Corso Clean Energy Project Analysis © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005. Analisi...
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Corso “Clean Energy Project Analysis”Corso “Clean Energy Project Analysis”
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
Analisi per progetti di Analisi per progetti di cogenerazionecogenerazione
Foto: Warren Gretz, DOE/NREL PIX Impianto di cogenerazione
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
ObiettiviObiettivi
• Rivedere i principi dei sistemi Rivedere i principi dei sistemi di cogenerazionedi cogenerazione
• Illustrare le considerazioni chiave Illustrare le considerazioni chiave per l’analisi di progetti per l’analisi di progetti di cogenerazione di cogenerazione
• Introdurre il modello RETScreenIntrodurre il modello RETScreen®® per la per la cogenerazionecogenerazione
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
• Energia elettricaEnergia elettrica
• CaloreCalore Edifici Comunità Processi industriali
…ma anche…
• Aumento efficienza Aumento efficienza energeticaenergetica
• Riduzione emissioniRiduzione emissioni
• Riduzione perdite Riduzione perdite distribuzione energiadistribuzione energia
• Opportunità di utilizzare Opportunità di utilizzare teleriscaldamentoteleriscaldamento
• RefrigerazioneRefrigerazione
Cosa fornisce la Cosa fornisce la cogenerazione?cogenerazione?
Foto: Andrew Carlin, Tracy Operators/NREL PIX
Impianto a biomasse, USA
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
Perché la cogenerazione?Perché la cogenerazione?
• Le centrali elettriche tradizionali sono inefficientiLe centrali elettriche tradizionali sono inefficienti Da metà a due terzi dell’energia 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.
• L’energia L’energia
elettrica ha piùelettrica ha più
valore del calorevalore del calore
Presa da World Alliance for Decentralized Energy
Perdite di conversione come
energia termica 24.726
Autoconsumi
centrale 963
Perditedistribuzioneenergia 1.338
Totaleenergiaprimariaimmessa40.180
Carbone
17.075
Olio 3.215
Gas 8.384
Nucleare 7.777
Idroelettrico 2.705
Energiaelettrica
lorda 15.454
Energiaelett. netta
14.491
Energia elett.
agli utenti13.153
Industria 5.683
Altri 7.470
Biomassa rinnovabileGeotermia 1.024
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Il concetto della Il concetto della cogenerazionecogenerazione
• Produzione simultanea di due o più tipi di energia da una Produzione simultanea di due o più tipi di energia da una singola fonte energetica (anche detta: “cogenerazione”)singola fonte energetica (anche detta: “cogenerazione”)
• Utilizzo del calore recuperato dalla macchina di produzione di Utilizzo del calore recuperato dalla macchina di produzione di energia elettricaenergia elettrica
Combustibile
100 unitàMacchina produzione energia
Caldaia
Recupero
Generatore
Calore + gas di scarico70 unità
Gas di scarico15 unità
Calore55 unità
Energia elett.30 unità
Carichi
Termici
Carichi
Elettrici
Efficienza recupero termico (55/70) = 78,6%
Efficienza totale ((30+55)/100) = 85,0%
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Descrizione cogenerazioneDescrizione cogenerazioneApparecchiature e tecnologieApparecchiature e tecnologie
• Unità frigorifereUnità frigorifere Chiller a compressione Chiller ad assorbimento Pompe di calore, ecc.
• Unità termicheUnità termiche Caldaia / Forno / Riscaldatore Recupero calore a perdere Pompa di calore, ecc.
• Unità produzione energiaUnità 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
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Descrizione cogenerazioneDescrizione cogenerazioneCombustibiliCombustibili
• FossiliFossili Gas naturale Gasolio Carbone, ecc.
• RinnovabiliRinnovabili Residui legnosi Gas da discarica Biogas Bioprodotti agricoli Bagasse Colture appositamente
coltivate, ecc.
• Energia geotermicaEnergia geotermica
• Idrogeno, ecc.Idrogeno, ecc.Foto: Joel Renner, DOE/ NREL PIX
Geyser geotermico
Foto: Warren Gretz, DOE/NREL
Biomassa per cogenerazione
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Descrizione cogenerazioneDescrizione cogenerazioneApplicazioniApplicazioni
• Edifici singoliEdifici singoli
• Commercio e industriaCommercio e industria
• Edifici multipliEdifici multipli
• Teleriscaldamento Teleriscaldamento
(es. comunità)(es. comunità)
• Processi industrialiProcessi industrialiCogenerazione per teleriscaldamento, Svezia
Foto: Urban Ziegler, NRCan Foto: Urban Ziegler, NRCan Microturbina in una serra
Foto: Urban Ziegler, NRCan
Cogen. Municipio di Kitchener
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
• Il calore di un impianto di cogenerazione può essere distribuito a Il calore di un impianto di cogenerazione può essere distribuito a più edifici circostanti per la loro climatizzazionepiù 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 elevatiCosti iniziali più elevati
Sistemi teleriscaldamentoSistemi teleriscaldamento
Foto: SweHeat
Impianto teleriscaldamento
Foto: SweHeat
Tubazioni acqua calda
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
Costi della cogenerazioneCosti della cogenerazione
• I costi sono variabiliI costi sono variabili
• Costi inizialiCosti iniziali Tecnologia produzione
energia elettrica App. riscaldamento App. refrigerazione Connessioni elettriche Vie d’accesso Rete teleriscaldamento
• Costi gestionaliCosti gestionali Combustibile Gestione e manutenzione Sostituzione e riparazione
apparecchiature
Tipo apparecchiature RETScreen Costo installato ($/kW)
Motore endotermico 700 – 2.000
Turbina a gas 550 – 2.500
Turbina a gas – ciclo combinato 700 – 1.500
Turbina a vapore 500 – 1.500
Sistema geotermico 1.800 – 2.100
Pila a combustibile 4.000 – 7.700
Turbina eolica 1.000 – 3.000
Turbina idroelettrica 550 – 4.500
Modulo fotovoltaico 8.000 – 12.000
Nota: valori in dollari canadesi al 1 gennaio 2005. Cambio circa 1 CAD = 0,81 USD e 1 CAD = 0,62 EUR
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Considerazioni progetto Considerazioni progetto cogen.cogen.
• Fornitura combustibile affidabile e duraturaFornitura combustibile affidabile e duratura
• I costi capitale devono essere tenuti sotto controlloI costi capitale devono essere tenuti sotto controllo
• Utilizzazione sia del calore sia dell’energia elettricaUtilizzazione sia del calore sia dell’energia elettrica Negoziare vendita energia elettrica alla rete se non totalmente utilizzata
• Normalmente l’impianto è dimensionato per il carico termico Normalmente l’impianto è dimensionato per il carico termico di base (minimo carico elettrico in condizioni normali di di base (minimo carico elettrico in condizioni normali di funzionamento) 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 dell’energia elettrica e del gas Rischi associati ai prezzi futuri dell’energia elettrica e del gas naturalenaturale
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Esempio: CanadaEsempio: Canada
Edifici SingoliEdifici Singoli
• Edifici che necessitano di calore, freddo Edifici che necessitano di calore, freddo ed energia elettricaed energia elettrica Ospedali, scuole, centri commerciali, aziende
agricole, ecc.
Motore endotermicoFoto: GE Jenbacher
Generatore di vapore a recuperoFoto: GE Jenbacher
Ospedale, Ontario, CanadaFoto: GE Jenbacher
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
Esempio: Svezia e Stati UnitiEsempio: Svezia e Stati Uniti
Edifici multipliEdifici multipli
• Gruppo di edifici servito da impianto centralizzatoGruppo di edifici servito da impianto centralizzato
di produzione di energia elettrica e caloredi produzione di energia elettrica e calore Università, complessi commerciali, comunità, complessi industriali
ecc. Sistema di teleriscaldamento
Turbina utilizzata all’MIT di Cambridge - USAFoto: SweHeat
Imp. teleriscaldamento
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Esempio: Brasile Esempio: Brasile
Processi industrialiProcessi industriali
• Industrie con elevata e costante Industrie con elevata e costante domanda di calore e di freddo domanda di calore e di freddo sono gli utenti ideali per la sono gli utenti ideali per la cogenerazionecogenerazione
Bagasse per calore di processo, Brazil
Foto: Ralph Overend/ NREL Pix
• Applicabile anche ad Applicabile anche ad industrie che industrie che producono scarti che producono scarti che possono essere possono essere utilizzati per la utilizzati per la produzione di calore produzione di calore e di energia elettricae di energia elettrica
Combustore
Compressore Turbogas Generatore
Caldaia
Turbina vapore Generatore
Condensatore
Combustibile
Aria
Combstibile Post-bruciatoreGas di scarico
Vapore
Acqua alimentoPorta estrazione Porta contropressione
Carichi
Termici
Carichi
Termici
Carichi
Elettrici
Carichi
Elettrici
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Imp. cogenerazione per teleriscaldamento, Svezia
Esempio: Canada e SveziaEsempio: Canada e Svezia
Biogas da discaricaBiogas da discarica
• La discarica produce metano La discarica produce metano dalla decomposizione dei dalla decomposizione dei rifiutirifiuti
• Questo gas può essere Questo gas può essere utilizzato come combustibile utilizzato come combustibile per produrre calore, freddo per produrre calore, freddo ed energia elettricaed 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
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
Modello RETScreenModello RETScreen® ® per progetti diper progetti dicogenerazionecogenerazione
• Analisi globale di produzione d’energia, costi gestionali ed Analisi globale di produzione d’energia, costi gestionali ed emissioni gas serraemissioni 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, dell’unità
di misura e degli strumenti
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
Modello RETScreenModello RETScreen®®
per analisi cogenerazioneper analisi cogenerazione
• Varie opzioni progettualiVarie opzioni progettuali
solo energia termica
solo energia elettrica
solo energia frigorifera
Energia elettrica + termica
Energia elettrica + frigorifera
Energia termica + frigorifera
Energia elettrica + termica +
frigorifera
Combustibile Calore
Calore Calore
recuperato
Freddo
Elettricità
ElettricitàCombustibile
Produz.
calore
Carichi
termici
Produz.
freddo
Carichi
frigoriferi
Produz.
Energia
Elettrica
Carichi
elettrici
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
Modello RETScreenModello RETScreen® ®
cogenerazione cogenerazione RiscaldamentoRiscaldamento
Gen Feb Mar Apr Mag Giu Lug Ago Set Ott Nov Dic
Mese
Calore Elettricità Freddo
Carico base riscaldamento
Carico Intermedio
riscaldamento
Carico max.
riscaldamento
Cari
co (
kW
)
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
Modello RETScreenModello RETScreen®® cogenerazionecogenerazioneRaffreddamentoRaffreddamento
Gen Feb Mar Apr Mag Giu Lug Ago Set Ott Nov Dic
Mese
Cari
co (
kW
)
Carico base raffred.
Carico max.
raffred.
Calore Elettricità Freddo
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
Modello Modello RETScreenRETScreen®®cogenerazionecogenerazioneElettricitàElettricità
Gen Feb Mar Apr Mag Giu Lug Ago Set Ott Nov Dic
Mese
Cari
co (
kW
)
Calore Elettricità Freddo
Carico elettrico base
Carico elettrico intermedio
Carico elettrico max.
© 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
RETScreenRETScreen®® cogenerazione cogenerazione
Calcolo energetico Calcolo energetico
Vedi manuale
Analisi progetti con energie pulite: RETScreen® ingegneria e casi studio
Analisi progetti di cogenerazione
Schema a blocchi semplificatoSchema a blocchi semplificato
modello analisi cogenerazionemodello analisi cogenerazione
Calcolo energia generata e
consumo corrispondente di
combustibile
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
Esempio di convalida del modello Esempio di convalida del modello RETScreenRETScreen®® per progetti di per progetti di cogenerazionecogenerazione
• Convalida da parte di consulenti indipendenti (FVB Energy Inc.) e Convalida da parte di consulenti indipendenti (FVB Energy Inc.) e numerosi beta-tester tra i quali industries, società di produzione di numerosi beta-tester tra i quali industries, società di produzione di energia elettrica, istituzioni pubbliche ed universitarieenergia elettrica, istituzioni pubbliche ed universitarie
• Il modello è stato confrontato con altri modelli e/o dati misurati con Il modello è stato confrontato con altri modelli e/o dati misurati con eccellenti risultati (es. calcolo dei rendimenti di turbine vapore eccellenti risultati (es. calcolo dei rendimenti di turbine vapore comparato con il software di simulazione GateCycle della GE comparato con il software di simulazione GateCycle della GE Energy)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/°FEfficienza
Potenza
Gate Cycle
MW
Potenza
RETScreen
MW
1 50/1000/750 40/14/210 10/60/293 80% 3.896 3.883
2 50/1000/545 50/60/293 0 80% 2.396 2.404
3 50/450/457 50/60/293 0 80% 1.805 1.827
4 50/450/457 50/14,7/212 0 81% 2.913 2.915
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
ConclusioniConclusioni
• Con la cogenerazione è possibile utilizzare Con la cogenerazione è possibile utilizzare efficientemente calore che altrimenti andrebbe sprecatoefficientemente calore che altrimenti andrebbe sprecato
• Il modulo RETScreen calcola la domanda energetica e le Il modulo RETScreen calcola la domanda energetica e le curve di carico, l’energia fornita ed il consumo di curve di carico, l’energia fornita ed il consumo di combustibile sulla base di varie combinazioni di combustibile sulla base di varie combinazioni di funzionamento: con riscaldamento e/o raffredamento e/o funzionamento: con riscaldamento e/o raffredamento e/o produzione di energia elettrica immettendo dati minimiproduzione di energia elettrica immettendo dati minimi
• Grazie al modulo RETScreen è possibile risparmiare per Grazie al modulo RETScreen è possibile risparmiare per la preparazione di studi di prefattibilitàla preparazione di studi di prefattibilità
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
Domande?Domande?
www.retscreen.netwww.retscreen.netPer maggiori informazioni si prega di visitare il sito RETScreen:
Modulo per analisi di progetti di cogenerazioneCorso internazionale RETScreen®® per l’analisi di progetti con energie
pulite