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DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA ELETTRICA Via Eudossiana, 18 – 00184 - Roma Camera di Commercio Industria Artigianato Agricoltura Piazza della Vittoria 1 86100.

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1 DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA ELETTRICA Via Eudossiana, 18 – Roma Camera di Commercio Industria Artigianato Agricoltura Piazza della Vittoria Campobasso Fattibilità di un sistema cogenerativo per un complesso commerciale-residenziale Dott. Ing. Luigi Martirano Ricercatore e docente di domotica ed uso razionale dell’energia elettrica Dipartimento dell’Energia Elettrica dell’Università “La Sapienza di Roma”

2 Lo studio si propone di verificare la fattibilità tecnica ed economica di realizzazione di un sistema di cogenerazione per un complesso costituito da unità abitative, terziario e negozi. Dott. Ing. Luigi Martirano

3 Cos’è la cogenerazione ? Per cogenerazione si intende l’utilizzo di un combustibile in un processo di produzione contemporanea di energia termica e di energia elettrica. Gli impianti di cogenerazione sono caratterizzati da quattro possibili configurazioni di base: Motore alternativo Turbina a gas Turbina a vapore in contropressione Ciclo combinato Dott. Ing. Luigi Martirano

4 Promozione della cogenerazione ad alto rendimento La Direttiva Comunitaria 2004/8/CE dell’11 febbraio 2004 sulla promozione della cogenerazione basata su una domanda di calore utile nel mercato interno dell’energia evidenzia come attualmente nella Comunità il potenziale per l’uso della cogenerazione come mezzo per risparmiare energia sia sottoutilizzato. Per garantire una maggiore penetrazione sul mercato della cogenerazione anche a livello residenziale-terziario- commerciale, la Direttiva invita tutti gli Stati membri a sfruttare il potenziale nazionale di cogenerazione ad alto rendimento con interventi di sostegno pubblico quali esenzioni o riduzioni fiscali, certificati bianchi e verdi e regimi di sostegno diretto ai prezzi. Decreto Legislativo n.20 dell’8 febbraio 2007 Dott. Ing. Luigi Martirano

5 Macchina considerata nello studio EE100 kW ET167 kW P 83 kW 30% 48% GAS 350 kW Microturbina a gas 100kW elettrici Dott. Ing. Luigi Martirano

6 Principio di funzionamento EE100 kW ET167 kW P 83 kW  = 48% GAS 350 kW  = 30% Consumi: 34,5 m 3 /ora (a piena potenza) CALORE ELETTRICITA’ PERDITE Dott. Ing. Luigi Martirano

7 Conviene ? Dal punto di vista termodinamico, la cogenerazione rappresenta un sistema certamente conveniente perché il rendimento complessivo (elettrico+termico) è favorevole: 1) in una centrale termoelettrica si raggiunge al massimo un 55%-60% (cicli combinati), ma in centrali ancora di vecchia generazione si è al 35%-38% 2) in un impianto di cogenerazione si possono raggiungere anche rendimenti del 90% (tipicamente 70%-85%), dove la parte elettrica raggiunge al massimo il 30%-35% e il resto è il rendimento termico. Turbec T100 rendimento complessivo 78% (elettrico 30%) PUNTO DI VISTA TECNICO-TEORICO Dott. Ing. Luigi Martirano

8 Conviene ? Dal punto di vista realizzativo occorre effettuare uno studio puntuale per verificare se la cogenerazione rappresenta un sistema conveniente economicamente. La fattibilità dipende sostanzialmente da: PUNTO DI VISTA PRATICO-REALIZZATIVO Dati relativi agli assorbimenti di energia termica del complesso (quantità di energia annuale e diagrammi orari) Dati relativi agli assorbimenti di energia elettrica della fornitura alla quale è allacciata il cogeneratore (quantità di energia annuale e diagrammi orario) Modalità di valorizzazione dell’energia elettrica prodotta in cogenerazione (vendita o scambio sul posto) Costo del gas e dell’energia elettrica (in acquisto ed in vendita o scambiata) Dott. Ing. Luigi Martirano

9 Sistema energetico studiato Il cogeneratore produce l’acqua calda per tutto il complesso e l’energia elettrica esclusivamente per i servizi comuni “allargati” Complesso costituito da: appartamenti - 25 negozi e terziario Dott. Ing. Luigi Martirano

10 Sistema energetico studiato Il cogeneratore produce l’acqua calda per tutto il complesso e l’energia elettrica esclusivamente per i servizi comuni “allargati” Complesso costituito da: appartamenti - 25 negozi e terziario CASO 1 CASO 2 CASO 3 ENERGIA TERMICA Dott. Ing. Luigi Martirano

11 Dimensionamento del sistema E’ opportuno effettuare un dimensionamento del sistema cogenerativo in funzione dell’energia elettrica prodotta considerando però il ciclo di funzionamento termico dal momento che l’esercizio più conveniente è thermal driven cioè elettrico a seguire. Infatti eventuali esuberi di energia elettrica prodotta vengono valorizzati in modo non conveniente per l’utente Un primo principio generale è che in ogni caso l’energia elettrica prodotta in cogenerazione in un anno solare NON SIA MAGGIORE dell’energia elettrica annuale richiesta dal punto di fornitura ? Dott. Ing. Luigi Martirano

12 Dimensionamento del sistema E’ opportuno effettuare un dimensionamento del sistema cogenerativo in funzione dell’energia elettrica prodotta considerando però il ciclo di funzionamento termico dal momento che l’esercizio più conveniente è thermal driven cioè elettrico a seguire. Infatti in questo modo l’energia elettrica prodotta in cogenerazione viene valorizzata al valore massimo pari al costo di acquisto dell’energia elettrica (14 ceuro/kWh) Un secondo principio generale è che, per quanto possibile, l’energia elettrica prodotta è opportuno venga autoconsumata senza effettuare immissioni o prelievi di energia dal distributore. Dott. Ing. Luigi Martirano

13 Dimensionamento del sistema intero complesso L’energia termica (calore) richiesta dall’ intero complesso annualmente ed i relativi diagrammi di assorbimento presunti (estivo, invernale, feriale, festivo) punto di fornitura L’energia elettrica richiesta dal punto di fornitura al quale è allacciato il cogeneratore ed i relativi diagrammi di assorbimento presunti Occorre stimare: Dott. Ing. Luigi Martirano

14 Consumi energetici Complesso costituito da: appartamenti - 25 negozi e terziario Circa 350 MWh Circa 200 MWh Circa 250 MWh TOT: Circa 1200 MWh CONSUMI ANNUALI Circa 1000 MWh Circa 400 MWh 1000 MWh Dott. Ing. Luigi Martirano

15 Soluzione 2x100 kW EE200 kW ET335 kW P 166 kW GAS 700 kW Et = 1400 MWh Energia prodotta con esercizio elettrico a seguire h = 4300 ore di funzionamento a piena potenza Ee = 860 MWh Posso utilizzarla per: 1) Servizi condominiali 400MWh 2) Servizi comuni 1200 MWh 3) Intero complesso 2200MWh Tutta l’energia termica prodotta è utilizzata per l’intero complesso: - acqua calda sanitaria - riscaldamento degli appartamenti Dott. Ing. Luigi Martirano

16 Diagrammi di assorbimento Elettrico – invernale 1) 2) 3) ) Servizi condominiali Ea= 400MWh 2) Servizi comuni Ea= 1200 MWh 3) Intero complesso Ea= 2200MWh Dott. Ing. Luigi Martirano

17 Diagrammi di assorbimento Elettrico – estivo 1)-2)-3) ) Servizi condominiali Ea= 400MWh 2) Servizi comuni Ea= 1200 MWh 3) Intero complesso Ea= 2200MWh Dott. Ing. Luigi Martirano

18 Diagrammi di assorbimento Termico – invernale e quindi elettrico prodotto in cogenerazione Intero complesso Ea= 1400MWh termici Diagramma invernale: Riscaldamento appartamenti Acqua calda sanitaria (teleriscaldamento) Dott. Ing. Luigi Martirano

19 Diagrammi di assorbimento Termico –estivo e quindi elettrico prodotto in cogenerazione Intero complesso Ea= 1400MWh termici Diagramma estivo : Solo acqua calda sanitaria (teleriscaldamento) Dott. Ing. Luigi Martirano

20 Valorizzazione dell’energia elettrica E’ vantaggioso adottare l’opzione dello scambio sul posto SSP delibera 74/2008 in vigore dal 1 gennaio 2009 Cliente Distributore R ETE distribuzione dell’energia elettrica alle unità immobiliari per i servizi individuali distribuzione dell’energia elettrica per i servizi comuni Cogenerazione COMPLESSO kWh Ep Ea Epr Ei Dott. Ing. Luigi Martirano

21 Valorizzazione dell’energia elettrica Ep Eac Ea Ei Epr RETE ELETTRICA SCAMBIO SUL POSTO Dott. Ing. Luigi Martirano

22 Valorizzazione dell’energia elettrica REGIME DI VENDITA: - Pago Epr e vendo Ei SCAMBIO SUL POSTO: -Saldo Epr-Ei Dal 1 gennaio 2009 è cambiato >0 pago Epr-Ei <0 vendo Ei-Epr Ep=Eau+Ei Ea=Eau+Epr Dott. Ing. Luigi Martirano

23 Scambio sul posto SSP SCAMBIO SUL POSTO DELIBERA 78/2008 IN VIGORE DAL 1 GENNAIO 2009 IL RAPPORTO E’ ESCLUSIVAMENTE CON IL GSE QUINDI L’UTENTE PAGA AL FORNITORE TUTTA L’ENERGIA PRELEVATA Epr E POI AVRA’ DAL GSE UN COMPENSO PER L’ENERGIA SCAMBIATA LA VALUTAZIONE DEL COMPENSO E’ COMPLESSA E’ POSSIBILE VENDERE L’ENERGIA IMMESSA EVENTUALMENTE SUPERIORE A QUELLA PRELEVATA Condizione essenziale per l’erogazione del servizio SSP è la presenza di impianti per la produzione e per il consumo di energia elettrica sottesi ad un unico punto di connessione con la rete elettrica Il servizio SSP consiste nel realizzare una particolare forma di autoconsumo consentendo che l’energia elettrica prodotta ed immessa in rete possa essere prelevata in un tempo differente utilizzando quindi il sistema elettrico quale strumento per l’immagazzinamento dell’energia prodotta ma non contestualmente autoconsumata Dott. Ing. Luigi Martirano

24 Scambio sul posto SSP Dott. Ing. Luigi Martirano

25 Scambio sul posto SSP OE=OPR-oneri di sistema OPR oneri di acquisto CEI controvalore dell’energia immessa CUS (trasporto e dispacciamento) Dott. Ing. Luigi Martirano

26 Scambio sul posto SSP Dott. Ing. Luigi Martirano

27 Composizione del prezzo dell’energia Dott. Ing. Luigi Martirano

28 Delibera 78/08 SSP Ep=Eac+Ei Ea=Eac+Epr Ep-Ea=Ei-Epr EPEP E ac EiEi prezzo acquisto se E i E pr CSS E pr E i -E pr prezzo vendita 14 11,6 10

29 Delibera 78/08 SSP Si possono definire due parametri: Solo se Ei>Epr definisce la quota di energia immessa in rete valorizzata a SCC Definisce la quota di energia prodotta autoconsumata e quindi valorizzata con il prezzo di acquisto Dott. Ing. Luigi Martirano

30 Criterio di ottimizzazione Il criterio di ottimizzazione è che l’energia elettrica prodotta in cogenerazione in un anno solare ed immessa in rete Ei NON SIA MAGGIORE dell’energia elettrica annuale prelevata Epr Dott. Ing. Luigi Martirano

31 Criterio di ottimizzazione Eac/Ep  1 Epr/Ei > 1 se E i E pr 14 11,610 Dott. Ing. Luigi Martirano

32 STUDIO DI FATTIBILITA’ CASO 1 LA COGENERAZIONE E’ ALLACCIATA AD UN IMPIANTO ELETTRICO CHE ALIMENTA ESCLUSIVAMENTE I SERVIZI CONDOMINIALE CONSUMI ANNUALI ELETTRICI 400 MWh PRODUZIONE COGENERAZIONE 860 MWh Dott. Ing. Luigi Martirano

33 Scambio sul posto Caso 1 - Diagrammi invernali (243gg) Ep=2800 kWh/giorno Ea=1137 kWh/giorno Ei= 2140 kWh/giorno Epr= 476 kWh/giorno E autoconsumata =660 kWh/giorno Ei =2140 kWh/giorno Epr =476 kWh/giorno Dott. Ing. Luigi Martirano

34 Scambio sul posto Caso 1 Diagrammi estivi (122gg) Ep=1450 kWh/giorno Ea= 931 kWh/giorno Ei= 985 kWh/giorno Epr= 467 kWh/giorno E autoconsumata =465 kWh/giorno Ei =985 kWh/giorno Epr =467 kWh/giorno Dott. Ing. Luigi Martirano

35 Fattibilità economica caso1 Ep =860 MWh Ea =390 MWh E autoconsumata =220 MWh Ei =640 MWh Epr =170 MWh INVESTIMENTO euro FLUSSO DI CASSA euro TEMPO DI RITORNO 15,2 anni L’energia immessa non autoconsumata è valorizzata a 0,104 euro/kWh perché è quasi tutta venduta =25%=26% Dott. Ing. Luigi Martirano

36 STUDIO DI FATTIBILITA’ CASO 2 LA COGENERAZIONE E’ ALLACCIATA AD UN IMPIANTO ELETTRICO CHE ALIMENTA TUTTI I SERVIZI COMUNI CONSUMI ANNUALI ELETTRICI 1200 MWh PRODUZIONE COGENERAZIONE 860 MWh Dott. Ing. Luigi Martirano

37 Scambio sul posto Caso 2 - Diagrammi invernali (243gg) Ep=2800 kWh/giorno Ea=2806 kWh/giorno Ei= 767 kWh/giorno Epr= 774 kWh/giorno E autoconsumata =2032 kWh/giorno Ei = 767 kWh/giorno Epr =774 kWh/giorno Dott. Ing. Luigi Martirano

38 Scambio sul posto Caso 2 Diagrammi estivi (122gg) Ep=1450 kWh/giorno Ea= 4240 kWh/giorno Ei= 24 kWh/giorno Epr= 2816 kWh/giorno E autoconsumata =1426 kWh/giorno Ei = 24 kWh/giorno Epr =2816 kWh/giorno Dott. Ing. Luigi Martirano

39 Fattibilità economica caso2 Ep =860 MWh Ea =1200 MWh E autoconsumata =670 MWh Ei =190 MWh Epr =530 MWh INVESTIMENTO euro FLUSSO DI CASSA euro TEMPO DI RITORNO 7 anni =78%=280% Dott. Ing. Luigi Martirano

40 STUDIO DI FATTIBILITA’ CASO 3 LA COGENERAZIONE E’ ALLACCIATA AD UN IMPIANTO ELETTRICO CHE ALIMENTA TUTTO IL COMPLESSO CONSUMI ANNUALI ELETTRICI 2200 MWh PRODUZIONE COGENERAZIONE 860 MWh Dott. Ing. Luigi Martirano

41 Scambio sul posto Caso 3 - Diagrammi invernali (243gg) Ep=2800 kWh/giorno Ea=5456 kWh/giorno Ei= 18 kWh/giorno Epr= 2674 kWh/giorno E autoconsumata =2781 kWh/giorno Ei = 18 kWh/giorno Epr =2674 kWh/giorno Dott. Ing. Luigi Martirano

42 Scambio sul posto Caso 3 Diagrammi estivi (122gg) Ep=1450 kWh/giorno Ea= 6892 kWh/giorno Ei= 0 kWh/giorno Epr= 5446 kWh/giorno E autoconsumata =1450 kWh/giorno Ei = 0 kWh/giorno Epr =5446 kWh/giorno Dott. Ing. Luigi Martirano

43 Fattibilità economica caso3 Ep =860 MWh Ea =2200 MWh E autoconsumata =860 MWh (100%) Ei =40 MWh Epr =1300 MWh INVESTIMENTO euro FLUSSO DI CASSA euro TEMPO DI RITORNO 6,2 anni =100%>100% Dott. Ing. Luigi Martirano

44 CONCLUSIONI La fattibilità economica di un sistema cogenerativo dipende da: Numero di ore di funzionamento della macchina h Rapporto tra energia autoconsumata ed energia prodotta Eac/Ep Rapporto tra energia prelevata ed energia immessa Epr/Ei CASI ESAMINATI Per i 3 casi esaminati si può concludere che: Il caso 3 è quello economicamente più vantaggioso (TR=6 anni) Il caso 2 è economicamente sostenibile (TR=7 anni) Il caso 1 per essere economicamente sostenibile necessita di incentivi o finanziamenti appositi (TR=15 anni) Dott. Ing. Luigi Martirano

45 CONCLUSIONI h=4300 ore di utilizzazione Dott. Ing. Luigi Martirano


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