Progettazione e prestazioni dei sistemi di cogenerazione industriale
Sommario
Il settore dell'industria è chiamato a fornire un contributo attivo e concreto agli obiettivi di decarbonizzazione dell'economia. Settore industriale, da solo, responsabile di oltre il 41% dei consumi di energia elettrica (126 miliardi di kWh).
Impegno alla riduzione dei consumi ed al miglioramento delle performance ambientali è particolarmente complesso poiché deve coniugarsi con gli aspetti legati alla produttività e competitività delle imprese.
Per le aziende è molto importante ridurre ogni spesa: quella per l'utilizzo di energia elettrica e termica è molto spesso ai primi posti.
Investimenti in CHP
L'ammontare degli investimenti in efficienza energetica realizzati nel 2018, in Italia, è stato pari circa a 7,1 miliardi di Euro di cui circa il 7% (circa 480 M di Euro) in cogenerazione [da report E&S N.d.R.].
Nel settore industriale investiti 443 M di Euro in CHP (-24% rispetto al 2017, riduzione legata all'entrata in vigore del decreto energivori).
La cogenerazione nell'industria
Gli impianti CHP e CCHP, in linea di massima, trovano applicazione in tutti i contesti industriali caratterizzati da una domanda simultanea di energia elettrica e termica (e/o frigorifera).
I principali ambiti produttivi di interesse per la cogenerazione sono:
- Industrie ceramiche;
- Industrie grafiche;
- Industrie cartarie;
- Industrie tessili;
- Industrie di laterizi;
- Industrie chimiche;
- Industrie alimentari (pastifici, conserviere, caseifici);
- Industrie metalmeccaniche (stampaggio metalli, banda stagnata);
- Industrie di pelli;
- Industrie farmaceutiche;
- Lavanderie industriali.
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Tecnologie di cogenerazione industriale
MCI
Pro
- Rendimento elettrico;
- Tecnologia matura e in continuo miglioramento;
- Facile installazione;
- Buon adattamento a soluzioni modulari (grandi capacità di generazione);
- Compressore gas in ingresso solo per unità di grandi taglia.
Contro
- Incremento esponenziale occupazione spaziale all'aumentare della capacità di generazione;
- Potenze elettriche installabili di limitata capacità massima;
- Emissioni ambientali (es. CO e NOx);
- Emissioni sonore;
- Livelli vibrazioni;
- Presenza di una buona quota di consumabili (es. urea, olio, candele, ecc.)
TG
Pro
- Alta temperatura e portata fumi;
- Tecnologia matura e affidabile;
- Sistemi di raffreddamento non necessari;
- Lunga vita operativa.
Contro
- Necessita di compressore gas in ingresso (aumento autoconsumi elettrici impianto);
- Alte portate d'aria (comburente e raffreddamento cabinato);
- Alti rapporti di compressione e giri / minuto albero motore (necessità di riduttori).
Prestazioni CHP a confronto
Potenza elettrica
MCI 3,0 MW
TG 3,5 MW
Potenza in alimentazione
MCI 7,1 MW
TG 12,6 MW
Potenza termica a BASSA temperatura (acqua/olio/intercooler)
MCI 1,5 MW
Potenza termica ad ALTA temperatura
MCI 1,7 MW (raffredd. a 120 °C)
TG 6,8 MW(raffredd. a 120 °C)
Temperatura e portata dei gas di scarico
MCI 420 °C; 5,1 kg/s
TG 450 °C; 19,2 kg/s
Rendimento elettrico
MCI 42 %
TG 28 %
Rendimento termico
MCI 45 %
TG 54 %
Rendimento totale
MCI 87 %
TG 82 %
Indice termico/elettrico
MCI 1,07
TG 1,94
Conclusioni
Considerazioni sul dimensionamento
...ieri
Il dimensionamento dei sistemi CHP è stato, nella maggior parte dei casi, sbilanciato sull'elettrico per ragioni tecniche ed economiche: più facile gestione delle sovrapproduzioni elettriche e maggior prezzo dell'elettricità.
Elevata remunerazione dell'energia elettrica immessa in rete.
...oggi
- Rinnovabili non programmabili hanno pesantemente modificato il sistema elettrico modificando i valori del prezzo di acquisto e vendita insieme al costo del kWh elettrico generato;
- Entrata in vigore della CAR.
La redditività di un impianto CHP si ottiene solo attraverso una massima valorizzazione del calore utile prodotto.
...domani
Anche agli impianti CHP di media e grossa taglia sarà richiesta un'elevata flessibilità in un'ottica di << load following >>: valore aggiunto che dovrà essere riconosciuto dalla norma.
- Riduzione del minimo tecnico & capacità di regolare in tempi rapidi;
- Possibilità di svincolare produzione elettrica da quella termica;
- Parziale riconversione degli impianti con un depotenziamento elettrico a favore di un maggior recupero termico (trasformazione dei cicli combinati a condensazione in cicli a contropressione o semplici turbogas, dei cicli a vapore a condensazione in cicli a contropressione).
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