformatore Modulo di recupero termico dai gas di scarico
Modulo di recupero termico BT dai circuiti motore
Marmitta
DeNox-catalizzatore
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
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home 3> TECNICA 31
Definizioni componenti di impianto Layout 1 Layout 2
9
Motore a gas
Generatore
Filtro aria
Trasformatore Modulo di recupero termico dai gas di scarico
Modulo di recupero termico BT dai circuiti motore
Marmitta
DeNox-catalizzatore
Linea gas
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
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Definizioni componenti di impianto
10
Layout 1 Layout 2
Motore a gas
Generatore
Filtro aria
Trasformatore Modulo di recupero termico dai gas di scarico
Modulo di recupero termico BT dai circuiti motore
Marmitta
DeNox-catalizzatore
Linea gas
Serbatoio olio
1.
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Definizioni componenti di impianto
11
Layout 1 Layout 2
Motore a gas
Generatore
Filtro aria
Trasformatore Modulo di recupero termico dai gas di scarico
Modulo di recupero termico BT dai circuiti motore
Marmitta
DeNox-catalizzatore
Linea gas
Serbatoio olio
Quadro elettrico
1.
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Definizioni componenti di impianto
12
Layout 1 Layout 2
Motore a gas
Generatore
Filtro aria
Trasformatore Modulo di recupero termico dai gas di scarico
Modulo di recupero termico BT dai circuiti motore
Marmitta
DeNox-catalizzatore
Linea gas
Serbatoio olio
Quadro elettrico
Quadro MT
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Definizioni componenti di impianto
13
Layout 1 Layout 2
Motore a gas
Generatore
Filtro aria
Trasformatore Modulo di recupero termico dai gas di scarico
Modulo di recupero termico BT dai circuiti motore
Marmitta
DeNox-catalizzatore
Linea gas
Serbatoio olio
Quadro elettrico
Quadro MT
In ventilazione
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Definizioni componenti di impianto
14
14
Layout 1 Layout 2
Motore a gas
Generatore
Filtro aria
Trasformatore Modulo di recupero termico dai gas di scarico
Modulo di recupero termico BT dai circuiti motore
Marmitta
DeNox-catalizzatore
Linea gas
Serbatoio olio
Quadro elettrico
Quadro MT
In ventilazione
Out ventilazione
1.
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Definizioni componenti di impianto
15 15
Layout 1 Layout 2
Motore a gas
Generatore
Filtro aria
Trasformatore Modulo di recupero termico dai gas di scarico
Modulo di recupero termico BT dai circuiti motore
Marmitta
DeNox-catalizzatore
Linea gas
Serbatoio olio
Quadro elettrico
Quadro MT
In ventilazione
Out ventilazione
Radiatore dissipatore
1.
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Definizioni componenti di impianto
Motore a gas
Generatore
Filtro aria
Trasformatore Modulo di recupero termico dai gas di scarico
Modulo di recupero termico BT dai circuiti motore
Marmitta
DeNox-catalizzatore
Linea gas
Serbatoio olio
Quadro elettrico
Quadro MT
In ventilazione
Out ventilazione
Radiatore dissipatore
Degasatore
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Layout 1 Layout 2
1.
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