4. La distribuzione dei consumi per aree energetiche
4.4 Caso di studio 1: stabilimento 1
4.4.1 Analisi energetica
4.4.1.1 Descrizione generale dello stabilimento
Il caso tratta uno stabilimento integrato (cartiera e converting), interamente controllato dalla società Sofidel S.p.a. Si occupa della produzione e trasformazione di prodotti tissue (carta igienica e asciugatutto). Il flusso produttivo del sito si può suddividere in due principali processi: la produzione delle bobine in cartiera e la trasformazione delle bobine nel prodotto finito in converting. La produzione della cartiera viene per quasi il 50% utilizzata nel converting, mentre la metà restante viene venduta ad altri clienti o ceduta ad altri impianti di trasformazione del Gruppo Sofidel. La produzione del converting è bilanciata tra asciugatutto e carta igienica a seconda delle esigenze del mercato.
La cartiera possiede una macchina continua in cui avviene il processo di produzione, mentre il converting conta 2 linee produttive. Come impianti di produzione dell’energia il sito possiede un impianto di cogenerazione ed una caldaia a gas, che, riforniscono l’intero stabilimento. Per convenzione, nelle seguenti indicazioni sui consumi suddivisi per dipartimento, l’energia utilizzata dagli uffici (amministrazione) sarà attribuita ai servizi generali del converting.
62 Il processo produttivo del sito, quindi, può essere suddiviso in dipartimenti secondo la conformazione standard delle tabelle 3 e 4, identificando le seguenti aree:
Dipartimenti Cartiera
Attività principali Preparazione impasti macchina 1 Macchina continua 1Ribobinatrice 1
Servizi Ausiliari Impianti di produzione energia Caldaia Compressori Trattamento acque Servizi generali Condizionamento Illuminazione Riscaldamento Logistica
Dipartimenti converting
Attività principali Linee produttive Servizi Ausiliari Compressori Aspirazione polveri Servizi generali Condizionamento Illuminazione Riscaldamento Amministrazione LogisticaTabella 6: Dipartimenti stabilimento 1
4.4.1.2 Energia elettrica: schema e misuratori installati
Per trattare il caso di studio si è scelto di illustrare il calcolo del consumo elettrico di alcune utenze dei due dipartimenti più energivori della cartiera: la preparazione impasti e la macchina continua. È stato deciso di tralasciare l’illustrazione degli schemi elettrici di tutti i dipartimenti dello stabilimento per non aumentare eccessivamente la complessità e perché la metodologia utilizzata è identica a quella che verrà descritta per gli schemi indicati. Sono state scelte la preparazione impasti e la macchina continua perché sono i dipartimenti più rilevanti dal punto di vista del processo produttivo e che registrano un consumo più
63 consistente rispetto a tutti gli altri. Per gli stessi motivi saranno tralasciati gli schemi elettrici delle sezioni riguardanti il converting.
Figura 12: Schema elettrico generale stabilimento 1
Come si può notare dallo schema elettrico generale di figura 12 le cabine elettriche di trasformazione principali sono due, sulle quali sono stati installati i misuratori 1 e 2. A valle della seconda cabina si suddividono 6 ulteriori linee che vanno ad alimentare le varie utenze della cartiera. Per le utenze che riguardano la preparazione impasti e la macchina continua è necessario analizzare il quadro PCA3. Altre utenze da aggiungere al consumo elettrico della preparazione impasti si trovano a valle dei quadri MCC1, MCC2 ed MCC scarti, che verranno misurate tramite i misuratori indicati in figura 12. Sotto al quadro PCA3, invece, si hanno più utenze ascrivibili a differenti dipartimenti, quindi può essere utilizzato come esempio per chiarificare la metodologia utilizzata nel calcolo del consumo elettrico delle aree energetiche di questo stabilimento.
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Figura 13: Utenze PCA3
Le utenze a valle del PCA3 possono essere assegnate a vari dipartimenti, come si nota dalla figura 13. I valori registrati dal misuratore sul TR1 vengono considerati nel calcolo del dipartimento macchina continua, poiché è il dipartimento che conta più utenze per questa linea elettrica, come rappresentato nella figura 13. Invece, per le utenze da assegnare ad altri dipartimenti sono stati installati 6 misuratori elettrici (misuratori 3, 5, 6, 9, 10, 11), in modo che possano essere registrati i consumi da sottrarre a quello registrato dal misuratore sul TR1 e riassegnarli al giusto dipartimento. L’unica eccezione riguarda l’illuminazione degli spogliatoi, dal momento che registrerebbe un consumo talmente contenuto da poter essere trascurato.
Per fornire un esempio del metodo con cui si arriva alla formula di calcolo del consumo dei vari dipartimenti, considerando le figure 12 e 13, si avrà:
65 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝐸𝐸 𝑝𝑟𝑒𝑝𝑎𝑟𝑎𝑧𝑖𝑜𝑛𝑒 𝑖𝑚𝑝𝑎𝑠𝑡𝑖 = 𝑚𝑖𝑠 9 + 𝑚𝑖𝑠 10 + 𝑚𝑖𝑠 11+. ..
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝐸𝐸 𝑚𝑎𝑐𝑐ℎ𝑖𝑛𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑖𝑛𝑢𝑎
= 𝑚𝑖𝑠 𝐺𝐸𝑁 − 𝑚𝑖𝑠 3 − 𝑚𝑖𝑠 5 − 𝑚𝑖𝑠 6 − 𝑚𝑖𝑠 9 − 𝑚𝑖𝑠 10 − 𝑚𝑖𝑠 11 +. .. Questo processo va ripetuto per tutte le linee elettriche utilizzando tutti i misuratori installati, in questo modo il risultato finale sarà quello di avere una serie di formule che calcolino il consumo di ogni dipartimento presente nello stabilimento.
4.4.1.3 Energia termica: schema e misuratori di gas naturale installati
Per quanto riguarda l’energia termica si riporta esclusivamente il flusso di gas naturale, dal momento che rappresenta la fonte più utilizzata. L’approccio da seguire è identico a quello tenuto per l’energia elettrica, ma lo schema del flusso energetico è molto meno complicato:
Figura 14: Schema gas naturale stabilimento 1
Il consumo di gas del cogeneratore è tenuto sotto controllo tramite un misuratore dedicato (MIS CHP in figura 14). Come si può notare il misuratore numero 2 registra sia i consumi della centrale termica che quelli della caldaia più piccola adibita al riscaldamento degli uffici. Al fine di non installare un ulteriore misuratore ed evitare i rispettivi costi di acquisto ed installazione, si procede ad una stima della percentuale del consumo di questi due
66 dipartimenti, considerando anche il fatto che il riscaldamento degli uffici è un utenza che registra consumi non molto elevati. Allo stesso modo di come è stato eseguito per l’energia elettrica, considerando lo schema di figura 14, si procede al calcolo del consumo di gas naturale dei dipartimenti rimanenti:
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝐺𝑎𝑠 𝑚𝑎𝑐𝑐ℎ𝑖𝑛𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑖𝑛𝑢𝑎 = 𝑚𝑖𝑠 1
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝐺𝑎𝑠 𝑖𝑚𝑝𝑖𝑎𝑛𝑡𝑖 𝑑𝑖 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑧𝑖𝑜𝑛𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 = 𝑚𝑖𝑠 𝐶𝐻𝑃 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝐺𝑎𝑠 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑙𝑒 𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎 = 99% ∗ 𝑚𝑖𝑠 2
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝐺𝑎𝑠 𝑟𝑖𝑠𝑐𝑎𝑙𝑑𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 = 1% ∗ 𝑚𝑖𝑠 2
Come è stato illustrato nel paragrafo 4.3.3.1 i misuratori di gas registrano un valore in Sm³ che sarà poi convertito in kWh grazie al valore del PCI. In questa sezione si considerano già i valori convertiti in kWh per ottenere i consumi finali. L’impostazione delle formule necessaria a monitorare il consumo di gas naturale nello stabilimento è totalmente ascrivibile a questi quattro dipartimenti.
Le percentuali per la stima dei dipartimenti centrale termica e riscaldamento sono state calcolate sulla base di energie stimate moltiplicando la potenza effettiva di esercizio per le ore di funzionamento delle due caldaie. La potenza effettiva di esercizio è ottenuta moltiplicando la potenza nominale di targa per un coefficiente di contemporaneità.