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Gioacchino Nardin Dipartimento di Energetica e Macchine Università degli Studi di Udine 14 Aprile 2011, Camera di Commercio di Trieste 2 o Convegno Tematico,

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1 Gioacchino Nardin Dipartimento di Energetica e Macchine Università degli Studi di Udine 14 Aprile 2011, Camera di Commercio di Trieste 2 o Convegno Tematico, RISPARMIO ENERGETICO FONDAZIONE INTERNAZIONALE TRIESTE PER IL PROGRESSO E LA LIBERTÀ DELLE SCIENZE TRIESTE INTERNATIONAL FOUNDATION FOR SCIENTIFIC PROGRESS AND FREEDOM

2 Risparmi energetici 1.Risparmi energetici nel sistema opedaliero (il più energivoro in ambito civile); 2.Risparmi energetici nelle zone industriali (le più energivore in assoluto); 3.Esempi di risparmio energetico in unacciaieria (attività estremamente energivora)

3 I consumi ospedalieri sono di gran lunga i più energivori in ambito civile Il solo ospedale di Udine copre una quota del 3% dei consumi totali del comune di Udine compresa la mobilità Rispetto ai consumi del solo civile i valori sono veramente ragguardevoli 110 Mt CO 2 emessa

4 I costi energetici del Sistema Sanitario Regionale Spesa totale SSR 2.3 miliardi di euro/anno Spesa energetica SSR milioni di euro/anno

5 Consumi termici e elettrici delle strutture ospedaliere regionali (2006)

6 Variazioni percentuali delle varie voci di spesa ( ) Fonte: elaborazione UNIUD dati CSC e Ministero della Sanità Incremento percentuale per la spesa energetica ben superiore alle altre voci del Conto Economico Regionale!

7 A causa del solo aumento dei vettori energetici ci si aspetta un AUMENTO della bolletta energetica di 2 – 2,5 milioni di euro allanno Dal 2003 al 2006 la spesa energetica è passata da 18 a 24 milioni di euro INCREMENTO medio annuo dell8,3% Dovuto a: Aumento del prezzo dei vettori energetici Implementazioni dei servizi (condizionamento estivo) Crescente obsolescenza delle configurazioni impiantistiche

8 Spesa energetica per posto letto annuo del SSR

9 Il progetto CIFRA-CSC Individuazione ed indicazione di possibili azioni di ottimizzazione e di risparmio energetico ed economico nelle strutture del SSR 1. Audit energetico 2. Analisi statistica 3. Opportunità La metodologi a utilizzata

10 Prima fase: laudit energetico Ha coinvolto un totale di 22 strutture del SSR, comprendenti Aziende Ospedaliere, Ospedali Civili, Istituti di Ricerca e Cura a Carattere Scientifico e alcune sedi distrettuali. Per ognuna delle strutture del campione, sono stati utilizzati due principali strumenti di indagine, ovvero: 1.Visita tecnica; 2.Questionario Figura: Localizzazione delle aziende oggetto dello studio

11 Quesiti relativi alla gestione generale dellenergia e sullinvolucro edilizio

12 Seconda fase: lanalisi degli indicatori Allo stesso modo, tali indicatori sono stati utilizzati per il confronto delle singole strutture allinterno delle ASS ed individuati eventuali trend di correlazione fra gli indici così individuati. Figura: Analisi degli indicatori delle singole strutture sanitarie regionali e confronto interno e per lindividuazione di trend settoriali

13 Seconda fase: lanalisi degli indicatori, il confronto Alla direzione centrale sono stati forniti degli indicatori di prestazione delle singole Aziende per i Servizi Sanitari, attraverso cui queste sono state confrontate reciprocamente e con valori nazionali ed internazionali di riferimento. Gli indicatori più utilizzati in letteratura sono 1.I consumi termici/elettrici riferiti alla superficie delledificio; 2.I consumi termici/elettrici riferiti al numero di posti letto Figura: Analisi degli indicatori per le ASS regionali e confronto con i valori nazionali ed internazionali

14 ANALISI DELLA LETTERATURA USA (HEALTHCARE ENERGY GUIDEBOOK) Campione considerato: 200 strutture sanitarie Suddivisione delle strutture in base al consumo energetico in 4 classi Indicazioni per lascesa al livello di top performer EU HOSPITALS (EXEMPLAR ENERGY CONSCIOUS IN EUROPEAN HOSPITALS AND HEALTHCARE BUILDINGS) Progetto finanziato dallUnione Europea riguardante 5 ospedali siti in vari paesi europei, che prevede la riduzione dei consumi energetici principalmente attraverso lutilizzo di fonti energetiche rinnovabili LIGURIA (LINEE GUIDE PER LEFFICIENZA ENERGETICA NEL SETTORE OSPEDALIERO LIGURE) Analisi del sistema ospedaliero ligure comprendente al suo interno 11 aziende. A seguito di unanalisi qualitativo statistica vengono fornite delle linee guida

15 Potenzialità di riduzione dei consumi termici ed elettrici secondo UK National Health Service e Progetto EU Hospitals POTENZIALE RISPARMIO

16 Terza fase: lindividuazione delle opportunità Le opportunità di riduzione della spesa e dei consumi energetici sono state classificate in funzione della loro tipologia (tecnologiche o gestionali/organizzative), in funzione della loro afferenza (attività endogene/esogene) e del loro impatto (debole/medio/forte) Esempio: Classificazione in base allimpatto sui costi energetici Figura: Individuazione delle opportunità, classificazione degli interventi in base allimpatto sui costi energetici.

17 Indici di consumo specifici delle strutture ospedaliere del SSR Proiezioni di riduzione a seconda dellintervento (Fonte: CIFRA su 20 strutture campione)

18 Tipologia di interventi individuati Potenziale di riduzione della spesa Portata dellintervento Esempi Basso – non compensativo Endogeno Illuminazione, inverter, isolamento, monitoraggio dei consumi energetici. Medio – compensativo Endogeno ogenerazione/trigenerazione, interventi sulla struttura edile, ristrutturazione della struttura organizzativa interna. Alto – riduttivoEsogeno Reti di teleriscaldamento, accordi di settore/filiera. Interventi Gestione attività di manutenzione Rinegoziazione contratti di fornitura Tecnico Impiantistici Illuminazione Azionamenti elettrici Impianto di ventilazione Cogenerazione Gestionali

19 Interventi nellarea organizzativa e gestionale Inserimento della problematica energetica nel Piano Sanitario Regionale con relativi indirizzi strategici in ragione della loro specificità tecnica, economica e gestionale Riorganizzazione delle competenze in materia di consumi e costi energetici Introduzione di una nuova figura professionale, lEnergy Manager del Sistema Ospedaliero, di rilevante competenza tecnica ed economica, con competenza sullintero sistema ospedaliero inteso come bacino energetico diffuso. Inserimento del Bacino Energetico Diffuso nei Programmi Regionali Operativi (PRO) previsti nel nuovo Disegno di Legge Regionale in Materia di Energia allarticolo 5 ed impostazione di questi per le strutture ospedaliere sia in termini generali come tipologia di attività, sia in termini specifici e combinati (attività e tecnologia) come ad esempio la cogenerazione, lutilizzo del fotovoltaico dove possibile, la diversificazione delle fonti ecc. Inserimento nei PRO di interventi di SISTEMA in stretta correlazione con le caratteristiche del territorio, in termini di generazione energetica considerare le biomasse legnose, gli oli e le filiere corte, utilizzando biomasse locali legnose e oli in particolare per le strutture ospedaliere prossime alle aree montane. In termini di utilizzo le reti di teleriscaldamento in aree caratterizzate da forti consumi energetici termici (conurbazioni e zone industriali).

20 Interventi nellarea Monitoraggio e Pianificazione Inserimento di strumenti di monitoraggio dei consumi e dei costi energetici complessivi per ogni singola struttura del SSR a livello di consumo di fonti e di assorbimento delle strutture. Monitoraggio dei costi dei servizi energetici per tipologia per singola struttura e dellinsieme di strutture. Protocollo delle attività da assegnare ad un Energy Manager del Sistema Ospedaliero e misurazione performance in termini gestionali, tangibili ed intangibili. Istituire un programma di controllo da assegnare ad un Energy Manager del Sistema Ospedaliero. Analisi dei trend e bilanci previsionali in assenza di azioni coordinate e di indirizzo. Pianificazione/programmazione degli interventi, con particolare riferimento alla pianificazione dei PRO.

21 Area Azioni e Misura delle Azioni: Tipi di interventi. Rapporti sintetici sugli interventi effettuati. Misura degli interventi. Rilevazioni di impatto ambientale attuale/previsionale. Area documentazione tecnica: Nuove modalità comportamentali generali in relazione ai nuovi obiettivi strategici. Nuove regolamentazioni specifiche con il supporto di manuali sintetici ad uso delle amministrazioni e del personale tecnico. Tipologia ed analisi critica delle migliori tecnologie disponibili sul mercato (Best Application Technologies, BAT); Area Contratti e Modelli Organizzativi: Tipologia ed analisi critica dei modelli contrattuali. Tipologia ed analisi critica dei modelli organizzativo/gestionali.

22 Possibile struttura del sistema di monitoraggio prestazione del SSR

23 Due nuove figure professionali - Il Terzo Responsabile (DPR 412/93) è la persona fisica o giuridica che, essendo in possesso dei requisisti previsti dalle normative vigenti e comunque di idonea capacità tecnica, economica, organizzativa, è delegata dal proprietario ad assumere le responsabilità dellesercizio, della manutenzione e delladozione delle misure necessarie al contenimento dei consumi energetici - Gli Energy Manager invece (Legge 10/91), individuano le azioni, gli interventi, le procedure e quanto altro necessario per promuovere luso razionale dellenergia, assicurano le predisposizione di bilanci energetici in funzione anche dei parametri economici e degli usi energetici finali

24 Figura: Consumi energetici superiori alle 1000 tep nelle strutture ospedaliere Lart. 19 della L10/91 prevede lobbligo dellEM per le attività industriali con un consumo superiore ai tep equivalenti e per tutte le altre attività con un consumo superiore alle tep di petrolio

25 Interventi per il risparmio energetico nellarea delle Azioni Gli interventi attuabili per ridurre i consumi e la spesa energetica del settore ospedaliero possono essere classificati in funzione delle possibili interazioni con il territorio circostante. 1.Interventi di tipo endogeno: la cui portata è limitata allinterno della singola struttura ospedaliera 2. Interventi di tipo di sistema: che prevedono interazioni di diverso grado con il territorio adiacente alla singola struttura ospedaliera

26 Le opportunità: una sintesi Interventi di tipo tecnologicoInterventi di tipo organizzativo/gestionale Impianti cogenerativi Impianto trigenerativo Impianto cogenerativo/trigenerativo con reti di teleriscaldamento Impianti cogenerativo/trigenerativo con e senza rete di teleriscaldamento con alimentazione a biolio vegetale o animale Impianti geotermici Impianti a portata variabile Recuperatori di calore aria aria Impianto fotovoltaico Impianto solare termico Impianti termici ad alto rendimento Impianti frigoriferi ad alto COP Ventilazione naturale/ibrida Verifica coibentazioni Isolamento termico strutture Sostituzione di porte e finestre Interruttori automatici Sistemi di illuminazione ad alta efficienza Motori a velocità variabile Controllo automatizzato impianti Rifasamento del carico elettrico Verifica manutenzione impianti termici-elettrici Regolazione della temperature ambientale Verifica condizioni contrattuali di fornitura Formazione personale Domotica e Building Automation Outsourcing servizi non core ESCo Monitoraggio dei consumi Tabella 2: Sintesi delle diverse opportunità (tecnologiche ed organizzative/gestionali) individuate per le aziende

27 Interventi impiantistici e sulle fonti energetiche per strutture ospedaliere Interventi ENDOGENI Interventi ESOGENI Interventi SULLE FONTI Interventi SULLA STRUTTURA Interventi che danno maggior vantaggio economico, minor impatto ambientale, minor consumo

28 Interventi per strutture ospedaliere e forme di finanziamento Interventi di sistema

29 Cabina di regia (Ospedali/Università/Comuni) 9 punti in più alla rete di teleriscaldamento più potente Senza i 9 punti la soluzione sarebbe stata quella Economica

30 Interventi di ottimizzazione allinterno del SSR Importante ma non prioritaria Prioritaria Poco incisiva SOLUZIONE OTTIMA

31 Vantaggi economici Tempi di rientro dellintervent o Rete di teleriscaldame nto piccola +9 punti per rete più potente Interventi di ottimizzazione: vantaggi della soluzione ottima

32 Interventi di sistema nella provincia di Pordenone

33 Opportunità di sistema: –Il beneficio ottenibile per il sistema è maggiore dei singoli benefici relativi alle aziende; –Soluzioni complesse: progettazione dettagliata, approccio necessariamente multi-disciplinare che coinvolga aspetti tecnologici, ambientali e normativi; Due maggiori opportunità individuate nello studio: VALORIZZAZIONE ENERGETICA DEI RIFIUTI LEGNOSI EVOLUZIONE DEI CONSORZI DI SVILUPPO INDUSTRIALE Introduzione: le opportunità individuate Valorizzazione energetica dei rifiuti legnosi Evoluzione dei consorzi di sviluppo industriale Conclusioni: i fattori critici di successo

34 Valorizzazione energetica dei rifiuti legnosi Emerso nel corso dellindagine: RESIDUI LEGNOSI DAL DISTRETTO DEL MOBILE RESIDUI LEGNOSI DAL DISTRETTO DEL MOBILE FABBISOGNI VARIABILI DEI PRODUTTORI DI PANNELLI FABBISOGNI VARIABILI DEI PRODUTTORI DI PANNELLI DISPONIBILITÀ IN ECCESSO DA DESTINARE A SMALTIMENTO UTILIZZO NEI CEMENTIFICI DELLA PROVINCIA UTILIZZO NEI CEMENTIFICI DELLA PROVINCIA Le opportunità individuate Valorizzazione energetica dei rifiuti legnosi Evoluzione dei consorzi di sviluppo industriale Conclusioni IMPIANTO DI TERMOVALORIZZAZION E DEDICATO

35 Valorizzazione energetica dei rifiuti legnosi nei cementifici Soluzione ottimale sotto molteplici punti di vista: riduzione costi combustibile (Hi kcal/kg) e quote di CO 2 (per cementifici); costi di smaltimento rifiuti (per aziende), trattamento rifiuti in condizioni tecnologiche ottimali (tempi lunghi ad alte temperature) e già realizzato in diverse realtà internazionali, anche per rifiuti pericolosi. Risulta comunque necessario: –Definizione dei meccanismi operativi e dei prezzi di cessione/acquisto; –Test tecnologici di combustione in cementificio del residuo e test sul prodotto finito; Descrizione Costo dellinvestime nto Mulino a martelli Essiccatore a fascio tubiero Linea di Pellettizzazione Silos stoccaggio Opere civili, investimenti generali e macchinari accessori Totale Impianto di pellettizzazione del rifiuto legnoso Le opportunità individuate Valorizzazione energetica dei rifiuti legnosi Evoluzione dei consorzi di sviluppo industriale Conclusioni

36 Evoluzione dei Consorzi di sviluppo industriale 1. I Consorzi promuovono, nell'ambito degli agglomerati industriali di competenza, le condizioni necessarie per la creazione e lo sviluppo di attività produttive nel settore dell'industria. A tale fine realizzano e gestiscono infrastrutture per le attività industriali, promuovono o gestiscono servizi alle imprese. 2. I servizi alle imprese comprendono la prestazione di servizi per l'innovazione tecnologica, gestionale e organizzativa alle imprese industriali e di servizi. Legge regionale 18 gennaio 1999, n. 3 Disciplina dei Consorzi di sviluppo industriale. Le opportunità individuate Valorizzazione energetica dei rifiuti legnosi Evoluzione dei consorzi di sviluppo industriale Conclusioni

37 Evoluzione dei Consorzi di sviluppo industriale 3. In particolare, i Consorzi provvedono: a) all'acquisizione ovvero all'espropriazione e alla progettazione di aree attrezzate per insediamenti produttivi, ivi compresa l'azione promozionale per l'insediamento di attività produttive in dette aree, alla progettazione e realizzazione delle opere di urbanizzazione e dei servizi, nonché all'attrezzatura degli spazi pubblici destinati ad attività collettive; (…) e) alla costruzione e alla gestione di impianti di depurazione degli scarichi degli insediamenti produttivi, di stoccaggio di rifiuti speciali tossici e nocivi, nonché al trasporto dei medesimi; (…) g) all'esercizio e alla gestione di impianti di produzione combinata e di distribuzione di energia elettrica e di calore in regime di autoproduzione. 4. I Consorzi possono altresì promuovere, anche al di fuori dell'ambito di competenza, la prestazione di servizi riguardanti: a) la ricerca tecnologica, la progettazione, la sperimentazione, l'acquisizione di conoscenze e la prestazione di assistenza tecnica, organizzativa e di mercato connessa al progresso ed al rinnovamento tecnologico, nonché la consulenza ed assistenza alla diversificazione di idonee gamme di prodotti e delle loro prospettive di mercato; Legge regionale 18 gennaio 1999, n. 3 Disciplina dei Consorzi di sviluppo industriale. Le opportunità individuate Valorizzazione energetica dei rifiuti legnosi Evoluzione dei consorzi di sviluppo industriale Conclusioni

38 Evoluzione delle aree industriali Situazione passata Situazione attuale Consorzi di sviluppo industriale Consorzi di sviluppo industriale Attività produttive integrate che agiscono in ottica sistemica, collaborativa. Singole imprese PARCO ECO-INDUSTRIALE AUTONOMO Attività indipendenti, in competizione, know-how esclusivo Attività co-localizzate, coordinate, logisticamente interrelate Driver economici: (complessità, globalizzazione, ecc.) Driver economici: (riduione costi materie prime, energia, acqua) ed ambientali (riduzione impatti aria/acqua/suolo, ecc.) Situazione futura Le opportunità individuate Valorizzazione energetica dei rifiuti legnosi Evoluzione dei consorzi di sviluppo industriale Conclusioni Evoluzione Prestazioni

39 Consorzi di sviluppo industriale Le peculiarità dei consorzi di sviluppo industriale sono molteplici e di diverso ordine GEOGRAFICHE INFRASTRUTTUR ALI PRODUTTIVE ENERGETICHE AMBIENTALI ORGANIZZATIVE CO-LOCALIZZAZIONE DI IMPRESE RETI TRASPORTI, ACQUE, GAS DIVERSIFICAZIONE ATTIVITÀ PRODUTTIVE DIVERSIFICAZIONE FABBISOGNI ENERGETICI MONITORAGGI IMPATTI ARIA/ACQUA/SUOLO CENTRO DIREZIONALE Le opportunità individuate Valorizzazione energetica dei rifiuti legnosi Evoluzione dei consorzi di sviluppo industriale Conclusioni

40 Le opportunità per la ZIPR Impianto trigenerativo tradizionale Fra le diverse sinergie del consorzio, è stata approfondita la sinergia in ambito energetico Impianto trigenerativo a fonte rinnovabile Impianto innovativo e prototipale - A Gas Naturale; - Tecnologia affidabile e matura; - Tempi di ritorno medi -A fonte rinnovabile -Benefici ambientali -Incentivi nazionali - Innovazione e rilevanza territoriale; -Know-how interno; -Alti tempi di ritorno. TRE OPPORTUNITÀ INDAGATE Le opportunità individuate Valorizzazione energetica dei rifiuti legnosi Evoluzione dei consorzi di sviluppo industriale Conclusioni

41 Impianto trigenerativo a gas naturale: 6.3 MW e Impianto trigenerativo a fonte rinnovabile Impianto innovativo e prototipale Le opportunità individuate Valorizzazione energetica dei rifiuti legnosi Evoluzione dei consorzi di sviluppo industriale Conclusioni Le opportunità per la ZIPR VoceValoreU.d.m. Potenza in ingresso14,9[MW] Potenza termica7[MW] t Potenza elettrica6,3[MW] el Rendimento termico medio:47% % Rendimento elettrico medio42% %

42 Le opportunità individuate Valorizzazione energetica dei rifiuti legnosi Evoluzione dei consorzi di sviluppo industriale Conclusioni Impianto trigenerativo a gas naturale Impianto trigenerativo a fonte rinnovabile Impianto innovativo e prototipale Le opportunità per la ZIPR VoceValoreU.d.m. Potenza in ingresso 20 [MW] Potenza termica9,2[MW t ] Potenza elettrica8,3[MW el ] Rendimento termico46% Rendimento elettrico41% Ore funzionamento annuo8040[h] Costo manutenzione0,12c/kWh Consumo di combustibile220g/kW e

43 Le opportunità individuate Valorizzazione energetica dei rifiuti legnosi Evoluzione dei consorzi di sviluppo industriale Conclusioni Impianto trigenerativo a gas naturale Impianto trigenerativo a fonte rinnovabile Impianto innovativo e prototipale Le opportunità per la ZIPR Impianto di piccola taglia: 500 kW e

44 Integrazione fra opportunità Le opportunità non sono esclusive, anzi, lintegrazione fra opportunità comporterebbe significativi vantaggi secondo il triplice punto di vista energetico, economico ed ambientale. In particolare, dal punto di vista economico, lintegrazione fra opportunità con tempi di ritorno diversi consente lottenimento dei benefici di impianti ad alto tempo di ritorno, unitamente al ritorno economico di investimenti favorevoli. Impianto trigenerativo tradizionale Impianto trigenerativo a fonte rinnovabile Impianto innovativo e prototipale Tempi di ritorno medi (7-8 anni) Tempi di ritorno bassi (3-4 anni) Tempi di ritorno elevati (10-12 anni) Effetto sinergico: payback cumulato: 5-6 anni. Le opportunità individuate Valorizzazione energetica dei rifiuti legnosi Evoluzione dei consorzi di sviluppo industriale Conclusioni

45 Il progetto di efficienza energetica: indagine, analisi statistica e soluzioni per le singole aziende

46 Individuare interventi di risparmio energetico e ridurre il livello di incertezza nella formulazione di strategie, decisioni e azioni in campo energetico- ambientale, mediante lutilizzo di un approccio che consenta di effettuare una valutazione comparativa delle diverse possibili opzioni disponibili per ridurre la spesa energetica Lo studio: finalità FINALITÀ METODOLOGIA IL PROGETTO OPPORTUNITÀ Valutare prestazioni operative, ovvero linfluenza della, installazione, gestione degli impianti, dei flussi di materie prime, di energia e di emissioni sui risultati energetici ed ambientali dellattività. Valutazione delle prestazioni gestionali, ovvero linfluenza della struttura organizzativa e della gestione delle risorse sui risultati energetici ed ambientali dellattività

47 Perchè il metodo degli indicatori? Abitudine aziendale allutilizzo di indicatori assoluti per la valutazione dello stato di fatto (consumi di materie prime, consumi energetici, ecc.) Lutilizzo si indicatori consente, di semplificare, quantificare, analizzare e comunicare informazioni complesse rendendole più fruibili al decision maker Definizione di indicatori specifici che permettono il monitoraggio e confronto di specifiche prestazioni aziendali : FINALITÀ METODOLOGIA IL PROGETTO OPPORTUNITÀ Indicatori di risposta: valutano lefficienza e lefficacia delle politiche o dei comportamenti adottati dalle aziende; Indicatori di contabilità ambientale: intesi come intensità delle risorse utilizzate; Indicatori di flusso: descrivono ingresso ed uscita dei principali cicli ecologici (acqua, energia, materie prime, rifiuti, emissioni).

48 FINALITÀ METODOLOGIA OPPORTUNITÀ La metodologia IL PROGETTO CONFRONT A- BILI? Termina Diagnosi Approccio tecnico Approccio statistico Interventi di razionalizzazione energetica Analisi economica Priorità interventi NO Opportunità di Innovazione energetica Analisi economica Priorità interventi SI Indicatori effettivi Audit energetico modalità walking throght Analisi di Processo Analisi di letteratura Indicatori di riferimento Opportunità specifiche e settoriali Pianificazione e opportunità sistemiche

49 FINALITÀ METODOLOGIA OPPORTUNITÀ La metodologia: il questionario IL PROGETTO QUADRO A: Informazioni generali sull'azienda QUADRO D: Dati energetico-ambientali QUADRO E: Impianti, tecnologie e dati di funzionamento QUADRO B: Attività produttiva QUADRO C: Materie prime, semilavorati, prodotti ausiliari e prodotti finiti Individuazione dei parametri gestionali, non immediatamente imputabili al ciclo produttivo Visione quantitativa globale dellinfluenza di ogni fase produttiva sugli aspetti energetico- ambientali significativi. Caratterizzazione dellassetto impiantistico di ogni fase, dalla indicazione dei coefficienti di utilizzo, ai dati di targa e alla vita residua di ogni macchinario

50 Gli indicatori di risposta e di contabiltà FormulaUdMDefinizione C e /C th -Rapporto fra i consumi di elettricità (C e ) ed energia termica (C th ), indice della struttura dei consumi energetici; C tot /REkWh/Rapporto fra i consumi energetici totali (C tot = C e + C t ) ed il fattuarato annuale (RE), indice dellintensità energetica del businees aziendale; C th /FAkWh/m 2 Rapporto fra i consumi termici aziendali (C th ) e la superficie dello stabilimento (FA), indice del consumo energetico specifico relativo al riscaldamento ambientale; PE/TERapporto fra il numero di addetti relativo al ciclo produttivo (PE) e quello totale dellazienda (TE), indice del grado di automazione dellazienda; C tot /THkWh/hRapporto fra i consumi totali (C tot ) e le ore totali lavorate(TH), indice dellintensità energetica oraria aziendale; C w /REm3/m3/Rapporto fra i consumi idrici(C w ) ed il fatturato aziendale (RE), indice dellintensità dellutilizzo idrico dellattività aziendale; C w / C tot m 3 /kWhRapporto fra i consumi idrici (C w ) ed I consumi energetici totali(C tot ), indice di intensità dellutilizzo idrico rispetto a quello energetico dellazienda; C tot /TEkWh/hdRapporto fra i consumi energetici totali (C tot ) ed il numero totale di addetti (TE), indice dellintensità energetica per personale impiegato; C tot /PEkWh/hdRapporto fra i consumi totali (C tot ) ed il numero totale di addetti relativi al solo ciclo produttivo (PE), indice dellintensità energetica pro capite rispetto al solo ciclo produttivo aziendale; FINALITÀ METODOLOGIA OPPORTUNITÀ IL PROGETTO

51 Analisi statistica di regressione FINALITÀ METODOLOGIA OPPORTUNITÀ IL PROGETTO

52 Audit energetico a 35 imprese della provincia di Pordenone Campione non omogeneo -Settore di appartenenza -Dimensioni -Costi energetici e rilevanza relativa dei medesimi FINALITÀ METODOLOGIA OPPORTUNITÀ IL PROGETTO STATISTICHE DESCRITTIVE

53 INDICATORI SPECIFICI Confronto, monitoraggio e valutazione delle performance FormulaUdMDefinizione C e /C th - Rapporto fra i consumi di elettricità (C e ) ed energia termica (C th ), indice della struttura dei consumi energetici; C tot /REkWh/ Rapporto fra i consumi energetici totali (C tot = C e + C t ) ed il fattuarato annuale (RE), indice dellintensità energetica del businees aziendale; C tot /TEkWh/hd Rapporto fra i consumi energetici totali (C tot ) ed il numero totale di addetti (TE), indice dellintensità energetica per personale impiegato; C tot /PEkWh/hd Rapporto fra i consumi totali (C tot ) ed il numero totale di addetti relativi al solo ciclo produttivo (PE), indice dellintensità energetica pro capite rispetto al solo ciclo produttivo aziendale; C th /FAkWh/m 2 Rapporto fra i consumi termici aziendali (C th ) e la superficie dello stabilimento (FA), indice del consumo energetico specifico relativo al riscaldamento ambientale; PE/TE Rapporto fra il numero di addetti relativo al ciclo produttivo (PE) e quello totale dellazienda (TE), indice del grado di automazione dellazienda; C tot /THkWh/h Rapporto fra i consumi totali (C tot ) e le ore totali lavorate(TH), indice dellintensità energetica oraria aziendale; C w /REm3/m3/ Rapporto fra i consumi idrici(C w ) ed il fatturato aziendale (RE), indice dellintensità dellutilizzo idrico dellattività aziendale; C w / C tot m 3 /kWh Rapporto fra i consumi idrici (C w ) ed I consumi energetici totali(C tot ), indice di intensità dellutilizzo idrico rispetto a quello energetico dellazienda; FINALITÀ METODOLOGIA OPPORTUNITÀ IL PROGETTO

54 INDICATORI Analisi di Regressione V-1V-2R2R2 C tot RE0,879 C tot TH0,771 CeCe RE0,734 TERE0,961 PERE0,862 CtCt FA0,844 C tot CwCw 0,706 THRE0,892 Analisi di regressione settoriale: settore metalmeccanico Analisi di regressione settoriale: settore della plastica e del legno FINALITÀ METODOLOGIA OPPORTUNITÀ IL PROGETTO

55 Identificazione delle opportunità di razionalizzazione e innovazione Tipologia di opportunità individuate: Opportunità generali, applicabili a molteplici e diversificate aziende del campione; Opportunità specifiche per le azienda presenti nel campione; Opportunità settoriali, comuni ad uno specifico gruppo di aziende; Opportunità sistemiche, relative ad un cluster di aziende particolarmente rilevante. FINALITÀ METODOLOGIA OPPORTUNITÀ IL PROGETTO

56 OPPORTUNITÀ Opportunità generali, specifiche, settoriali SettoreOpportunitàCaratteristiche principali Generica Impianti fotovoltaiciDa 5 a 100 kW di picco, dimensionati rispetto ai fabbisogni aziendali GenericaIlluminazione Utilizzo di lampade fluorescenti compatte, LED, o impianti a vapore di sodio, in funzione dellefficienza energetica, la resa in colore (CRI) e la temperatura della luce (CCT). GenericaMotori elettrici, compressori Manutenzione corretta e dimensionamento, controllo del fattore di carico. Recupero energetico dai compressori (fino all80% di energia dissipata), controllo della rete di distribuzione dellaria compressa tramite rilevatori ultrasonici; Specifica, Cementificio Recupero energetico dai gas al camino Gas in uscita a 350°C, recuperabili tramite un gruppo ORC con annessa produzione di energia elettrica; Specifica, Cementificio Isolamento del forno rotante Isolamento del forno rotante tramite lana minerale, energia in ingresso recuperabile 3-4%. Specifica, Metallurgico Recupero energetico dai gas al camino Nm 3 a 700 °C energia recuperabile, utilizzo di materiali a cambiamento di fas (PCM) per il controllo delle fluttuazioni dei flussi e produzione elettrica integrata tramite un impianto ORC da 500 kWe. Specifica, Lattiero caseario Impianto cogenerativo Soluzione ideale per fabbisogni complementari (termico ed elettrico) del ciclo produttivo. Potenza stimata: 750 kWe, motore endotermico a gas naturale. Risparmi stimati: 250 k/anno; Payback: 3-4 anni Settoriale, Plastiche Presse ad iniezione elettricaRisparmio energetico fino al 70% a seconda dei tempi ciclo, del tipo di pezzo e del materiale a fronte di un investimento superiore del 20% rispetto al tradizionale sistema idraulico. FINALITÀ METODOLOGIA OPPORTUNITÀ IL PROGETTO

57 OPPORTUNITÀ Sistemiche FINALITÀ METODOLOGIA OPPORTUNITÀ IL PROGETTO Opportunità di sistema: –Il beneficio ottenibile per il sistema è maggiore dei singoli benefici relativi alle aziende; –Soluzioni complesse: progettazione dettagliata, approccio necessariamente multi-disciplinare che coinvolga aspetti tecnologici, ambientali e normativi; Due maggiori opportunità individuate nello studio: VALORIZZAZION E ENERGETICA DEI RIFIUTI LEGNOSI EVOLUZIONE DEI CONSORZI DI SVILUPPO INDUSTRIALE

58 Forno elettrico ad arco: Utilizzo di masse termiche inerziali ai fini del recupero energetico dagli effluenti gassosi

59 Enti coinvolti nella ricerca Obiettivo del lavoro svolto Dipartimento di Ingegneria Elettrica Gestionale e Meccanica Eco-D Srl: studio di progettazione e realizzazione di impianti siderurgici Proporre una soluzione ingegneristica per il recupero energetico dagli effluenti gassosi di un forno elettrico ad arco, sfruttando il differimento termico, ovvero il disaccoppiamento temporale tra flussi energetici in ingresso ed uscita ad un apposito recuperatore mediante lutilizzo di materiali bassofondenti

60 Forno elettrico ad arco (EAF) Elettrodi Volta mobile Arco elettrico Bagno fuso Crogiolo cilindrico Quarto foro

61 Impianto di depurazione fumi

62 Bilancio energetico dellEAF Il consumo energetico del settore siderurgico, di cui una parte consistente è a carico del EAF, rappresenta il 20% dellenergia consumata nel settore industriale Bilancio energetico di un forno EAF, da fonte Ferriere Nord EAF con capacità di colata 70 t Energia introdotta nel reattore 50 MWh Energia disponibile per il recupero energetico Energia fumi 10 MWh

63 Lidea di base Portate linea fumi EAF: Molto elevate Grande variabilità delle temperature impossibilità di effettuare un recupero tramite un semplice scambiatore di calore ad attraversamento Materiali bassofondenti Accumulo e cessione calore latente PCM Flusso energetico variabile Flusso energetico costante Disaccoppiament o temporale fusionesolidificazion e Gruppo ORC

64 Scelta del posizionamento del differitore Al di sopra della Settling chamber in modo da: Sostituire i pannelli raffreddati ad acqua attualmente presenti Non comportare modifiche invasive al layout tipico di una linea fumi Disporre di una superficie, per lo scambio termico, di estensione pari a 35 m 2 A A Sez. A - A Scambiatore: scorre il fluido transfer Lato Fumi

65 Valutazione delle potenze scambiate tra fumi e PCM Profilo di temperature dei fumi relativo ad una sezione rappresentativa della Settling chamber (fonte Eco-D) Andamento del coefficiente di scambio termico globale Scelta dei materiali PCM da utilizzare Irraggiamento Convezione T max = 1224 K T media = 860 K Analisi possibili materiali Piombo: conducibilità termica: 34,75 W/(mK) temperatura fusione = 327 °C Sale fuso (miscela di Nitrato di Potassio e Sodio): utilizzato nei recenti impianti termodinamici solari conducibilità termica molto bassa: 0,54 W/(mK) costo contenuto: 0,5 /Kg bassa densità: 1800 kg/m 3 temperatura fusione = 238 °C temperature max di esercizio = 600 °C

66 Calcolo della quantità di PCM necessaria Vincoli tecnologici: T i = 420 K p= 4 bar conoscendo lenergia in ingresso lato fumi Quantità di PCM da utilizzare

67 Esposizione risultati Seconda configurazione: Andamento temperature e fronti di fusione con v = 0,25 m/s

68 Esposizione risultati Terza configurazione: Andamento temperature e fronti di fusione con v = 0,25 m/s

69 Esposizione risultati Terza configurazione: Andamento temperature e fronti di fusione con v = 2,5 m/s

70 Soluzione impiantistica Agendo sulle pompe si riesce a gestire il sistema

71 Conclusioni Le configurazioni potenzialmente adatte al recupero energetico degli effluenti gassosi sono la seconda e la terza, con la differenza che solo questultima permette la regolazione delle potenze estratte in base alle esigenze di gestione dellapparato. In entrambi i casi la quantità di piombo utilizzata fonde e solidifica completamente con frequenza imposta dallandamento e dalla ripetibilità delle temperature dei fumi, si può quindi affermare che la quantità di piombo utilizzata è adeguata per il raggiungimento dellobiettivo prefissato. La seconda e la terza configurazione permettono di asportare una potenza media pari a 1MWt Ipotizzando un rendimento di conversione del 10% si ricava una potenza elettrica di 100 kWe Da una valutazione economica condotta, considerando il prezzo della corrente elettrica prodotta e il guadagno ottenuto con il contributo dei Certificati Bianchi, si ottiene un introito di circa /anno Considerando il prezzo della materia prima necessaria e il costo dellimpianto ORC, il rientro del capitale investito previsto è di 3-4 anni

72 Conclusioni Daltro canto lutilizzo del sale associato al piombo ha permesso di sfruttarne solo le caratteristiche di bassa conducibilità termica, utili eventualmente per un isolamento dei tubi dello scambiatore Infatti la quantità di sale inizialmente utilizzata è stata gradualmente ridotta ottenendo delle configurazioni in cui la quantità di sale è marginale

73 Sviluppi futuri Investigare sulla possibilità di applicare un recupero energetico concepito con le soluzioni impiantistiche e le tecnologie utilizzate nel settore termodinamico solare. Ovvero utilizzando il sale fuso come fluido termovettore facendolo defluire, allo stato liquido allinterno dei tubi in sostituzione dellacqua. Valutare la possibilità di effettuare un recupero energetico esteso non solo alla superficie superiore della camera ma anche alle pareti laterali in modo da aumentare le superfici di scambio termico quindi la potenza asportata e la calmierazione degli effluenti gassosi Realizzazione di un prototipo per la convalidazione delle simulazioni

74 Gioacchino Nardin Dipartimento di Energetica e Macchine Università degli Studi di Udine FONDAZIONE INTERNAZIONALE TRIESTE PER IL PROGRESSO E LA LIBERTÀ DELLE SCIENZE TRIESTE INTERNATIONAL FOUNDATION FOR SCIENTIFIC PROGRESS AND FREEDOM Grazie per lattenzione


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