La Cogenerazione nel settore industriale

Definizione-Vantaggi-Tipologie ImpiantisticheDefinizione-Vantaggi-Tipologie Impiantistiche

PRODUZIONE DI CALORE:- UTILIZZI PER PROCESSI - GENERATORI DI :

ARIA CALDAACQUA CALDAACQUA SURRISCALDATAVAPORE

PRODUZIONE DI FREDDO:- ASSORBITORI:

DIRETTIINDIRETTI

- POMPE DI CALORE

PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA:- COGENERAZIONE

POSSIBILITA’ DI IMPIEGO

DEL GAS NATURALE

IMPIEGHI DEL GAS NATURALEIMPIEGHI DEL GAS NATURALE

150

94 56

CENTRALE TERMOELETTRICA GENERATORE DI CALORE

SISTEMA CONVENZIONALE

ELETTRICITA’ CALORE

4839

39 48

100

IMPIANTO DI COGENERAZIONE

CONFRONTO ENERGETICOCONFRONTO ENERGETICO

VANTAGGI DELLA COGENERAZIONEVANTAGGI DELLA COGENERAZIONE

Offre garanzie di copertura dei carichi elettrici anche in caso di interruzione della rete pubblica.

Consente di evitare l’installazione di gruppi elettrogeni di emergenza o di limitarne la potenza installata.

Consente di realizzare sensibili risparmi attraverso un uso razionale della fonte energetica primaria.

VANTAGGI DELLA COGENERAZIONEVANTAGGI DELLA COGENERAZIONE

Offre la possibilità di disporre di acqua calda o acqua surriscaldata per la climatizzazione degli ambienti e per gli usi sanitari.

Consente la produzione di energia frigorifera senza incrementare i prelievi elettrici, attraverso l’accoppiamento con sistemi ad assorbimento di tipo indiretto.

E’ realizzabile con sistemi affidabili, disponibili in un’ampia gamma di taglie.

CONSIDERAZIONICONSIDERAZIONI

Per massimizzare il risparmio è necessario utilizzare tutto il calore cogenerato, quindi il gruppo va dimensionato in base all’entità dei fabbisogni termici.

Poiché un sistema di cogenerazione produce calore ed energia elettrica in una ben precisa proporzione, l’energia elettrica richiesta dalle utenze, ma non cogenerabile, può essere assorbita dalla rete.

Il completo utilizzo del calore cogenerato può comportare significativi rifacimenti degli impianti esistenti, con aggravio dei costi di investimento.

SCHEMA DI IMPIANTO CON TURBINASCHEMA DI IMPIANTO CON TURBINAA VAPORE A CONTROPRESSIONEA VAPORE A CONTROPRESSIONE

ARIA

GAS

FUMI

VAPORE AL PROCESSO

+ CONDENSE

INTEGRAZIONE ACQUA

TURBINA A VAPORE

ALTERNATORE

DEGASATORE

GENERATORE DI VAPORE

11%

82%

7%

POT. ELETTRICA 2.240 kW POT. TERMICA 17.271 kW

PERDITE 1.432 kW

T.V. A CONTROPRESSIONET.V. A CONTROPRESSIONEEsempio di bilancio energeticoEsempio di bilancio energetico

SCHEMA DI IMPIANTO CON T.V.SCHEMA DI IMPIANTO CON T.V.A SPILLAMENTO E CONDENSAZIONEA SPILLAMENTO E CONDENSAZIONE

+ CONDENSE

REINTEGRO ACQUA

ARIA

GAS

FUMI

VAPORE AL PROCESSO

ALTERNATORE

DEGASATORE

GENERATORE DI VAPORE

TV (2° STADIO)TV (1° STADIO)

CONDENSATORE

21%

16%63%

POT. ELETTRICA 5.796 kW POT. TERMICA 16.896 kW

PERDITE 4.268 kW

T.V. A SPILLAM. E CONDENS.T.V. A SPILLAM. E CONDENS.Esempio di bilancio energeticoEsempio di bilancio energetico

SCHEMA DI IMPIANTO CON TURBINASCHEMA DI IMPIANTO CON TURBINAA GAS E CALDAIA A RECUPEROA GAS E CALDAIA A RECUPERO

NATURALE

ARIA

GAS

FUMI

GENERATORE DI VAPORE

FUMI

VAPORE AL PROCESSO

RITORNO CONDENSE

ACQUA DI REINTEGRO

SERBATOIO CONDENSECOMPRESSORE TURBINA A GAS

ALTERNATORE

POST-COMBUSTIONE

25%

56%

19%

POT. ELETTRICA 1.125 KW POT. TERMICA 2.537 kW

PERDITE 887 kW

T.G. CON CALDAIA A RECUPEROT.G. CON CALDAIA A RECUPEROEsempio di bilancio energeticoEsempio di bilancio energetico

NUOVO PIGNONE PGT 2NUOVO PIGNONE PGT 2

NUOVO PIGNONE PGT 2NUOVO PIGNONE PGT 2GRUPPO CON SISTEMA DI RECUPEROGRUPPO CON SISTEMA DI RECUPERO

SCHEMA DI IMPIANTOSCHEMA DI IMPIANTOA CICLO COMBINATOA CICLO COMBINATO

VAPORE AL PROCESSO

INTEGRAZIONE ACQUA

FUMI

+ CONDENSE

TURBINA A VAPORE

ALTERNATORE

DEGASATORE

GENERATORE DI VAPORE

NATURALE

ARIA

GAS

FUMI

COMPRESSORE TURBINA A GAS

ALTERNATORE

POST-COMBUSTIONE

40%

43%

17%

POT. ELETTRICA 52.922 KW POT. TERMICA 58.829 kW

PERDITE 22.097 kW

IMPIANTO A CICLO COMBINATOIMPIANTO A CICLO COMBINATOEsempio di bilancio energeticoEsempio di bilancio energetico

SCHEMA DI IMPIANTOSCHEMA DI IMPIANTOCON MOTORE ALTERNATIVOCON MOTORE ALTERNATIVO

RITORNO ACQUA UTENZA

MANDATA ACQUA UTENZA

ARIA

GAS

FUMI

SCAMBIATORE FUMI/ACQUA

MOTORE ALTERNATIVO

ALTERNATORE

RECUPERO CALORE A BASSA TEMPERATURA

ACQUA OLIO

37%

49%

14%

POT. ELETTRICA 509 KW POT. TERMICA 658 kW

PERDITE 197 kW

IMPIANTO CON MOTORE ALTERNATIVOIMPIANTO CON MOTORE ALTERNATIVOEsempio di bilancio energeticoEsempio di bilancio energetico

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

10 100 100010

RA

PP

OR

TO

CA

LO

RE

/EN

ER

GIA

EL

ET

TR

ICA

TURBINE A GAS (*)

CICLO COMBINATO A

CICLO COMBINATO A

TV A CONTROPRESSIONE

TV A SPILLAMENTO E

MOTORE ALTERNATIVO (*)

CONTROPRESSIONE (*)

SPILLAMENTO E COND. (*)

CONDENSAZIONE

(*) CON POST-COMBUSTIONEPOTENZA ELETTRICA INSTALLATA [MWe]

SISTEMI DI COGENERAZIONE:SISTEMI DI COGENERAZIONE:CAMPI DI APPLICAZIONECAMPI DI APPLICAZIONE

Settori di applicazioneSettori di applicazione

CONDIZIONI PER L’APPLICAZIONE

CONTEMPORANEA RICHIESTA DI ENERGIA ELETTRICA E TERMICA

UTILIZZO DI VAPORE, ACQUA CALDA, ARIA CALDA CONTINUITA’ DEI PRELIEVI

ADEGUATO RAPPORTO CARICO TERMICO/CARICO ELETTRICO

PRODUZIONE CENTRALIZZATA DEL CALORE

INSTALLAZIONE SENZA ALTERAZIONI DEL

PROCESSO PRODUTTIVO

CONDIZIONI PER L’APPLICAZIONECONDIZIONI PER L’APPLICAZIONE

PRINCIPALI SETTORIPRINCIPALI SETTORI

CERAMICOCERAMICO

LATERIZILATERIZI

ALIMENTAREALIMENTARE

CARTARIOCARTARIO

CHIMICOCHIMICO

TESSILETESSILE

INDUSTRIA CERAMICAINDUSTRIA CERAMICACiclo tecnologico piastrelle CeramicheCiclo tecnologico piastrelle Ceramiche

PREPARAZIONEARGILLA

ESSICCAZIONEBARBOTTINA

FORMATURAESSICCAZIONE

COTTURA

ATOMIZZATOREATOMIZZATORE

ESSICCATOIO RAPIDO VERTICALEESSICCATOIO RAPIDO VERTICALE

FORNO A RULLI PERFORNO A RULLI PERPIASTRELLE CERAMICHEPIASTRELLE CERAMICHE

UTILIZZI ELETTRICIUTILIZZI ELETTRICI

MACINAZIONE MATERIE PRIME MACINAZIONE SMALTI

PRESSATURA MOVIMENTAZIONE MATERIALE

UTILIZZI TERMICIUTILIZZI TERMICI

ATOMIZZATORI (essiccamento barbottina “spry-dry”) ESSICCATOI (essiccamento piastrelle)

FORNI (cottura piastrelle)

UTILIZZI ENERGETICIUTILIZZI ENERGETICI

TIPOLOGIE IMPIANTISTICHETIPOLOGIE IMPIANTISTICHEE TAGLIE DI POTENZAE TAGLIE DI POTENZA

• TURBOGAS Potenze installabili: 1.000 ÷ 6.000 kWe

• MOTORI ALTERNATIVI Potenze installabili: 500 ÷ 6.000 kWe

COGENERAZIONE CON TURBOGASCOGENERAZIONE CON TURBOGAS

TURBOGAS

BARBOTTINA

ATOMIZZATORE

COGENERAZIONE CON MOTORE COGENERAZIONE CON MOTORE ALTERNATIVOALTERNATIVO

MOTORE ALTERNATIVO

BARBOTTINA

ATOMIZZATORE

PARAMETRI ENERGETICIPARAMETRI ENERGETICIED ECONOMICIED ECONOMICI

RENDIMENTO ELETTRICO IMPIANTO 25 ÷ 41 %

FATTORE DI UTILIZZO DEL COMBUSTIBILE 70 ÷ 95 %

TEMPI DI RIENTRO DELL’INVESTIMENTO 2 ÷ 4 ANNI

INDUSTRIA DEI LATERIZIINDUSTRIA DEI LATERIZICiclo tecnologicoCiclo tecnologico

PRELAVORAZIONE

FORMATURA ESSICCAZIONE

COTTURA

FORNO A TUNNEL PER LA FORNO A TUNNEL PER LA PRODUZIONE DI TEGOLEPRODUZIONE DI TEGOLE

UTILIZZI ELETTRICIUTILIZZI ELETTRICI

MACINAZIONE MATERIE PRIME FORMATURA

MOVIMENTAZIONE MATERIALE

UTILIZZI TERMICIUTILIZZI TERMICI

ESSICCATOI (essiccazione del laterizio) FORNI (cottura del laterizio)

UTILIZZI ENERGETICIUTILIZZI ENERGETICI

• TURBOGAS Potenze installabili: 1.000 ÷ 2.000 kWe

• MOTORI ALTERNATIVI Potenze installabili: 300 ÷ 2.000 kWe

TIPOLOGIE IMPIANTISTICHETIPOLOGIE IMPIANTISTICHEE TAGLIE DI POTENZAE TAGLIE DI POTENZA

COGENERAZIONE CON MOTORE COGENERAZIONE CON MOTORE ALTERNATIVOALTERNATIVO

MOTORE ALTERNATIVO

FORNO

ESSICCATOIO

COGENERAZIONE CON TURBOGASCOGENERAZIONE CON TURBOGAS

TURBOGAS

FORNO

ESSICCATOIO

PARAMETRI ENERGETICIPARAMETRI ENERGETICIED ECONOMICIED ECONOMICI

RENDIMENTO ELETTRICO IMPIANTO 23 ÷ 41 %

FATTORE DI UTILZZO DEL COMBUSTIBILE 85 ÷ 95 %

TEMPI DI RIENTRO DELL’INVESTIMENTO 2 ÷ 4 ANNI

INDUSTRIA ALIMENTAREINDUSTRIA ALIMENTARECiclo tecnologico della pastaCiclo tecnologico della pasta

PRESSA

STENDITRICE INCARTAMENTO

ESSICCAZIONE

UTILIZZI TERMICIUTILIZZI TERMICI

UTILIZZI ELETTRICIUTILIZZI ELETTRICI

MOLITURA FORMATURA (PRESSA + TRAFILA)

MOVIMENTAZIONE PASTA

PRE - INCARTO (essiccazione superficiale) ESSICCATOI (essiccazione definitiva)

UTILIZZI ENERGETICIUTILIZZI ENERGETICI

• TURBINE A VAPORE A CONTROPRESSIONE Potenze installabili: 1.000 ÷ 6.000 kWe • TURBINE A VAPORE A SPILL.E CONDENSAZIONE Potenze installabili: 1.000 ÷ 6.000 kWe

• TURBINE A GAS Potenze installabili: 1.000 ÷ 6.000 kWe

• MOTORI ALTERNATIVI Potenze installabili: 500 ÷ 6.000 kWe

TIPOLOGIE IMPIANTISTICHETIPOLOGIE IMPIANTISTICHEE TAGLIE DI POTENZAE TAGLIE DI POTENZA

MOTORE ALTERNATIVOMOTORE ALTERNATIVOEsempio applicativoEsempio applicativo

RITORNO ACQUA UTENZA

MANDATA ACQUA UTENZA

ARIA

GAS

FUMI

SCAMBIATORE FUMI/ACQUA

MOTORE ALTERNATIVO

ALTERNATORE

RECUPERO CALORE A BASSA TEMPERATURA

ACQUA OLIO

PARAMETRI ENERGETICIPARAMETRI ENERGETICIED ECONOMICIED ECONOMICI

RENDIMENTO ELETTRICO IMPIANTO 23 ÷ 41 %

FATTORE DI UTILIZZO DEL COMBUSTIBILE 60 ÷ 87 %

TEMPI DI RIENTRO DELL’INVESTIMENTO 3 ÷ 5 ANNI

INDUSTRIA DELLA CARTAINDUSTRIA DELLA CARTACiclo tecnologicoCiclo tecnologico

CASSA D’AFFLUSSO

TELA DI MACCHINA

PRESSE CILINDRI ESSICCATOI

ZONA UMIDA SECCHERIA FINITURA BOBINATURA

MATERIALEDI CARICO

SPAPPOLATORE

RAFFINATOREA DISCHI

TINA DICIRCOLAZIONE

RAFFINATORICONICI

MACCHINA CONTINUA PER LA MACCHINA CONTINUA PER LA PRODUZIONE DELLA CARTAPRODUZIONE DELLA CARTA

PROCESSO DI ASCIUGATURA DELLA PATINA PROCESSO DI ASCIUGATURA DELLA PATINA CON PANNELLI RADIANTICON PANNELLI RADIANTI

UTILIZZI TERMICIUTILIZZI TERMICI

UTILIZZI ELETTRICIUTILIZZI ELETTRICI

PREPARAZIONE E POMPAGGIO IMPASTO MOVIMENTAZIONE DEL FOGLIO

ESSICCAZIONE DEL FOGLIOPATINATURA

UTILIZZI ENERGETICIUTILIZZI ENERGETICI

• TURBINE A VAPORE A CONTROPRESSIONE Potenze installabili: 1.000 ÷ 6.000 kWe• TURBINE VAPORE A SPILL. E CONDENSAZIONE Potenze installabili: 1.000 ÷ 6.000 kWe• TURBINE A GAS Potenze installabili: 1.000 ÷ 40.000 kWe• CICLI COMBINATI Potenze installabili: 8.000 ÷ 150.000 kWe • MOTORI ALTERNATIVI Potenze installabili: 500 ÷ 6.000 kWe

TIPOLOGIE IMPIANTISTICHETIPOLOGIE IMPIANTISTICHEE TAGLIE DI POTENZAE TAGLIE DI POTENZA

CICLO COMBINATOCICLO COMBINATOEsempio applicativoEsempio applicativo

VAPORE AL PROCESSO

INTEGRAZIONE ACQUA

FUMI

+ CONDENSE

TURBINA A VAPORE

ALTERNATORE

DEGASATORE

GENERATORE DI VAPORE

NATURALE

ARIA

GAS

FUMI

COMPRESSORE TURBINA A GAS

ALTERNATORE

POST-COMBUSTIONE

PARAMETRI ENERGETICIPARAMETRI ENERGETICIED ECONOMICIED ECONOMICI

RENDIMENTO ELETTRICO IMPIANTO 25 ÷ 50 %

FATTORE DI UTILIZZO DEL COMBUSTIBILE 60 ÷ 87 %

TEMPI DI RIENTRO DELL’INVESTIMENTO 3 ÷ 5 ANNI

INDUSTRIA TESSILE INDUSTRIA TESSILE Ciclo tecnologicoCiclo tecnologico

TESSITURA

NOBILITAZIONE TESSILE: LAVAGGIO - TINTURA - STAMPA - FINISSAGGIO

ASCIUGATURA TESSUTIASCIUGATURA TESSUTI

UTILIZZI TERMICIUTILIZZI TERMICI

UTILIZZI ELETTRICIUTILIZZI ELETTRICI

FILATURA MOVIMENTAZIONE PRODOTTO

LAVAGGIO FIBRE TINTURA

COLORAZIONEASCIUGATURA

UTILIZZI ENERGETICIUTILIZZI ENERGETICI

• TURBINE A VAPORE A CONTROPRESSIONE Potenze installabili: 1.000 ÷ 6.000 kWe • TURBINE A VAPORE A SPILL.E CONDENSAZIONE Potenze installabili: 1.000 ÷ 6.000 kWe

• TURBINE A GAS Potenze installabili: 1.000 ÷ 6.000 kWe

• MOTORI ALTERNATIVI Potenze installabili: 500 ÷ 6.000 kWe

TIPOLOGIE IMPIANTISTICHETIPOLOGIE IMPIANTISTICHEE TAGLIE DI POTENZAE TAGLIE DI POTENZA

TURBINA A GAS+CALDAIA A RECUPEROTURBINA A GAS+CALDAIA A RECUPEROEsempio applicativoEsempio applicativo

NATURALE

ARIA

GAS

FUMI

GENERATORE DI VAPORE

FUMI

VAPORE AL PROCESSO

RITORNO CONDENSE

ACQUA DI REINTEGRO

SERBATOIO CONDENSECOMPRESSORE TURBINA A GAS

ALTERNATORE

POST-COMBUSTIONE

PARAMETRI ENERGETICIPARAMETRI ENERGETICIED ECONOMICIED ECONOMICI

RENDIMENTO ELETTRICO IMPIANTO 23 ÷ 41 %

FATTORE DI UTILIZZO DEL COMBUSTIBILE 60 ÷ 87 %

TEMPI DI RIENTRO DELL’INVESTIMENTO 3 ÷ 5 ANNI

Consumi, consumi specificiConsumi, consumi specifici e risparmio energeticoe risparmio energetico

IL CONSUMOIL CONSUMO

IL CONSUMO DI GAS A FRONTE

DELL’INSTALLAZIONE DI UN GRUPPO DI

COGENERAZIONE AAUUMMEENNTTAA MA BISOGNA

DISTINGUERE TRA:

CONSUMO PER COGENERAZIONEE

CONSUMO INCREMENTALE

CONSUMI DEL GRUPPO DICONSUMI DEL GRUPPO DICOGENERAZONECOGENERAZONE

UNA VALUTAZIONE DI MASSIMA DEI CONSUMI DEL GRUPPO PUO’ ESSERE FATTA CONOSCENDO:

• TIPO DI MACCHINA• POTENZA ELETTRICA INSTALLATA [P]• RENDIMENTO ELETTRICO [ETAe]• NUMERO ORE ANNO DI ESERCIZIO IMPIANTO [n]

CONSUMO ANNUO DI COMBUSTIBILE [C]:

C = P / ETAe x 860 / P.C.I. x n

ESEMPIO:C = 2.000 / 0,28 x 860 / 8250 x 5000 = 3.722.944 Sm3/anno

ESEMPIO:TURBOGAS

2000 kWe28 %

5000 ore

IL CONSUMO SPECIFICOIL CONSUMO SPECIFICO

IL CONSUMO SPECIFICO DI UN IMPIANTO DI

COGENERAZIONE ( kcal/kWh ) RAPPRESENTA LA

QUANTITA’ DI ENERGIA NECESSARIA PER

PRODURRE UN kWh AL NETTO DELL’ENERGIA

TERMICA RECUPERATA DAL SISTEMA.

CONSUMI SPECIFICI PER ALCUNECONSUMI SPECIFICI PER ALCUNETIPOLOGIE DI IMPIANTOTIPOLOGIE DI IMPIANTO

• Turbine a gas con recupero completo dai gas di scarico

• Motori alternativi con recupero completo

• Motori alternativi con recupero dai soli gas di scarico

1.000 kcal/kWh

1.000 kcal/kWh

1.600 ÷ 1.800 kcal/kWh

• Cicli combinati turbina a gas - turbina a vapore

1.400 ÷ 1.600 kcal/kWh

(VALORI T

IPICI)

(VALORI T

IPICI)

CONSUMI INCREMENTALICONSUMI INCREMENTALI

ESEMPIO:TURBOGAS

2000 kWe1000 kcal/kWh

5000 ore

• TIPO DI MACCHINA• POTENZA ELETTRICA INSTALLATA [P]• CONSUMO SPECIFICO• NUMERO ORE ANNO DI ESERCIZIO IMPIANTO [n]

INCREMENTO ANNUO DI COMBUSTIBILE [I]:

I = P x Cs / P.C.I. x n

ESEMPIO:I = 2.000 x 1000 / 8250 x 5000 = 1.212.121 Sm3/anno

RISPARMI ENERGETICIRISPARMI ENERGETICI

CONFRONTANDO IL CONSUMO SPECIFICO MEDIO DI UN IMPIANTO DI COGENERAZIONE CON QUELLO DI RIFERIMENTO ENEL (2.062,5 kcal/kWh) NE CONSEGUE UN RISPARMIO ENERGETICO PARI A:

• Turbine a gas con recupero completo dei gas di scarico

• Motori alternativi con recupero completo

• Motori alternativi con recupero dei soli gas di scarico

51,5 %

51,5 %

12,7 ÷ 22,4%• Cicli combinati turbina a gas - turbina a vapore

22,4 ÷ 32,1%