Cogenerazione TEE

Mod. E03 – Certificati bianchi TEE
Titoli di efficienza energetica:
opportunità per le imprese.
TEE per CAR (Cogenerazione Alto
Rendimento)
ing. Fabio Minchio, Ph.D.
4 giugno 2013
Richiami fondamentali sulla cogenerazione
Richiami fondamentali sulla cogenerazione
Valutazione efficienza: indice PES
La nuova definizione di cogenerazione
La normativa relativa agli impianti di cogenerazione ha subito recentemente,
nell’autunno del 2011, importanti cambiamenti. I provvedimenti di riferimento da
citare in proposito sono:
• il D.M. 4 agosto 2011, modalità di riconoscimento della cogenerazione ad alto
rendimento (CAR);
• il D.M. 5 settembre 2011, nuovo regime di incentivazione della cogenerazione;
• la nota delle Agenzie delle Dogane n. 75649 del 6 settembre 2011, nuovo regime
fiscale sul gas naturale impiegato per la cogenerazione.
I due Decreti citati costituiscono l’attuazione del D.lgs 8 febbraio 2007 n. 20
“Attuazione della direttiva 2004/8/CE sulla promozione della cogenerazione basata su
una domanda di calore utile nel mercato interno dell'energia, nonchè modifica alla
direttiva 92/42/CEE”.
Valutazione efficienza: indice PES
La nuova definizione di cogenerazione
I due Decreti recenti hanno finalità diverse:
• il D.M. 4 agosto 2011 introduce i nuovi criteri per determinare se un impianto di
cogenerazione rispetta i requisiti stabiliti dalla nuova definizione di CAR in
sostituzione dei criteri in vigore fino alla fine del 2010 definiti dalla Del. 42/02 e
s.m.i.;
• il D.M. 5 settembre 2011 introduce invece i criteri che stabiliscono l’assegnazione
dei certificati bianchi (titoli di efficienza energetica), nuovo meccanismo di
incentivazione a sostegno degli impianti CAR atteso da moltissimo tempo.
Valutazione efficienza: indice PES
La nuova definizione di cogenerazione
Il Decreto n. 20 ha di fatto recepito la direttiva europea sulla promozione della
cogenerazione che ha introdotto importanti modifiche relativamente alla definizione di
Cogenerazione ad Alto Rendimento (CAR).
Innanzitutto è opportuno ricordare le definizioni di piccola e micro-cogenerazione:
• unità di piccola cogenerazione: un'unita' di cogenerazione con una capacità di
generazione installata inferiore a 1 MWe;
• unità di microcogenerazione: un'unita' di cogenerazione con una capacità di
generazionemassima inferiore a 50 kWe.
Valutazione efficienza: indice PES
La nuova definizione di cogenerazione
Il rendimento globale di una unità di cogenerazione si determina come segue: l’energia
prodotta dalla unità di cogenerazione Ep (somma dell’energia elettrica, dell’energia
meccanica e del calore utile) nell’anno solare, divisa per l'energia di alimentazione
consumata dalla unità di cogenerazione Ec nello stesso periodo.
Il calcolo del rendimento globale deve basarsi sui valori di esercizio della unità di
cogenerazione specifica, misurati nel periodo. Per le sole sezioni di micro
cogenerazione, è consentito sostituire la misura della quantità di calore utile con una
stima della stessa quantità.
Esempi di calore utile sono i seguenti:
• calore utilizzato in processi industriali;
• calore utilizzato per il riscaldamento o il raffreddamento di ambienti;
• i gas di scarico di un processo di cogenerazione utilizzati direttamente per essiccare.
Valutazione efficienza: indice PES
La nuova definizione di cogenerazione
Non è considerato come calore utile il calore disperso nell'ambiente senza alcun
impiego.
Esempi di calore non utile sono:
• il calore disperso da camini e tubi di scappamento;
• il calore dissipato in condensatori o altri dispositivi di smaltimento;
• il calore utilizzato per il funzionamento dell’impianto di cogenerazione (ad
esempio, per il riscaldamento dell'acqua di alimentazione di caldaie a recupero di
calore).
Se l’energia termica viene utilizzata sotto forma di acqua calda, il calore di ritorno
verso l’impianto di cogenerazione non è considerato come calore utile, e va quindi
escluso dal calcolo degli indici energetici. Se l’energia termica viene utilizzata sotto
forma di vapore, il calore contenuto nella condensa di ritorno verso l’impianto di
cogenerazione è considerato calore utile, e può quindi essere incluso nel calcolo degli
indici energetici.
Valutazione efficienza: indice PES
La nuova definizione di cogenerazione
Nel calcolo del risparmio di energia primaria, i valori misurati della produzione di
energia elettrica e di calore utile possono essere portati in conto interamente se il
rendimento globale della unità di cogenerazione è pari o superiore:
• all'80 % per le sezioni con turbina a gas a ciclo combinato con recupero di calore e
per le sezioni con turbina di condensazione a estrazione di vapore;
• al 75 % per tutti gli altri tipi di unità di cogenerazione.
Se il rendimento globale della unità di cogenerazione è inferiore a detti valori di soglia,
si assume che vi sia produzione di energia elettrica non in cogenerazione.
Valutazione efficienza: indice PES
La nuova definizione di cogenerazione
Per la parte con cogenerazione, l'operatore dell'impianto rileva, per tutto il periodo di
riferimento, il diagramma di carico del calore (domanda di calore utile in funzione del
tempo) ed individua gli eventuali periodi in cui la unità di cogenerazione funziona in
cogenerazione. Per ciascuno di tali periodi, l'operatore misura la produzione reale di
calore utile HCHP e di energia elettrica ECHP della unità di cogenerazione. Con questi
dati determina il "rapporto energia/calore" effettivo (Ceff).
Il rapporto Ceff consente all'operatore di calcolare quale parte dell'energia elettrica
misurata nel periodo di riferimento è riconosciuta come energia elettrica cogenerata. A
questo fine, l’operatore calcola il prodotto HCHP × Ceff e lo confronta con la
produzione elettrica totale Et dell’impianto nel periodo di riferimento. Il minore tra tali
due valori è assunto pari all’energia elettrica cogenerata ECHP.
Valutazione efficienza: indice PES
La nuova definizione di cogenerazione
Per la parte con cogenerazione, l'operatore dell'impianto rileva, per tutto il periodo di
riferimento, il diagramma di carico del calore (domanda di calore utile in funzione del
tempo) ed individua gli eventuali periodi in cui la unità di cogenerazione funziona in
cogenerazione. Per ciascuno di tali periodi, l'operatore misura la produzione reale di
calore utile HCHP e di energia elettrica ECHP della unità di cogenerazione. Con questi
dati determina il "rapporto energia/calore" effettivo (Ceff).
Il rapporto Ceff consente all'operatore di calcolare quale parte dell'energia elettrica
misurata nel periodo di riferimento è riconosciuta come energia elettrica cogenerata. A
questo fine, l’operatore calcola il prodotto HCHP × Ceff e lo confronta con la
produzione elettrica totale Et dell’impianto nel periodo di riferimento. Il minore tra tali
due valori è assunto pari all’energia elettrica cogenerata ECHP.
Valutazione efficienza: indice PES
La nuova definizione di cogenerazione
Il risparmio di energia primaria PES (Primary Energy Saving) fornito dalla produzione
mediante cogenerazione è calcolato secondo la seguente formula:
• CHP Hη è il rendimento termico della produzione mediante cogenerazione, definito
come la quantità annua di calore utile divisa per l’ energia contenuta nell’ intero
combustibile di alimentazione, impiegato per produrre sia il calore utile che
l'energia elettrica da cogenerazione.
• Ref Hη è il valore di rendimento di riferimento per la produzione separata di calore.
• CHP Eη è il rendimento elettrico della produzione mediante cogenerazione, definito
come energia elettrica annua da cogenerazione divisa per l’ energia contenuta nell’
intero combustibile di alimentazione, impiegato per produrre sia il calore utile che
l'energia elettrica da cogenerazione.
• Ref Eη è il valore di rendimento di riferimento per la produzione separata di energia
elettrica
Valutazione efficienza: indice PES
La nuova definizione di cogenerazione
I valori di rendimento di riferimento per la produzione separata di energia elettrica e di
calore sono definiti negli allegati del Decreto in funzione del combustibile utilizzato
dal cogeneratore.
Al valore di rendimento di riferimento per la produzione separata di energia elettrica si
applicano i fattori di correzione per le condizioni climatiche; il valore risultante è
rettificato con i fattori di correzione per le perdite evitate sulla rete.
La cogenerazione ad alto rendimento risponde ai seguenti due criteri:
• la produzione mediante cogenerazione delle unità di cogenerazione fornisce un
risparmio di energia primaria pari almeno al 10 %;
• la produzione mediante unità di piccola cogenerazione e di
microcogenerazione che forniscono un risparmio di energia primaria (di
qualsiasi entità) è assimilata alla cogenerazione ad alto rendimento.
Il regime di incentivazione
Il Decreto 05/09/2011 chiarisce che le unità di cogenerazione entrate in esercizio dal 1
gennaio 2011 sono considerate CAR (Cogenerazione Alto Rendimento) se rispondono
ai requisiti appena descritti.
Le unità CAR hanno diritto al rilascio dei certificati bianchi, in numero commisurato al
risparmio di energia primaria RISP realizzato nell’anno, calcolato come segue:
•
•
•
•
RISP è il risparmio di energia primaria [MWh] nell’anno solare
ECHP è l’energia elettrica [MWh] prodotta in cogenerazione nell’anno solare
HCHP è l’energia termica utile [MWh] prodotta in cogenerazione nell’anno solare
E,RIF è il rendimento medio convenzionale del parco di produzione elettrica
italiano, assunto pari a 0,46, corretto in funzione della tensione di allacciamento,
della quantità di energia auto-consumata e della quantità di energia immessa in rete.
• T,RIF è il rendimento medio convenzionale del parco di produzione termico
italiano, assunto pari a 0,82 nel caso di utilizzo diretto dei gas di scarico e pari a 0,9
nel caso di produzione di vapore/acqua calda.
• FCHP è l’energia del combustibile [MWh] consumata in cogenerazione nell’anno
solare
Il regime di incentivazione
Va fatto notare che il valore di rendimento elettrico di riferimento utilizzato da questo
Decreto ai fini dell’incentivazione sono diversi (e più favorevoli) rispetto a quelli
utilizzati per verificare i requisiti CAR stabiliti dal D.M. 4 agosto 2011 descritto nel
paragrafo precedente.
L’operatore la cui unità sia riconosciuta CAR in un dato anno ha diritto ad un numero
di certificati bianchi pari a:
RISP × 0,086 è il risparmio (se positivo) espresso in tep
K è un coefficiente di armonizzazione in funzione della potenza elettrica installata (pari
a 1,4 nel caso di impianti di potenza fino a 1 MWe)
I certificati bianchi sono riconosciuti per
• 10 anni solari per le unità di cogenerazione entrate in esercizio dal 7 marzo 2007
• 15 anni solari per le unità di cogenerazione entrate in esercizio dal 7 marzo 2007
abbinate a reti di teleriscaldamento
• 5 anni solari per le unità di cogenerazione entrate in esercizio dal 1 aprile 1999 e
prima del 7 marzo 2007, nel limite del 30% di quanto riconosciuto per le unità dei
punti precedenti.
Il regime di incentivazione
I certificati bianchi riconosciuti sono ascrivibili alla II tipologia (interventi per il
risparmio di gas naturale).
La valorizzazione economica dei certificati bianchi avviene attraverso due possibili
modalità (secondo il meccanismo introdotto dai D.M. 20 luglio 2004 e s.m.i. e dalle
relative regole stabilite dall’AEEG):
• Vendita dei TEE ai soggetti obbligati (attraverso la piattaforma di mercato apposita
operante con meccanismo di aste periodiche o attraverso contrattazione bilaterale)
• ritiro dal parte del G.S.E. a prezzo prestabilito (per il 2012 pari a 86,98 €/tep).
Trigenerazione
Nei settori non industriali l’applicazione della cogenerazione trova un rilevante ostacolo
nel fatto che il numero di ore annue di impiego del calore prodotto è limitato.
E’ dunque auspicabile l’impiego di dispositivi in grado di sfruttare tale energia termica
a media o alta temperatura per produrre energia frigorifera utilizzabile nei mesi estivi
per la climatizzazione degli ambienti (CHCP, Combined Heat, Cool and Power).
Tecnologie e combustibili
Alternativi a ciclo Otto
Motori a combustione interna
Alternativi a ciclo Diesel
Turbine a gas
Cicli combinati
Cicli a vapore a contropressione
Motori a combustione esterna
Cicli a vapore a condensazione e spillamento
Motori Stirling
Motori Spilling
Celle a combustibile
Cicli ORC
Cogenerazione: motori alternativi a c.i.
Motori a ciclo Otto a gas
0-1: aspirazione
1-2: compressione
2-3: combustione
3-4: espansione
4-5: scarico
5-0: espulsione
Cogenerazione: esempio investimento
Si riporta a titolo di esempio, un’analisi condotta presso uno stabilimento produttivo
che richiede acqua calda di processo a 75 °C per complessivi 200 m3/giorno.
Il profilo di carico costante durante i giorni feriali e dimezzato al sabato presenta un
andamento interessante per l’accoppiamento con un cogeneratore a gas (motore
endotermico)
La selezione della potenza elettrica e della conseguente potenza termica sono i
seguenti:
• Massimizzazione delle ore di funzionamento del cogeneratore al fine di
garantire un adeguato ritorno economico (almeno 5000 ore/anno);
• Massimizzazione dell’utilizzo dell’energia termica in cogenerazione durante
tutto l’anno, non è infatti in generale conveniente produrre energia elettrica
senza utilizzare contemporaneamente l’energia termica
Cogenerazione: esempio investimento
Si riporta a titolo di esempio, un’analisi condotta presso uno stabilimento produttivo
che richiede acqua calda di processo a 75 °C per complessivi 200 m3/giorno.
Il profilo di carico costante durante i giorni feriali e dimezzato al sabato presenta un
andamento interessante per l’accoppiamento con un cogeneratore a gas (motore
endotermico)
La selezione della potenza elettrica e della conseguente potenza termica sono i
seguenti:
• Massimizzazione delle ore di funzionamento del cogeneratore al fine di
garantire un adeguato ritorno economico (almeno 5000 ore/anno);
• Massimizzazione dell’utilizzo dell’energia termica in cogenerazione durante
tutto l’anno, non è infatti in generale conveniente produrre energia elettrica
senza utilizzare contemporaneamente l’energia termica
• Raggiungimento di un rendimento globale superiore al 75% per avere in
automatico tutta l’energia elettrica prodotta come cogenerata e massimizzare
l’incasso di TEE
Cogenerazione: esempio investimento
Il motore selezionato presenta le seguenti caratteristiche:
kW
Potenza elettrica totale
Potenza termica
Potenza primaria
100%
600
693
1428
75%
450
549
1102
50%
300
408
783
0%
0
0
0
La strategia di gestione ipotizzata prevede di fatto un inseguimento termico, con
riduzione della potenza elettrica quando il carico termico diventa inferiore al 100% e al
75%; si prevede lo spegnimento del motore a carico nullo, con operatività minima in
parzializzazione al 50%.
Con queste ipotesi il cogeneratore è in grado di operare per ben 5664 ore quasi sempre
a pieno carico, con spegnimento totale nel mese di agosto e nei weekend di tutto
l’anno.
Cogenerazione: esempio investimento
D.M. 4 agosto 2011
PES
CHPHƞ
CHPEƞ
RefHƞ
RefEƞ
RefEƞ_base
Percentuale energia elettrica autoconsumata
Percentuale energia elettrica ceduta alla rete
Correzzione livello tensione energia autocons
Correzzione livello tensione energia ceduta
Correzzione zona climatica
Energia elettrica prodotta in cogenerazione
Energia termica utile prodotta in cogenerazione
Energia primaria
kWh
kWh
kWh
Rendimento globale
%
28.93%
48.53%
42.02%
90%
48.4%
52.50%
81%
19%
92.50%
94.50%
-0.37%
3398400
3925152
8088192
90.5%
Cogenerazione: ammontare TEE
D.M. 5 settembre 2011
RISP (MWh)
ƞErif
ƞTrif
TEE (CB)
Euro/anno
10 anni
Costo bolletta
Risparmio Bolletta Gas Naturale
Risparmio Bolletta Energia Elettrica
Ricavi energia ceduta
€
€
€
€
€
€
4227
43%
90%
508
44,185.84
441,858.40
423,909.43
205,720.75
412,410.00
48,026.00
Cogenerazione: esempio investimento
Analisi economica:
• Investimento pari a € 800.000,00 (si tratta di una stima da verificare sulla base della
valutazione delle opere di adeguamento necessarie per l’installazione del gruppo di
cogenerazione stesso)
• Contratto di manutenzione full service con costo stimato pari a 9 €/h di
funzionamento del motore
• Assenza di incremento del costo del gas naturale e dell’energia elettrica nel tempo
(ipotesi cautelativa)
• Costo gas naturale 0.5 €/m3
• Costo energia elettrica 0.15 €/kWh (al netto delle accise da versare
sull’autoconsumo)
• 100% mezzi propri
• 5% tasso attualizzazione
Cogenerazione: analisi investimento SENZA TEE
Cogenerazione: analisi investimento con TEE
Cogenerazione: ORC, cicli combinati?