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

Dott. Ing. Luigi Martirano 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.

Cos’è la cogenerazione ? Dott. Ing. Luigi Martirano 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

Promozione della cogenerazione ad alto rendimento Dott. Ing. Luigi Martirano 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

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

Principio di funzionamento Dott. Ing. Luigi Martirano Consumi: 34,5 m3/ora (a piena potenza) GAS 350 kW h = 30% PERDITE EE100 kW P 83 kW ELETTRICITA’ ET167 kW CALORE h = 48%

Conviene ? Dott. Ing. Luigi Martirano PUNTO DI VISTA TECNICO-TEORICO 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 PRATICO-REALIZZATIVO Conviene ? Dott. Ing. Luigi Martirano PUNTO DI VISTA PRATICO-REALIZZATIVO 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: 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)

Sistema energetico studiato Dott. Ing. Luigi Martirano Complesso costituito da: - 150 appartamenti - 25 negozi e terziario Il cogeneratore produce l’acqua calda per tutto il complesso e l’energia elettrica esclusivamente per i servizi comuni “allargati”

Sistema energetico studiato Dott. Ing. Luigi Martirano ENERGIA TERMICA CASO 2 CASO 3 CASO 1 Complesso costituito da: - 150 appartamenti - 25 negozi e terziario Il cogeneratore produce l’acqua calda per tutto il complesso e l’energia elettrica esclusivamente per i servizi comuni “allargati”

? Dimensionamento del sistema Dott. Ing. Luigi Martirano 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. ? 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 Infatti eventuali esuberi di energia elettrica prodotta vengono valorizzati in modo non conveniente per l’utente

Dimensionamento del sistema Dott. Ing. Luigi Martirano 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. 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. 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)

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

Consumi energetici 1 2 3 Complesso costituito da: - 150 appartamenti Dott. Ing. Luigi Martirano Circa 1000 MWh Circa 400 MWh Circa 250 MWh Circa 200 MWh Circa 350 MWh 1 Circa 400 MWh TOT: Circa 1200 MWh 2 1000 MWh 3 Complesso costituito da: - 150 appartamenti - 25 negozi e terziario CONSUMI ANNUALI

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

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

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

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

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

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

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

Valorizzazione dell’energia elettrica Dott. Ing. Luigi Martirano Ep=Eau+Ei Ea=Eau+Epr 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

Scambio sul posto SSP Dott. Ing. Luigi Martirano 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 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

Scambio sul posto SSP Dott. Ing. Luigi Martirano

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

Scambio sul posto SSP Dott. Ing. Luigi Martirano

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

Eac EP Ei Delibera 78/08 SSP prezzoacquisto se Ei<Epr CSS Epr Ep=Eac+Ei Ea=Eac+Epr Ep-Ea=Ei-Epr Eac prezzoacquisto 14 EP se Ei<Epr CSS 11,6 Ei Epr se Ei>Epr 10 Ei-Epr prezzovendita

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

Criterio di ottimizzazione Dott. Ing. Luigi Martirano 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

Criterio di ottimizzazione Dott. Ing. Luigi Martirano Eac/Ep  1 Epr/Ei > 1 se Ei<Epr 11,6 10 14 se Ei>Epr

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

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

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

Fattibilità economica caso1 Dott. Ing. Luigi Martirano Ep =860 MWh Ea =390 MWh Eautoconsumata=220 MWh Ei =640 MWh Epr =170 MWh =25% =26% L’energia immessa non autoconsumata è valorizzata a 0,104 euro/kWh perché è quasi tutta venduta INVESTIMENTO 240.000 euro FLUSSO DI CASSA 16.000 euro TEMPO DI RITORNO 15,2 anni

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

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

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

Fattibilità economica caso2 Dott. Ing. Luigi Martirano Ep =860 MWh Ea =1200 MWh Eautoconsumata=670 MWh Ei =190 MWh Epr =530 MWh =78% =280% INVESTIMENTO 240.000 euro FLUSSO DI CASSA 34.000 euro TEMPO DI RITORNO 7 anni

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

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

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

Fattibilità economica caso3 Dott. Ing. Luigi Martirano Ep =860 MWh Ea =2200 MWh Eautoconsumata=860 MWh (100%) Ei =40 MWh Epr =1300 MWh =100% >100% INVESTIMENTO 240.000 euro FLUSSO DI CASSA 39.000 euro TEMPO DI RITORNO 6,2 anni

CONCLUSIONI Dott. Ing. Luigi Martirano 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)

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