La Cogenerazione ad Alto Rendimento (CAR) - tpg.unige.it · Benefici CAR 1) Riconoscimento dei...

La Cogenerazione ad Alto Rendimento La Cogenerazione ad Alto Rendimento (CAR)(CAR)

Dott. Ing. Massimo Rivarolo

massimo.rivarolo@unige.it

Scuola Politecnica Università di GenovaDIME – Sez. Maset

ContenutiContenutiContenutiContenuti

• Tipologie di impianti cogenerativi

• Evoluzione della cogenerazione in Italia

• La Direttiva Europea 2004/8/CE e la definizione di CAR• I Certificati Bianchi

•La CAR nel contesto degli obiettivi europei 20-20-20

• Esempi pratici

Impianti per la cogenerazioneImpianti per la cogenerazioneImpianti per la cogenerazioneImpianti per la cogenerazione

- In funzione delle diverse tipologie impiantistiche e della taglia, si hanno a disposizione diverse soluzioni, in funzione anche della tipologia di carico Elettrico e termico.

- Il rapporto tra elettricità e calore è fondamentale nella scelta.

Impianti per la cogenerazioneImpianti per la cogenerazioneImpianti per la cogenerazioneImpianti per la cogenerazione

Micro - cogenerazioneMicro - cogenerazioneMicro - cogenerazioneMicro - cogenerazione

Micro - cogenerazioneMicro - cogenerazioneMicro - cogenerazioneMicro - cogenerazione

Sitirling engine

MicroturbinePotenza elettrica: 1-200kW

Potenza termica: 3-1500kW

Rendimento: 20-32%

Motore a combustione interna

Cogenerazione nel 2003 Cogenerazione nel 2003 Cogenerazione nel 2003 Cogenerazione nel 2003

Potenza installata: 6,4 GW

– 8% della potenza TOTALE installata in Italia.

– 11% della potenza TERMOELETTRICA installata

in Italia.

Energia elettrica prodotta: 35.000 GWh

– 13% dell’energia elettrica TOTALE prodotta in Italia.– 15% dell’energia TERMOELETTRICA prodotta in Italia.

Cogenerazione nel 2003Cogenerazione nel 2003Cogenerazione nel 2003Cogenerazione nel 2003

1,4

1,4

1,9

15,5

31,6

52,9

0 10 20 30 40 50 60

Coal

Diesel oil

Petroleumcoke

Fuel oil

Off-gas

Natural gas

Primary energy (TWh)

Combustibili impiegati

Cogenerazione nel 2008Cogenerazione nel 2008Cogenerazione nel 2008Cogenerazione nel 2008

Combustibili impiegati

Cogenerazione nel 2013 Cogenerazione nel 2013 Cogenerazione nel 2013 Cogenerazione nel 2013 Fonte: AEEGSI

Evoluzione in ItaliaEvoluzione in ItaliaEvoluzione in ItaliaEvoluzione in ItaliaPOTENZA INSTALLATA NEL 2013: 23,6 GW Fonte: AEEGSI

Cogenerazione nel 2013 Cogenerazione nel 2013 Cogenerazione nel 2013 Cogenerazione nel 2013 ENERGIA EL. PRODOTTA: 91.300 GWh (31% del totale nazionale)

Fonte: AEEGSI

Normativa nel tempoNormativa nel tempoNormativa nel tempoNormativa nel tempo

Evoluzione della cogenerazione con la direttiva 2004/8/CE

recepita dall’Italia ed in vigore dal 2011

Schema di principio calcolo CARSchema di principio calcolo CARSchema di principio calcolo CARSchema di principio calcolo CAR

Schema di principio calcolo CARSchema di principio calcolo CARSchema di principio calcolo CARSchema di principio calcolo CAR

Cogenerazione ad Cogenerazione ad Alto Rendimento (CAR)Alto Rendimento (CAR)

Cogenerazione ad Cogenerazione ad Alto Rendimento (CAR)Alto Rendimento (CAR)

Cogenerazione ad Cogenerazione ad Alto Rendimento (CAR)Alto Rendimento (CAR)

Cogenerazione ad Cogenerazione ad Alto Rendimento (CAR)Alto Rendimento (CAR)

Cogenerazione ad Cogenerazione ad Alto Rendimento (CAR)Alto Rendimento (CAR)

Cogenerazione ad Cogenerazione ad Alto Rendimento (CAR)Alto Rendimento (CAR)

Cogenerazione ad Cogenerazione ad Alto Rendimento (CAR)Alto Rendimento (CAR)

Cogenerazione ad Cogenerazione ad Alto Rendimento (CAR)Alto Rendimento (CAR)

AUSILIARI: “La quantità di energia elettrica prodotta in cogenerazione è misurata ai morsetti del generatore. Da tale quantità non deve essere sottratta l’energia elettrica usata internamente dalla unità di cogenerazione per il proprio funzionamento.”(D.Lgs 04/08/2011, Allegato II, Fase 5)

Calcolo del rendimento globaleCalcolo del rendimento globaleCalcolo del rendimento globaleCalcolo del rendimento globale

Se il rendimento globale non raggiunge la soglia indicata in tabella, l’impianto deve essere diviso in una sezione cogenerativa ed una sezione NON cogenerativa.

Ec

EtEeocomplessiv

Il PES ed i benefici relativi vengono calcolati SOLO sulla parte cogenerativa!

Calcolo del rendimento globaleCalcolo del rendimento globaleCalcolo del rendimento globaleCalcolo del rendimento globale

Calcolo della parte cogenerativaCalcolo della parte cogenerativaCalcolo della parte cogenerativaCalcolo della parte cogenerativaIl coefficiente β rappresenta la mancata produzione di energia elettrica per unità di energia termica estratta da una turbina a vapore. Si calcola solo quindi nel caso di impianti cogenerativi che includono una turbina a vapore a condensazione per estrazione del vapore.Ha valori di riferimento tabulati, ma dipende dalle condizioni di esercizio dell’impianto.

Calcolo della parte cogenerativaCalcolo della parte cogenerativaCalcolo della parte cogenerativaCalcolo della parte cogenerativaAi fini del calcolo della CAR, è di fondamentale importanza la divisione dell’impianto in parte eleggibile e non eleggibile ai fini del riconoscimento della qualifica (in caso di non raggiungimento di ηglobale di soglia)

Calore utile ai fini della CARCalore utile ai fini della CARCalore utile ai fini della CARCalore utile ai fini della CAR

Riconoscimento CARRiconoscimento CARRiconoscimento CARRiconoscimento CAR

min

tses

PES

ηEt

ηEe

Ec1

Ref_Hη1

EcEt

Ref_Eη1

EcEe

11PES

Benefici CARBenefici CARBenefici CARBenefici CAR1) Riconoscimento dei titoli di efficienza energetica (TEE) o certificati bianchi (CB), correlati al risparmio di energia primaria. I criteri applicativi sono definiti nel DM del 5 settembre 2011.

2) Precedenza nel dispacciamento dell’energia elettrica in rete rispetto a quella prodotta da impianti convenzionali (art. 11, comma 4 del DL del 16

marzo 1999, n.79)

3) Possibilità di accedere al servizio di scambio sul posto dell'energiaelettrica prodotta da impianti di CAR con potenza nominale fino a 200 kW(deliberazione dell’Autorità del 3 giugno 2008 – ARG/elt 74/08)

4) Semplificazioni in materia di connessioni(Deliberazione dell’Autorità del 24 luglio 2008 - ARG/elt 99/08)

5) Esenzione del pagamento degli oneri generali di sistema (SEU/SEESEU)

6) agevolazioni fiscali sull’accisa del gas metano utilizzato per la cogenerazione (DL 26 ottobre 1995, n. 504 aggiornato dal DL 2 febbraio 2007, n. 26)

Calcolo dei Certificati BianchiCalcolo dei Certificati BianchiCalcolo dei Certificati BianchiCalcolo dei Certificati Bianchi

Il numero di CB riconosciuti è legato al risparmio energetico conseguito:

Calcolo dei Certificati BianchiCalcolo dei Certificati BianchiCalcolo dei Certificati BianchiCalcolo dei Certificati Bianchi

NOTA: per il calcolo di K non ci si basa sulla potenza installata, bensì sulla potenza media nelle fasi di produzione, ponderata sulle ore di utilizzo.

Esempio per il calcolo di KEsempio per il calcolo di KEsempio per il calcolo di KEsempio per il calcolo di KSi consideri un impianto con i seguenti dati:-Produzione di energia pari a 100.000 MWh/anno-Produzione di energia CAR pari a 80.000 MWh/anno-Ore lavorative pari a 5.000 h/anno

La potenza media dell’impianto è pari quindi a 80.000/5.000 = 16 MW

Si passa quindi a determinare K come segue:

269,116

)1016(2,1)110(3,114,1

K

Quanto vale un CB?Quanto vale un CB?Quanto vale un CB?Quanto vale un CB?I Certificati Bianchi (CB) possono essere ritirati dal GSE al prezzo, costante, riconosciuto ai gestori di rete soggetti all’obbligo valevole per l’anno di entrata in esercizio dell’impianto. In alternativa, il loro valore può essere negoziato.

I valori, nel caso di ritiro da parte del GSE, per gli ultimi anni sono stati pari a: 93,68 €/TEE (2011)86,98 €/TEE (2012)110,27 €/TEE (2013)105,83 €/TEE (2014)

Tuttavia, al fine di ottenere ricavi più alti, la maggior parte dei produttori ha sceltoDi negoziare i valori dei CB (o TEE).

Evoluzione CAR (2011 – 2013) Evoluzione CAR (2011 – 2013) Evoluzione CAR (2011 – 2013) Evoluzione CAR (2011 – 2013) Fonte: AEEGSI

Cogenerazione ad Alto Rendimento (2011) Cogenerazione ad Alto Rendimento (2011) Cogenerazione ad Alto Rendimento (2011) Cogenerazione ad Alto Rendimento (2011)

Fonte: AEEGSI

Energia elettrica prodotta: 17,9 TWh

Cogenerazione ad Alto Rendimento (2013) Cogenerazione ad Alto Rendimento (2013) Cogenerazione ad Alto Rendimento (2013) Cogenerazione ad Alto Rendimento (2013) Energia elettrica prodotta: 21,9 TWh

Fonte: AEEGSI

Cogenerazione (2013) Cogenerazione (2013) Cogenerazione (2013) Cogenerazione (2013) Energia elettrica prodotta: 91,3 TWh

Fonte: AEEGSI

La direttiva EU 2012/27E i Piani Energetici Nazionali

Obiettivi della direttiva 2012/27/UE Obiettivi della direttiva 2012/27/UE

Risparmio dall’ediliziaRisparmio dall’edilizia

• Valutazione del potenziale per la cogenerazione e per il teleriscaldamento (entro dicembre 2015)

• Requisiti per una maggiore presenza della cogenerazione

•Tariffe per incoraggiare l’efficienza energetica

•Promozione della gestione della domanda

Piano italiano di Azione Piano italiano di Azione sull’Efficienza Energetica (PAAE)sull’Efficienza Energetica (PAAE)

Riduzione di energia primariaPer settori al 2016 e 2020 (Mtep)

Ripartizione dei risparmi energetici attesi per settori al 2020

La Strategia Energetica Nazionale (SEN)La Strategia Energetica Nazionale (SEN)

Obiettivi della SEN (20-20-20)Obiettivi della SEN (20-20-20)

Come si raggiungono i target?Come si raggiungono i target?

Gli obiettivi EU 2030Gli obiettivi EU 2030Il 23-24 ottobre 2014, il Consiglio europeo si è prefissato di raggiungere entro l’anno 2030:

a)la riduzione delle emissioni di gas a effetto serra di almeno il 40% rispetto al 1990 (obiettivo vincolante), a sua volta distinto in una riduzione delle emissioni di almeno il 43% rispetto al 2005 nei settori coperti dal sistema ETS e in una riduzione delle emissioni di almeno il 30% rispetto al 2005 nei settori non coperti dal sistema ETS.

b)una quota del 27% di energie rinnovabili sul totale dei consumi energetici lordi dell’Unione europea (obiettivo vincolante).

c)risparmio dei consumi energetici dell’Unione europea del 27% rispetto alle proiezioni del futuro consumo di energia sulla base dei criteri attuali (obiettivo indicativo, forse da innalzare al 30%).

Questi obiettivi dovrebbero essere raggiunti senza definire strumenti nuovi e aggiuntivi rispetto a quelli attuali.

Gli obiettivi EU 2030Gli obiettivi EU 2030Il 23-24 ottobre 2014, il Consiglio europeo si è prefissato di raggiungere entro l’anno 2030:

a)la riduzione delle emissioni di gas a effetto serra di almeno il 40% rispetto al 1990 (obiettivo vincolante), a sua volta distinto in una riduzione delle emissioni di almeno il 43% rispetto al 2005 nei settori coperti dal sistema ETS e in una riduzione delle emissioni di almeno il 30% rispetto al 2005 nei settori non coperti dal sistema ETS.

b)una quota del 27% di energie rinnovabili sul totale dei consumi energetici lordi dell’Unione europea (obiettivo vincolante).

c)risparmio dei consumi energetici dell’Unione europea del 27% rispetto alle proiezioni del futuro consumo di energia sulla base dei criteri attuali (obiettivo indicativo, forse da innalzare al 30%).

Questi obiettivi dovrebbero essere raggiunti senza definire strumenti nuovi e aggiuntivi rispetto a quelli attuali.

Uno sguardo al futuro (2050)Uno sguardo al futuro (2050)

Nello studio Energy Roadmap 2050, l’UE prevede una riduzione delle emissioni di gas serra del 80-95% entro il 2050 rispetto ai livelli del 1990, con un abbattimento per il settore elettrico di oltre il 95%.

Per fare ciò si assegna grande importanza all’efficienza energetica, alle fonti rinnovabili, al nucleare e alla cattura e stoccaggio della CO2.

Esempio applicativo di calcoloPer un impianto cogenerativo ad alto

rendimento

Dati dell’impiantoDati dell’impiantoDati dell’impiantoDati dell’impianto

Si considera un impianto a ciclo combinato cogenerativo installato nel Nord Italia, avente i seguenti dati:

Potenza elettrica nominale 80 MWPotenza termica nominale 80 MW Produzione elettrica EE = 333 GWh/anno Produzione termica ET = 116 GWh/anno Rendimento elettrico 50,7 %

Facendo riferimento alle tabelle della Direttiva 2004/8/CE si possono ricavare: Rendimento elettrico di riferimento 52,5 % (impianto a GN)Fattore correttivo p (tensione 130 kV) 0,965Impianto installato nel Nord Italia +0,369% sul rend. Di riferimento

Calcolo del rendimento globaleCalcolo del rendimento globaleCalcolo del rendimento globaleCalcolo del rendimento globale

Il calcolo dell’energia immessa sotto forma di combustibile è:

Essendo tale rendimento minore di 0,80 previsto per impianti di questo tipo,Bisogna procedere a una suddivisione dell’impianto in sezione cogenerativa eNon cogenerativa.

I bonus per la CAR saranno applicati SOLO alla parte cogenerativa.

annoGWhEc /8,656507,0

333

Il rendimento globale dell’impianto risulta:

68,08,656

116333

C

TEglobale E

EE

Calcolo della parte cogenerativaCalcolo della parte cogenerativaCalcolo della parte cogenerativaCalcolo della parte cogenerativaCalcolo del coefficiente Ceff (indice elettrico effettivo), definito come:

Dove β è un coefficiente che rappresenta la mancata produzione di energia elettrica per unità di energia termica estratta. Ha valori di riferimento tabulati, ma dipende dalle condizioni di esercizio dell’impianto.

Nel caso in analisi l’indice elettrico effettivo si calcola come segue:

545,08,656

116217,0333,

C

TEEnonCHP E

EE

456,1545,080,0

80,0217,0545,0

effC

Calcolo della parte cogenerativaCalcolo della parte cogenerativaCalcolo della parte cogenerativaCalcolo della parte cogenerativaA questo punto, avendo calcolato l’indice elettrico, è possibile dividere la parte cogenerativa da quella non cogenerativa:

GWhECHP 169116456,1

GWhENONCHP 164169333

GWhE NONCHPC 301545,0

164

GWhEC 8,3553018,656

A questo punto posso calcolare il PES; solo sulla parte cogenerativa, e calcolare il numero di Certificati Bianchi, sempre sulla parte cogenerativa.

Calcolo del PES e dei CBCalcolo del PES e dei CBCalcolo del PES e dei CBCalcolo del PES e dei CBIl PES viene calcolato solo sulla parte cogenerativa dell’impianto:

A questo punto posso calcolare RISP e il numero di certificati bianchi:

MWhGWhRISP 1405005,1408,3559,1284,367

25,0

5102,0169

82,0116

8,3551

PES

145002,1086,0140500 CB

Considerando il prezzo di ritiro del 2014, si ottiene un guadagno pari a:

€53,183,10514500 MCB

kRISPCB 086,0

La Cogenerazione ad Alto Rendimento La Cogenerazione ad Alto Rendimento (CAR)(CAR)

Dott. Ing. Massimo Rivarolo

massimo.rivarolo@unige.it

Scuola Politecnica Università di GenovaDIME – Sez. Maset