Corso Clean Energy Project Analysis © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005. Analisi per progetti di cogenerazione Foto: Warren Gretz, DOE/NREL.

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1 Corso Clean Energy Project Analysis © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005. Analisi per progetti di cogenerazione Foto: Warren Gretz, DOE/NREL PIX Impianto di cogenerazione

2 © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005. Obiettivi Rivedere i principi dei sistemi Rivedere i principi dei sistemi di cogenerazione Illustrare le considerazioni chiave per lanalisi di progetti di cogenerazione Illustrare le considerazioni chiave per lanalisi di progetti di cogenerazione Introdurre il modello RETScreen ® per la cogenerazione Introdurre il modello RETScreen ® per la cogenerazione

3 © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005. Energia elettrica Energia elettrica Calore Calore Edifici Comunità Processi industriali …ma anche… Aumento efficienza energetica Aumento efficienza energetica Riduzione emissioni Riduzione emissioni Riduzione perdite distribuzione energia Riduzione perdite distribuzione energia Opportunità di utilizzare teleriscaldamento Opportunità di utilizzare teleriscaldamento Refrigerazione Refrigerazione Cosa fornisce la cogenerazione? Foto: Andrew Carlin, Tracy Operators/NREL PIX Impianto a biomasse, USA

4 © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005. Perché la cogenerazione? Le centrali elettriche tradizionali sono inefficienti Le centrali elettriche tradizionali sono inefficienti Da metà a due terzi dellenergia 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. Lenergia elettrica ha più valore del calore Lenergia elettrica ha più valore del calore Presa da World Alliance for Decentralized Energy Perdite di conversione come energia termica 24.726 Autoconsumi centrale 963 Perdite distribuzione energia 1.338 Totale energia primaria immessa 40.180 Carbone 17.075 Olio 3.215 Gas 8.384 Nucleare 7.777 Idroelettrico 2.705 Energia elettrica lorda 15.454 Energia elett. netta 14.491 Energia elett. agli utenti 13.153 Industria 5.683 Altri 7.470 Biomassa rinnovabile Geotermia 1.024

5 © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005. Il concetto della cogenerazione Produzione simultanea di due o più tipi di energia da una singola fonte energetica (anche detta: 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 Utilizzo del calore recuperato dalla macchina di produzione di energia elettrica Combustibile 100 unità Macchina produzione energia Caldaia Recupero Generatore Calore + gas di scarico 70 unità Gas di scarico 15 unità Calore 55 unità Energia elett. 30 unità Carichi Termici Carichi Elettrici Efficienza recupero termico (55/70) = 78,6% Efficienza totale ((30+55)/100) = 85,0%

6 © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005. Descrizione cogenerazione Apparecchiature e tecnologie Unità frigorifere Unità frigorifere Chiller a compressione Chiller ad assorbimento Pompe di calore, ecc. Unità termiche Unità termiche Caldaia / Forno / Riscaldatore Recupero calore a perdere Pompa di calore, ecc. Unità produzione energia Unità 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

7 © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005. Descrizione cogenerazione Combustibili Fossili Fossili Gas naturale Gasolio Carbone, ecc. Rinnovabili Rinnovabili Residui legnosi Gas da discarica Biogas Bioprodotti agricoli Bagasse Colture appositamente coltivate, ecc. Energia geotermica Energia geotermica Idrogeno, ecc. Idrogeno, ecc. Foto: Joel Renner, DOE/ NREL PIX Geyser geotermico Foto: Warren Gretz, DOE/NREL Biomassa per cogenerazione

8 © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005. Descrizione cogenerazione Applicazioni Edifici singoli Edifici singoli Commercio e industria Commercio e industria Edifici multipli Edifici multipli Teleriscaldamento Teleriscaldamento (es. comunità) Processi industriali Processi industriali Cogenerazione per teleriscaldamento, Svezia Foto: Urban Ziegler, NRCan Microturbina in una serra Foto: Urban Ziegler, NRCan Cogen. Municipio di Kitchener

9 © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005. Il calore di un impianto di cogenerazione può essere distribuito a più edifici circostanti per la loro climatizzazione 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: 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 elevati Costi iniziali più elevati Sistemi teleriscaldamento Foto: SweHeat Impianto teleriscaldamento Foto: SweHeat Tubazioni acqua calda

10 © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005. Costi della cogenerazione I costi sono variabili I costi sono variabili Costi iniziali Costi iniziali Tecnologia produzione energia elettrica App. riscaldamento App. refrigerazione Connessioni elettriche Vie daccesso Rete teleriscaldamento Costi gestionali Costi gestionali Combustibile Gestione e manutenzione Sostituzione e riparazione apparecchiature Tipo apparecchiature RETScreenCosto installato ($/kW) Motore endotermico700 – 2.000 Turbina a gas550 – 2.500 Turbina a gas – ciclo combinato700 – 1.500 Turbina a vapore500 – 1.500 Sistema geotermico1.800 – 2.100 Pila a combustibile4.000 – 7.700 Turbina eolica1.000 – 3.000 Turbina idroelettrica550 – 4.500 Modulo fotovoltaico8.000 – 12.000 Nota: valori in dollari canadesi al 1 gennaio 2005. Cambio circa 1 CAD = 0,81 USD e 1 CAD = 0,62 EUR

11 © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005. Considerazioni progetto cogen. Fornitura combustibile affidabile e duratura Fornitura combustibile affidabile e duratura I costi capitale devono essere tenuti sotto controllo I costi capitale devono essere tenuti sotto controllo Utilizzazione sia del calore sia dellenergia elettrica Utilizzazione sia del calore sia dellenergia elettrica Negoziare vendita energia elettrica alla rete se non totalmente utilizzata Normalmente limpianto è dimensionato per il carico termico di base (minimo carico elettrico in condizioni normali di funzionamento) Normalmente limpianto 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 dellenergia elettrica e del gas naturale Rischi associati ai prezzi futuri dellenergia elettrica e del gas naturale

12 © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005. Esempio: Canada Edifici Singoli Edifici che necessitano di calore, freddo ed energia elettrica Edifici che necessitano di calore, freddo ed energia elettrica Ospedali, scuole, centri commerciali, aziende agricole, ecc. Motore endotermico Foto: GE Jenbacher Generatore di vapore a recupero Foto: GE Jenbacher Ospedale, Ontario, Canada Foto: GE Jenbacher

13 © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005. Esempio: Svezia e Stati Uniti Edifici multipli Gruppo di edifici servito da impianto centralizzato Gruppo di edifici servito da impianto centralizzato di produzione di energia elettrica e calore Università, complessi commerciali, comunità, complessi industriali ecc. Sistema di teleriscaldamento Turbina utilizzata allMIT di Cambridge - USA Foto: SweHeat Imp. teleriscaldamento

14 © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005. Esempio: Brasile Processi industriali Industrie con elevata e costante domanda di calore e di freddo sono gli utenti ideali per la cogenerazione Industrie con elevata e costante domanda di calore e di freddo sono gli utenti ideali per la cogenerazione Bagasse per calore di processo, Brazil Foto: Ralph Overend/ NREL Pix Applicabile anche ad industrie che producono scarti che possono essere utilizzati per la produzione di calore e di energia elettrica Applicabile anche ad industrie che producono scarti che possono essere utilizzati per la produzione di calore e di energia elettrica Combustore CompressoreTurbogasGeneratore Caldaia Turbina vaporeGeneratore Condensatore Combustibile Aria Combstibile Post-bruciatore Gas di scarico Vapore Acqua alimento Porta estrazionePorta contropressione Carichi Termici Carichi Termici Carichi Elettrici Carichi Elettrici

15 © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005. Imp. cogenerazione per teleriscaldamento, Svezia Esempio: Canada e Svezia Biogas da discarica La discarica produce metano dalla decomposizione dei rifiuti La discarica produce metano dalla decomposizione dei rifiuti Questo gas può essere utilizzato come combustibile per produrre calore, freddo ed energia elettrica Questo gas può essere utilizzato come combustibile per produrre calore, freddo ed energia elettrica Foto: Urban Ziegler, NRCan Foto: Gaz Metropolitan Photo Credit: Gaz Metropolitan Ciclo produzione biogas da discarica Captazione biogas Filtro Compressore Raffred. Vapore Processo Energia elettrica Torcia

16 © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005. Modello RETScreen ® per progetti di cogenerazione Analisi globale di produzione denergia, costi gestionali ed emissioni gas serra Analisi globale di produzione denergia, 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: Include anche: Scelta della lingua, dellunità di misura e degli strumenti

17 © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005. Modello RETScreen ® per analisi cogenerazione Varie opzioni progettuali Varie opzioni progettuali solo energia termica solo energia elettrica solo energia frigorifera Energia elettrica + termica Energia elettrica + frigorifera Energia termica + frigorifera Energia elettrica + termica + frigorifera CombustibileCalore recuperato Freddo Elettricità Combustibile Produz. calore Carichi termici Produz. freddo Carichi frigoriferi Produz. Energia Elettrica Carichi elettrici

18 © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005. Modello RETScreen ® cogenerazione Riscaldamento GenFebMarAprMagGiuLugAgoSetOttNovDic Mese CaloreElettricitàFreddo Carico base riscaldamento Carico Intermedio riscaldamento Carico max. riscaldamento Carico (kW)

19 © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005. Modello RETScreen ® cogenerazione Raffreddamento GenFebMarAprMagGiuLugAgoSetOttNovDic Mese Carico (kW) Carico base raffred. Carico max. raffred. CaloreElettricitàFreddo

20 © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005. Modello RETScreen ® cogenerazione Elettricità GenFebMarAprMagGiuLugAgoSetOttNovDic Mese Carico (kW) CaloreElettricitàFreddo Carico elettrico base Carico elettrico intermedio Carico elettrico max.

21 © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005. Stima dei carichi e della domanda: - Produzione energia termica; - Produzione energia frigorifera; e/o - produzione energia elettrica. Definizione caratteristiche tecnologie da utilizzare RETScreen ® cogenerazione Calcolo energetico Vedi manuale Analisi progetti con energie pulite: RETScreen ® ingegneria e casi studio Analisi progetti di cogenerazione Schema a blocchi semplificato modello analisi cogenerazione Calcolo energia generata e consumo corrispondente di combustibile

22 © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005. 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 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) 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) 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/°F Efficienza Potenza Gate Cycle MW Potenza RETScreen MW 150/1000/75040/14/21010/60/29380%3.8963.883 250/1000/54550/60/293080%2.3962.404 350/450/45750/60/293080%1.8051.827 450/450/45750/14,7/212081%2.9132.915

23 © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005. Conclusioni Con la cogenerazione è possibile utilizzare efficientemente calore che altrimenti andrebbe sprecato Con la cogenerazione è possibile utilizzare efficientemente calore che altrimenti andrebbe sprecato Il modulo RETScreen calcola la domanda energetica e le curve di carico, lenergia 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 Il modulo RETScreen calcola la domanda energetica e le curve di carico, lenergia 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 Grazie al modulo RETScreen è possibile risparmiare per la preparazione di studi di prefattibilità

24 © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005. Domande? www.retscreen.net Per maggiori informazioni si prega di visitare il sito RETScreen: Modulo per analisi di progetti di cogenerazione ® Corso internazionale RETScreen ® per lanalisi di progetti con energie pulite