Risparmiare energia in azienda Ing. Carmelo Macrì Varese, 5 luglio 07

Risparmiare energia in azienda Indice Gli Interventi negli USI FINALI Cogenerazione/Trigenerazione Rifasamento degli impianti elettrici Motori elettrici ad alta efficienza Azionamenti elettrici a velocità variabile Recuperi termici

1. I principali sistemi di efficienza energetica: Cogenerazione Cogenerazione e' la produzione combinata di energia elettrica e calore alle condizioni definite dall'Autorità per l'energia elettrica e il gas, che garantiscano un significativo risparmio di energia rispetto alle produzioni separate (Art. 2 comma 8 DL 79/99) Condizioni da rispettare (del. AEEG 42/02) Indice di risparmio di energia IRE Limite termico LT

1. I principali sistemi di efficienza energetica Cogenerazione Indice di risparmio di energia (IRE): è il rapporto tra il risparmio di energia primaria conseguito dalla sezione di cogenerazione rispetto alla produzione separata delle stesse quantità di energia elettrica e termica e l’energia primaria richiesta dalla produzione separata (del. AEEG 42/02)

1. I principali sistemi di efficienza energetica Cogenerazione Limite termico (LT): il rapporto tra l’energia termica utile annualmente prodotta Et e l’effetto utile complessivamente generato su base annua dalla sezione di produzione combinata di energia elettrica e calore, pari alla somma dell’energia elettrica netta e dell’energia termica utile prodotte (Ee + Et), riferiti all’anno solare, secondo la seguente formula:

1. I principali sistemi di efficienza energetica Cogenerazione Evoluzione della Cogenerazione Trigenerazione Trigenerazione e' la produzione combinata di - energia elettrica - calore per uso termico - calore per la produzione di energia frigorifera le condizioni da rispettare sono le stesse della cogenerazione La produzione di energia frigorifera solitamente si ottiene mediante gruppi ASSORBITORI con soluzioni di Bromuro di Litio che sfruttano il calore prodotto dalla cogenerazione o da altra fonte

1. I principali sistemi di efficienza energetica Cogenerazione TRIGENERAZIONE COGENERAZIONE Autoconsumo / Vendita Energia Elettrica Autoconsumo / Vendita GRUPPO DI GENERAZIONE Calore Combustibile Autoconsumo / Vendita ASSORBITORE Camino

1. 1 Scopo del progetto di Cogenerazione Un progetto di cogenerazione può avere una o più tra le seguenti finalità: conseguire autonomia elettrica migliorare la qualità del servizio energia allo stabilimento ridurre l’impatto ambientale ridurre i costi operativi di approvvigionamento energetico nessun progetto potrà però conseguirle TUTTE !!!

1. 1 Scopo del progetto di Cogenerazione Cogenerazione dimensionata su autonomia elettrica Cogenerazione dimensionata sul minimo “base load” economico Redditività (IRR, pay-back) Gruppo elettrogeno di emergenza Investimento in autoproduzione

1.2 Progetto di Cogenerazione : Investment Grade Audit Audit energetico tradizionale Audit energetico investment grade Attore Energy manager (interno o consulente esterno) Personale diretto del futuro investitore (ESCO o DISTRIBUTORE) Scopo Verificare l’efficienza dei flussi energetici attuali & proporre / confrontare varie soluzioni migliorative Include l’analisi, sulla vita dell’impianto, dei rischi tecnici, gestionali, manutentivi, economici e finanziari, delle soluzioni migliorative proposte. Ambito Tutte le attività dello stabilimento energeticamente rilevanti Include il coinvolgimento di TUTTE le funzioni direzionali (ammin., finanza, legale, produzione, manutenzione, etc.) Dati di Input Fatture e dati storici di stabilimento Include la definizione dei protocolli di misura e verifica delle prestazioni Output Confronto tra proposte concorrenti in base a budget di investimento e pay-back semplice. Analisi tra le proposte sulla base dell’analisi dei rischi . Definizione di livelli di servizio Garanzie di risultato Nessuna Definizione della responsabilità dei risultati: Guaranteed savings.

1.3 Progetto di Cogenerazione Valutazione dei fabbisogni energetici Valutazione dei fabbisogni energetici del processo produttivo Analisi del consumo specifico di energia elettrica e termica per unità di prodotto, ed eventuale confronto con benchmark di mercato Ipotesi di sviluppo futuro del sito produttivo (i.e.: modifiche al processo produttivo, modifiche del prodotto, trasferimento della produzione, etc.) Definizione dell’anno tipo (l’anno tipo si intende definito indicando volumi di produzione per ogni tipo di prodotto, turni lavorativi, carichi energetici per settimana tipica) Non confondere i fabbisogni attuali (anno 2007) con l’anno tipo, che rappresenta “quanto di meglio possiamo oggi immaginare per i futuro di medio termine (…5 anni?...)”

1. 3 Progetto di Cogenerazione: Scelta della tecnologia Problema: dati i profili orari di assorbimento (elettrico e termico), trovare la soluzione impiantistica che li soddisfa minimizzando i costi (di esercizio e di investimento) Da definire: Taglia dell’impianto (dimensionata sul profilo elettrico o termico?) Una, due o più macchine? Turbogas, ciclo combinato o motore? Dimensionamento energetico o economico?

1. 3 Progetto di Cogenerazione: Scelta della tecnologia Turbine a gas Gas/Diesel motori Strong Market Position Market Position 10 100 1.000 10.000 100.000 Campo di applicazione, kWe

1. 3 Progetto di Cogenerazione Scelta dell’Esercizio Diagramma di carico elettrico

1. 3 Progetto di Cogenerazione: Performance dell’impianto Performance energetiche: rendimento elettrico, termico, di cogenerazione rendimento di una macchina e di un impianto (= sistema di macchine) rendimento reale (funzione di temperatura ambiente, carico dell’impianto, etc.). Performance operative: disponibilità: ore totali – ore di fermata programmata ore totali affidabilità: ore di marcia previste – ore di marcia reali ore di marcia previste

1. 4 Progetto di Cogenerazione: Analisi dei rischi Classificazione dei rischi del mercato energetico Evoluzione del mercato Volatilità dei prezzi delle materie prime Rischio Tecnologico Evoluzione Regole del Mercato Rischio Mercato del Cliente Rischio Operativo Volatilità dei prezzi delle materie prime Impatto economico Rischio Finanziario Rischio Autorizzativo Tempi di realizzazione investimento Probabilità occorrenza

1. 5 Progetto di Cogenerazione: Modalità di finanziamento Un progetto di cogenerazione può essere: Interamente autofinanziato Finanziato ricorrendo al debito Finanziato tramite operazioni di Project Finance Finanziato tramite una ESCO (TPF, Third Part Financing) Leasing Operativo

1.4 Progetto di Cogenerazione: Risparmi Risparmio Risparmio finale Le tipologie contrattuali offerte dalle ESCO si riferiscono sempre a contratti basati sulle prestazioni o “performance contract” per la durata o vita del rapporto contrattuale o dell’impianto. Le prestazioni tecniche possono essere espresse in diverse forme quali ore di disponibilità dell’impianto, energia elettrica e termica prodotta o attraverso altri sistemi di misura oggettivi. Le garanzie sulle prestazioni economiche vengono gestite attraverso due forme contrattuali generali: Risparmio condiviso (shared saving); Risparmio garantito ( Savings guarantee) Nel primo caso i risparmi energetici realizzati vengono condivisi con il Cliente ed il rischio tecnico è totalmente a carico della ESCO. Il rischio finanziario è gestito dalla società / ente che finanzia l’iniziativa. Nel secondo caso i rischi tecnici ed economici sono gestiti dalla ESCO. Costi energetici Prima della cogenerazione Costo del servizio energetico Costi dopo ammortamento Situazione attuale Situazione futura Situazione nel periodi di ammortamento

Efficienza Energetica negli USI FINALI Indice Gli Interventi negli USI FINALI Cogenerazione/Trigenerazione Rifasamento degli impianti elettrici Motori elettrici ad alta efficienza Azionamenti elettrici a velocità variabile Recuperi termici

2. I principali sistemi di efficienza energetica: Rifasamento degli impianti elettrici Vantaggi Minori penali Riduzione delle perdite Joule; Migliore utilizzo delle linee; Migliore utilizzo dei trasformatori; Riduzione della caduta di tensione; Aumento di potenzialità della rete; Miglior funzionamento di macchinari e apparecchiature.

2. Gli Interventi negli USI FINALI Rifasamento degli impianti elettrici Criteri di rifasamento Rifasamento con unica batteria frazionata in gradini e con regolazione automatica della potenza reattiva Rifasamento separato per settori di carico Rifasamento diretto dei carichi

2. Gli Interventi negli USI FINALI Rifasamento degli impianti elettrici Calcolo della Potenza Reattiva Sulla base dei dati di più fatture; Ricorrendo a misure dirette Potenza Reattiva da Compensare Q = P × (tangφ0 - tangφ1) P = potenza del carico; tangφ0 = prima del rifasamento; tangφ1 = dopo il rifasamento.

Efficienza Energetica negli USI FINALI Indice Gli Interventi negli USI FINALI Cogenerazione/Trigenerazione Rifasamento degli impianti elettrici Motori elettrici ad alta efficienza Azionamenti elettrici a velocità variabile Recuperi termici

Gli Interventi negli USI FINALI: Motori elettrici ad alto rendimento CLASSIFICAZIONE Eff 1; Eff 2; Eff 3.

Gli Interventi negli USI FINALI: Motori elettrici ad alto rendimento Caratteristiche RENDIMENTO ELEVATO; LUNGA DURATA; BASSA RUMOROSITA’; PREZZO ELEVATO.

3 Gli Interventi negli USI FINALI: Motori elettrici ad alto rendimento MAGGIORE DI QUELLO DEI MOTORI STANDARD MAGGIORE IMPIEGO DI FERRO; LAMIERINI A BASSE PERDITE; FILI DI RAME CON SEZIONE MAGGIORE; MINORE TRAFERRO CAVE E DENTI ESEGUITI CON ACCURATEZZA; COMPONENTISTICA (CUSCINETTI …) DI MAGGIOR PREGIO.

3 Gli Interventi negli USI FINALI: Motori elettrici ad alto rendimento Confronto del rendimento di motori a 2 poli motore standard - motore ad alto rendimento

3 Gli Interventi negli USI FINALI: Motori elettrici ad alto rendimento Confronto del rendimento di motori a 4 poli motore standard - motore ad alto rendimento

3 Gli Interventi negli USI FINALI: Motori elettrici ad alto rendimento Rumorosità MOTORI COSTRUTTIVAMENTE CURATI; MINORI PERDITE; AVVOLGIMENTI PIU' FREDDI; CUSCINETTI PIU' FREDDI; MINORE VENTILAZIONE; MINORE RUMOROSITA’

3 Gli Interventi negli USI FINALI: Motori elettrici ad alto rendimento Confronto della rumorosità di motori a 4 poli Motore standard e motore ad alto rendimento

3 Gli Interventi negli USI FINALI: Motori elettrici ad alto rendimento Costi Le case presenti sul mercato italiano hanno indicato un sovrapprezzo di circa il 30 % rispetto al motore std Parco Motori Installati (90  95 % SONO MOTORI STANDARD - eff 3 -) I MOTORI ATTUALMENTE INSTALLATI SONO SPESSO SOVRADIMENSIONATI; LAVORANO CON BASSO FATTORE DI CARICO (spesso inferiore al 40 %); (FATTORE DI CARICO OTTIMALE: 70  80 %)

3 Gli Interventi negli USI FINALI: Motori elettrici ad alto rendimento Risparmio Energetico 1° RISPARMIO: MIGLIORE RENDIMENTO ( MINIMO 3 %) DEL MOTORE; 2° RISPARMIO: RIDUZIONE DELLE PERDITE PER RIDIMENSIONAMENTO DEL MOTORE; 3° RISPARMIO: MINORI MANUTENZIONI. Dimensionamento (nuovo motore) W' POTENZA DA EROGARE ALLA MACCHINA OPERATRICE ε = FATTORE DI CARICO = 70 % POTENZA CORRETTA = W'/0,70 (funzionamento con rendimento ottimale e margine per sovraccarichi)

Efficienza Energetica negli USI FINALI Indice Gli Interventi negli USI FINALI Cogenerazione/Trigenerazione Rifasamento degli impianti elettrici Motori elettrici ad alta efficienza Azionamenti elettrici a velocità variabile Recuperi termici

4. Gli Interventi negli USI FINALI Azionamenti elettrici a velocità variabile Si applicano ai motori che operano in condizioni di flusso variabile; Rappresentano l’evoluzione tecnica piu' importante; Consentono risparmi energetici del 30  50 %. Vantaggi Costanza dei parametri di esercizio; Migliore controllo del processo produttivo; Costanza della qualità del prodotto.

(pompa idraulica da 75 kW) 4. Gli Interventi negli USI FINALI Azionamenti elettrici a velocità variabile Assorbimento motore (pompa idraulica da 75 kW)

Assorbimento motore (Compressore da 90 kW) 4. Gli Interventi negli USI FINALI Azionamenti elettrici a velocità variabile Assorbimento motore (Compressore da 90 kW)

Efficienza Energetica negli USI FINALI Indice Gli Interventi negli USI FINALI Cogenerazione/Trigenerazione Rifasamento degli impianti elettrici Motori elettrici ad alta efficienza Azionamenti elettrici a velocità variabile Recuperi termici

5. Gli Interventi negli USI FINALI: Recuperi termici Campi di Recupero Calore delle condense scaricate direttamente in fogna; Calore sensibile dei fumi; Calore disperso per cattiva coibentazione; Calore disperso nell’ambiente per assenza di coibentazione; Calore per mantenere temperature eccessivamente elevate.