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Casi pratici di realizzazione

per piccola/media potenza di Cogenerazione

Mantova, 29 ottobre 2014 Relatore: Mauro Braga

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Viessmann Group

1917

2,1

11.400

55

27

Fondazione

74

120

Dipendenti

Miliardi di euro di

fatturato

Siti produttivi in 11 paesi

Organizzazioni e partner di

distribuzione

Filiali di vendita in tutto il

mondo

% di fatturato all‘estero

Paesi sedi delle società

Partner di distribuzione

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UN PROGRAMMA COMPLETO

1,5 kW – 116.000 kW

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UN PROGRAMMA COMPLETO

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Programma cogenerazione

motori a combustione interna: prodotti e potenze

Vitotwin 300-W

0,99 kWel

Vitobloc 200

5,5 kWel

6 kWel

8,5 kWel

Vitobloc 200

20 kWel

Vitobloc 200

50 kWel

Vitobloc 200

70 - 140 kWel

Vitobloc 200

238 – 401 kWel

Microcogenerazione

< 50 kWel

Piccola cogenerazione

< 1000 kWel

Vitovalor 0,75 - 1 kWel

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Cogeneratore con motore ciclo Otto, Miller, Diesel

Ciclo base di funzionamento

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QUANDO PROPORRE UN IMPIANTO CHP

Diagrammi di Carico

Si, quando i carichi elettrici e

termici sono in “fase’’.

No, quando i carichi elettrici e

termici sono “sfasati”:

necessità di accumuli,

complessi e costosi.

LA PRODUZIONE COMBINATA DI ENERGIA

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Curve di durata

Si, quando i carichi elettrici e termici

sono caratterizzati da una durata

annua significativa: per 4000 h/anno la

potenza termica richiesta è superiore

a 300 kW circa, pari al 43% del picco.

No, in quanto il carico termico

dopo 2000 h/anno tende ad

annullarsi.

QUANDO PROPORRE UN IMPIANTO CHP

LA PRODUZIONE COMBINATA DI ENERGIA

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Dimensionamento di un cogeneratore

in relazione ai fabbisogni

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Il cogeneratore deve coprire la “BASE” del fabbisogno

per garantire il maggior numero di ore possibili ogni anno

L’accumulo inerziale termico fa

da ammortizzatore e aumenta le

ore di funzionamento e quindi

l’efficienza del sistema

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Analisi di fattibilità impianto di cogenerazione a metano

• Tipologia di installazione e combustibile:

attività produttiva, hotel, centro sportivo, ospedale, casa di riposo, condominio,

centro commerciale, azienda agricola…)

• Potenza elettrica installata ed assorbita

• Potenza termica installata ed assorbita

• Costo energia elettrica al kWh

• Costo gas al m3

• Luogo d’installazione:

presenza di centrale termica; installazione in copertura, all’esterno

• Regione di installazione (controllo emissioni NOx e CO)

È importante reperire le seguenti informazioni minime per poter effettuare uno studio

di fattibilità tecnico-economico:

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Case history

1- Galvanotecnica : trattamenti galvanici

2- Azienda produttrice macchine imbottigliamento

3- Azienda lavorazione e stoccaggio cioccolato

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Situazione iniziale

3 luglio 2013 -

• Una caldaia da 230kW dedicata al riscaldamento dell’acqua delle

vasche di processo. Temperature tra i 25°C e i 70°C.

• Riscaldamento invernale: 5 aerotermi a fiamma diretta da 100kW/cad

Tot. 500 kW installati

• Impianto fotovoltaico da 199 kWep

• Consumi annui:

– Gas: 105.000 smc

– Energia elettrica residua (al netto del FV): 650.000kWh

• Costi totali annui energia: 160.000€

Galvanotecnica Pollenzo – CN

Fonte:

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Galvanotecnica – Pollenzo (CN)

(in servizio da Agosto 2013)

3 luglio 2013 -

• Installazione, a integrazione dell’impianto esistente, di un cogeneratore Viessmann Vitobloc 200EM da 140kWel/207kWth (6.500ore/anno)

• funzione di back-up e copertura dei picchi con caldaia esistente

• Installazione di 2 serbatoi da 5.000l/cad con funzione di compensazione e di un dissipatore per l’eventuale calore in eccesso.

• Il cogeneratore svolge anche funzione di Gruppo Elettrogeno in mancanza di

energia elettrica ed è stato collegato ad un quadro di utenze privilegiate

• Sostituzione dei 5 aerotermi a fiamma diretta (500kW) con termoconvettori

ad acqua a bassa temperatura (tot. 375kW)

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Risultati ottenuti:

3 luglio 2013 -

• Valore dell’investimento (incluso riscaldamento): 360.000 €

• Nuovi costi dell’energia annui (incluso costi gestione cogeneratore):

79.500€ ( riduzione annua = 80.500€)

• Copertura fabbisogno elettrico: 85%

• Dispersione annuale calore: 17%

• Ricavi da certificati bianchi: 5.900€/anno

• Pay-back period (prima delle tasse): 4,5 anni (3,4 anni solo cogeneratore)

• R.O.I. ( return on investiment) a 10 anni: 19,55% (incluso manutenzioni straordinarie e prima delle tasse)

Galvanotecnica – Pollenzo (CN)

(in servizio da Agosto 2013)

Fonte:

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3 luglio 2013 -

• Il cliente ha aumentato nel 2014 la superficie dello stabilimento

di oltre il 60% (10.000m2 circa) con un sensibile aumento del

fabbisogno energetico generale.

• Lo stabilimento subisce circa 40/50 interruzioni di energia

elettrica anno, il 30% delle quali superiori ai 3 secondi.

• La strategia dell’azienda, che già lavora con il 3° turno ed

il week end in regime di assenza di presidio, è di

aumentare le lavorazioni non presidiate garantendo la

continuità di alimentazione elettrica.

• Prima dell’ampliamento la struttura energetica era la seguente: – 1 cogeneratore Caterpillar (anno 2001) da 725kWel/901kWth

– 2 caldaie a condensazione da 1,3MW/cad

– 2 assorbitori al bromuro di litio da 105kWf/cad per condizionamento estivo

– 2 serbatoi di accumulo acqua calda da 95 m3/cad

– 1 impianto Fotovoltaico da 1.144kWep

Macchine per imbottigliamento

Ceresole d’Alba (CN)

Situazione iniziale

Fonte:

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3 luglio 2013 -

• Installazione di un gruppo di continuità (UPS) bidirezionale Piller a massa rotante da 1,5 MW

con unità di accumulo rotante da 21 MJ.

• Abilita l’utilizzo di cogeneratori a gas invece di semplici gruppi elettrogeni a gasolio,

consentendo i conseguenti risparmi energetici.

• La continuità è garantita all’intero stabilimento che

assorbe 1,1MW di potenza.

• Installazione di un cogeneratore Viessmann

Vitobloc 200EM da 238 kWel/ 363 kWth (8.000 ore anno)

completo di dissipatore

• Installazione di un assorbitore al bromuro di litio da 175 kWf

• Installazione di un ulteriore impianto Fotovoltaico da 630 kWep sul tetto del

nuovo capannone

• Installazione di un software di automazione energetica per l’ottimizzazione delle fonti di

generazione dell’energia e della continuità elettrica

Macchine per imbottigliamento

Ceresole d’Alba (CN) - In funzione da Agosto 2014

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RISULTATI

3 luglio 2013 -

• Valore dell’investimento totale: 1.800.000 €

di cui 430.000 € per gli impianti del cogeneratore

• Riduzione dei costi di energia del cogeneratore rispetto

alle forniture tradizionali: 140.000 €/anno

• Autoconsumo del nuovo fabbisogno elettrico: 100%

(1,7MW/anno)

• Dispersione annuale calore: 20%

• Ricavi da certificati bianchi: 18.000 €/anno

• Pay-back period (prima delle tasse): 3,1 anni

• R.O.I. ( return on investiment) a 10 anni: 31% (incluso manutenzioni straordinarie e prima delle tasse)

Macchine per imbottigliamento

Ceresole d’Alba (CN) - In funzione da Agosto 2014

Fonte:

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Azienda Lavorazione e Stoccaggio Cioccolato (CR)

Impianto di Trigenerazione per produzione di:

energia termica-frigorifera ed elettrica

Situazione iniziale:

- assorbimenti termici della struttura durante i mesi estivi ed intermedi non elevati

- una forte richiesta di energia frigorifera per mantenimento temperatura controllata magazzino

Il Cliente grazie alle soluzioni impiantistiche adottate ha avuto un notevole abbattimento dei

costi di approvvigionamento energetico e quindi maggiore competitività.

Assorbitore a bromuro di litio

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Assorbitore a bromuro di litio

I cogeneratori Viessmann Vitobloc 200 e gli assorbitori a bromuro di litio utilizzati

per produrre acqua refrigerata a 7 °C, sono affidabili, perfettamente integrati e

sinergici garantendo la produzione di energia termica-elettrica -raffreddamento

Azienda Lavorazione e Stoccaggio Cioccolato (CR)

Impianto di Trigenerazione per produzione di:

energia termica-frigorifera ed elettrica

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Analisi di fattibilità dell’impianto di cogenerazione

Azienda Cioccolato

Industria

Azienda Lavorazione e Stoccaggio Cioccolato (CR)

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Analisi di fattibilità dell’impianto di cogenerazione

Azienda Lavorazione e Stoccaggio Cioccolato (CR)

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Analisi di fattibilità dell’impianto di cogenerazione

Azienda Lavorazione e Stoccaggio Cioccolato (CR)

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Quadro economico riepilogativo

Beneficio

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Pay-Back 4,4 anni

Analisi di fattibilità dell’impianto di cogenerazione

Azienda Lavorazione e Stoccaggio Cioccolato (CR)

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Valorizzazione dell’investimento e PAY-BACK

Analisi di fattibilità dell’impianto di cogenerazione

Azienda Lavorazione e Stoccaggio Cioccolato (CR)

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Energia meccanica

Combustione

Energia elettrica

Generatore

Energia

chimica

Celle a combustibile:

processo semplice ed elevati rendimenti elettrici

UNO SGUARDO AL FUTURO…..

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Cella combustibile

Caratteristiche delle celle a combustibile

Cella galvanica – energia termica/elettrica prodotta

dalla reazione di idrogeno con ossigeno

Elevati rendimenti elettrici

Silenzioso e senza vibrazioni

Poca manutenzione

Cella combustibile a bassa temperatura (PEM):

PEM = cella combustibile a scambio protonico

Grado di rendimento elettrico ~ 35 %

Temperatura di funzionamento 60-120°C

Cella combustibile ad alta temperatura (SOFC):

SOFC = cella combustibile a ossido solido

Grado di rendimento elettrico fino a oltre 50 %

Temperatura di funzionamento 650-1000°C

UNO SGUARDO AL FUTURO…..

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Nuove tecnologie negli impianti di riscaldamento Le celle a combustibile idonee anche negli edifici nuovi

Nuovo

500 m3 metano/ a 4.000 m3 metano/ a

Fabbisogno di energia termica

Fabbisogno di energia elettrica

4.000 kWh elettricità/ a

Esistente

Cella a

combustibile

Motore stirling

4.000 kWh elettricità/ a

UNO SGUARDO AL FUTURO…..

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Grazie per l’attenzione……