Analisi per progetti di
cogenerazione
Corso “Clean Energy Project Analysis”
Impianto di cogenerazione
Foto: Warren Gretz, DOE/NREL PIX
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
Obiettivi
• Rivedere i principi dei sistemi
di cogenerazione
• Illustrare le considerazioni chiave
per l’analisi di progetti
di cogenerazione
• Introdurre il modello RETScreen per la cogenerazione
®
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Cosa fornisce la cogenerazione?
• Energia elettrica
• Calore

Edifici

Comunità

Processi industriali
Impianto a biomasse, USA
…ma anche…
• Aumento efficienza
energetica
• Riduzione emissioni
• Riduzione perdite
distribuzione energia
Foto: Andrew Carlin, Tracy Operators/NREL PIX
• Opportunità di utilizzare
teleriscaldamento
• Refrigerazione
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Perché la cogenerazione?
• Le 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
elettrica ha più
valore del calore
Biomassa rinnovabile
Geotermia 1.024
Carbone
17.075
Totale
Olio 3.215
energia
primaria
Gas 8.384
immessa
40.180
Nucleare 7.777
Idroelettrico 2.705
Perdite di conversione come
energia termica 24.726
Energia
elettrica
lorda
15.454
Presa da World Alliance for Decentralized Energy
Autoconsumi
centrale 963
Perdite
distribuzione
energia 1.338
Energia
Energia Industria 5.683
elett. netta
elett.
14.491
agli utenti Altri 7.470
13.153
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Il concetto della cogenerazione
• Produzione simultanea di due o più tipi di energia da una singola fonte
•
energetica (anche detta: “cogenerazione”)
Utilizzo del calore recuperato dalla macchina di produzione di energia
elettrica
Efficienza recupero termico (55/70) = 78,6%
Gas di scarico
Efficienza totale ((30+55)/100) = 85,0%
15 unità
Calore
55 unità
Caldaia
Carichi
Recupero
Termici
Calore + gas di scarico
70 unità
Energia elett.
Combustibile
100 unità
30 unità
Macchina produzione energia
Generatore
Carichi
Elettrici
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Descrizione cogenerazione
Apparecchiature e tecnologie
• Unità frigorifere



Chiller a compressione
Chiller ad assorbimento
Pompe di calore, ecc.
• Unità termiche
Caldaia / Forno / Riscaldatore
 Recupero calore a perdere
 Pompa di calore, ecc.

Turbogas
Foto: Rolls-Royce plc
• Unità produzione energia





Turbogas
Turbogas ciclo combinato
Turbina vapore
Motore endotermico
Cella a combustibile, ecc.
Gruppo frigorifero
Foto: Urban Ziegler, NRCan
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Descrizione cogenerazione
Combustibili
• Fossili



Gas naturale
Gasolio
Carbone, ecc.
• Rinnovabili






Residui legnosi
Gas da discarica
Biogas
Bioprodotti agricoli
Bagasse
Colture appositamente
coltivate, ecc.
Biomassa per cogenerazione
Foto: Warren Gretz, DOE/NREL
Geyser geotermico
• Energia geotermica
• Idrogeno, ecc.
Foto: Joel Renner, DOE/ NREL PIX
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Descrizione cogenerazione
Applicazioni
•
•
•
•
Edifici singoli
Cogen. Municipio di Kitchener
Commercio e industria
Edifici multipli
Teleriscaldamento
(es. comunità)
• Processi industriali
Foto: Urban Ziegler, NRCan
Cogenerazione per teleriscaldamento, Svezia
Microturbina in una serra
Foto: Urban Ziegler, NRCan
Foto: Urban Ziegler, NRCan
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Sistemi teleriscaldamento
• Il calore di un impianto di cogenerazione può essere distribuito
a più 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:





Efficienza più elevata
Controllo delle emissioni
di un singolo impianto
Sicurezza
Comfort
Convenienza gestionale
Impianto teleriscaldamento
Tubazioni acqua calda
• Costi iniziali più elevati
Foto: SweHeat
Foto: SweHeat
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Costi della cogenerazione
• I costi sono variabili
• Costi iniziali






Tecnologia produzione
energia elettrica
App. riscaldamento
App. refrigerazione
Connessioni elettriche
Vie d’accesso
Rete teleriscaldamento
• Costi 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
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Considerazioni progetto cogen.
• Fornitura combustibile affidabile e duratura
• I costi capitale devono essere tenuti sotto controllo
• Utilizzazione 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 di base
(minimo carico elettrico in condizioni normali di 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 naturale
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Esempio: Canada
Edifici Singoli
• Edifici che necessitano di calore,
freddo ed energia elettrica

Ospedali, scuole, centri commerciali, aziende
agricole, ecc.
Ospedale, Ontario, Canada
Foto: GE Jenbacher
Motore endotermico
Foto: GE Jenbacher
Generatore di vapore a recupero
Foto: GE Jenbacher
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Esempio: Svezia e Stati Uniti
Edifici multipli
• Gruppo di edifici servito da impianto centralizzato
di produzione di energia elettrica e calore
Università, complessi commerciali, comunità, complessi industriali ecc.
 Sistema di teleriscaldamento

Imp. teleriscaldamento
Turbina utilizzata all’MIT di Cambridge - USA
Foto: SweHeat
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Esempio: Brasile
Processi industriali
• Industrie con elevata e costante
Bagasse per calore di processo, Brazil
domanda di calore e di freddo sono gli
utenti ideali per la cogenerazione
Combustibile
Combustore
Compressore
Turbogas
Combstibile Post-bruciatore
Aria
Carichi
Generatore
Elettrici
Gas di scarico
• Applicabile anche ad
Vapore
Caldaia
Turbina vapore
Acqua alimento
Porta estrazione
Foto: Ralph Overend/ NREL Pix
Generatore
Porta contropressione
Carichi
Carichi
Termici
Termici
Carichi
Elettrici
industrie che
producono scarti che
possono essere
utilizzati per la
produzione di calore e
di energia elettrica
Condensatore
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Esempio: Canada e Svezia
Biogas da discarica
• La discarica produce metano
dalla decomposizione dei
rifiuti
Ciclo produzione biogas da
discarica
Vapore
• Questo gas può essere
utilizzato come combustibile
per produrre calore, freddo
ed energia elettrica
Processo
Captazione biogas
Compressore
Filtro
Raffred.
Energia elettrica
Photo Credit: Gaz Metropolitan
Torcia
Foto: Gaz Metropolitan
Imp. cogenerazione per teleriscaldamento, Svezia
Foto: Urban Ziegler, NRCan
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Modello RETScreen per progetti di
cogenerazione
®
• Analisi globale di produzione d’energia, costi gestionali ed emissioni 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:

Scelta della lingua, dell’unità
di misura e degli strumenti
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Modello RETScreen
per analisi cogenerazione
®
Combustibile
solo energia termica

solo energia elettrica

solo energia frigorifera

Energia elettrica + termica

Energia elettrica + frigorifera

Energia termica + frigorifera

Energia elettrica + termica +
frigorifera
Calore
calore
Calore
• Varie opzioni progettuali

Produz.
Produz.
Carichi
termici
Calore
recuperato
Freddo
freddo
Carichi
frigoriferi
Elettricità
Combustibile
Produz.
Energia
Elettricità
Carichi
elettrici
Elettrica
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Modello RETScreen cogenerazione
Riscaldamento
Carico (kW)
®
Carico max.
riscaldamento
Carico Intermedio
riscaldamento
Carico base riscaldamento
Gen
Feb
Mar
Apr
Mag
Giu
Lug Ago
Set
Ott
Nov Dic
Mese
Calore
Elettricità
Freddo
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Modello RETScreen cogenerazione
Raffreddamento
Carico (kW)
®
Carico max.
raffred.
Carico base raffred.
Gen
Feb
Mar
Apr
Mag
Giu
Lug Ago
Set
Ott
Nov Dic
Mese
Calore
Elettricità
Freddo
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Modello RETScreen cogenerazione
Elettricità
Carico (kW)
®
Carico elettrico max.
Carico elettrico intermedio
Carico elettrico base
Gen
Feb
Mar
Apr
Mag
Giu
Lug Ago
Set
Ott
Nov Dic
Mese
Calore
Elettricità
Freddo
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RETScreen cogenerazione
®
Calcolo energetico
Stima dei carichi e della domanda:
- Produzione energia termica;
- Produzione energia frigorifera; e/o
- produzione energia elettrica.
Definizione caratteristiche
tecnologie da utilizzare
Calcolo energia generata e
consumo corrispondente di
Vedi manuale
Analisi progetti con energie pulite:
RETScreen® ingegneria e casi studio
Analisi progetti di cogenerazione
combustibile
Schema a blocchi semplificato
modello analisi cogenerazione
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Esempio di convalida del modello
®
RETScreen per progetti di
cogenerazione
• Convalida da parte di consulenti indipendenti (FVB Energy Inc.) e
numerosi beta-tester tra i quali industries, società di produzione di
energia elettrica, istituzioni pubbliche ed universitarie
Il modello è stato confrontato con altri modelli e/o dati misurati con
eccellenti risultati (es. calcolo dei rendimenti di turbine vapore
comparato con il software di simulazione GateCycle della GE Energy)
•
Comparazione del calcolo di rendimento turbina vapore
Portata estrazione
Portata ingresso
Portata uscita
P, T
P, T
Kpph/psia/°F
Kpph/psia/°F
1
50/1000/750
40/14/210
10/60/293
2
50/1000/545
50/60/293
3
50/450/457
4
50/450/457
Opzione
Potenza
Potenza
Gate Cycle
RETScreen
MW
MW
80%
3.896
3.883
0
80%
2.396
2.404
50/60/293
0
80%
1.805
1.827
50/14,7/212
0
81%
2.913
2.915
P, T
Kpph/psia/°F
Efficienza
Kpph = 1.000 lb/h
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Conclusioni
• Con la cogenerazione è possibile utilizzare
efficientemente calore che altrimenti andrebbe sprecato
• Il modulo RETScreen calcola la domanda energetica e le
curve di carico, l’energia fornita ed il consumo di
combustibile sulla base di varie combinazioni di
funzionamento: con riscaldamento e/o raffredamento e/o
produzione di energia elettrica immettendo dati minimi
• Grazie al modulo RETScreen è possibile risparmiare per la
preparazione di studi di prefattibilità
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Domande?
Modulo per analisi di progetti di cogenerazione
Corso internazionale RETScreen® per l’analisi di progetti con energie pulite
Per maggiori informazioni si prega di visitare il sito RETScreen:
www.retscreen.net
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