Calcolo dei consumi per area energetica

L’obiettivo del foglio di calcolo è quello di ottenere almeno un valore di consumo energetico per ogni fonte consumata dal singolo stabilimento e per ogni dipartimento esistente nel sito considerato, lasciando vuoto lo spazio previsto per dipartimenti non presenti (con riferimento alla ripartizione standard delle aree energetiche rappresentata nelle tabelle 3 e 4). Per ottenere ciò è necessario uniformare le unità di misura di tutti i consumi ed impostare un sistema, con l’aiuto delle funzionalità di EMS, che garantisca il calcolo del consumo dell’area energetica specifica. In altre parole, è necessaria una conversione dei dati immessi nel sistema in un’unità di misura comune a tutte le fonti energetiche (il kWh), per ottenere un confronto immediato ed una rappresentazione più efficace, come sarà descritto nel paragrafo 4.3.3.1. In aggiunta, è necessario, con l’ausilio del software, impostare una formula che calcoli il consumo del dipartimento grazie alle misure registrate dai misuratori specifici dello stabilimento. Ovviamente tale formula deve essere versatile perché ogni sito ha una sua specifica posizione di installazione dei misuratori. Questa funzionalità è garantita dal sistema EMS, come sarà illustrato nel paragrafo 4.3.3.2.

4.3.3.1 Uniformare le unità di misura dei dati

La conversione dei valori dei dati di consumo di tutte le fonti energetiche in kWh è un’azione necessaria al fine di rappresentare efficacemente nei report il consumo delle aree energetiche. I dati inseriti dagli operatori negli stabilimenti possono far riferimento a quantità energetiche rappresentate con unità di misura differenti l’una dall’altra. La tabella 5 rappresenta le unità di misura con cui vengono inseriti i dati nel sistema:

Fonte energetica u.m.

Energia elettrica kWh

Gas Naturale Sm³

54

GPL kg

Diesel l

Vapore t

Acqua calda kWh

Tabella 5: Unità di misura delle fonti energetiche

Come si può notare l’energia elettrica e l’acqua cada sono già espresse in kWh, quindi il procedimento di conversione riguarderà le altre fonti energetiche:

Gas naturale: per la conversione da Sm³ a kWh del Gas naturale si va ad utilizzare il Potere

Calorifico Superiore (PCS). Il potere calorifico rappresenta, appunto, la quantità di calore sviluppata dalla combustione completa dell’unità di massa o di volume di un combustibile. Più in generale, è la quantità di energia che si può ricavare convertendo una massa unitaria di un vettore energetico in condizioni standard. Nel Sistema Internazionale si misura in MJ/kg, per i combustibili gassosi, però, si utilizza il MJ/Sm³. È necessario distinguere tra potere calorifico superiore e inferiore. Il primo è la quantità di calore generata dalla combustione completa a pressione costante della massa unitaria del combustibile, quando i prodotti della combustione sono riportati alla temperatura iniziale del combustibile e del comburente. Nelle combustioni, però, i prodotti spesso vengono rilasciati ad una temperatura più alta di quella di riferimento del combustibile. In questo modo, una parte del calore utilizzabile si disperde per il riscaldamento dei fumi e la vaporizzazione dell’acqua prodotta dalla combustione. Si definisce, quindi, il potere calorifico inferiore come: il calore realmente ottenibile dalla combustione, calcolato come differenza tra il calore messo a disposizione del combustibile (PCS) e la quota di calore fornita all’acqua per diventare vapore all’interno dei fumi. Una parte del calore latente del vapore viene recuperata in alcuni macchinari come le moderne caldaie a condensazione. Si riesce, così, a ricavare da un kg di combustibile una quantità maggiore rispetto a quella rappresentata dal potere calorifico inferiore, anche se una parte di energia teoricamente disponibile continua ad essere dispersa coi fumi. Nelle cartiere, però, non tutta questa parte di calore riesce ad essere recuperata perché le temperature delle condense si aggirano attorno ai 140 °C.

Il calcolo, quindi, del consumo in kWh della quantità di Gas naturale utilizzato è il seguente: 𝑁𝐺𝐴𝑆𝑘𝑊ℎ= (𝑁𝐺𝐴𝑆Sm3∗ 𝑃𝐶𝑆𝑁𝐺𝐴𝑆∗ 1000)/3600

I fattori di conversione 1000 e 3600 servono per allineare le unità di misura: [𝑘𝑊ℎ] = [Sm3] ∗ [_Sm𝑀𝐽₃] ∗ [1000₃₆₀₀]

Biomassa e GPL: le conversioni delle unità di misura di biomassa e GPL sono analoghe alla

conversione appena descritta per il gas naturale. Per ognuna di queste fonti energetiche viene inserito annualmente un valore corrispondente al PCI. La formula, quindi, che viene

55 utilizzata per convertire questi consumi in kWh è la stessa descritta nel paragrafo precedente per il gas naturale, con il PCI delle fonti in questione al posto del PCS del gas. L’unica variazione è rappresentata dall’unità di misura del PCI di biomassa e GPL, che ovviamente è calcolato in MJ/kg, in modo che la conversione risulti corretta anche dal punto di vista formale.

Diesel: per quanto riguarda il consumo di Diesel espresso in litri, il procedimento di

conversione richiede un ulteriore dato da inserire, ovvero la densità (ρ) di tale fonte energetica. La formula per la conversione del consumo in kWh sarà quindi: 𝐷𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙𝑘𝑊ℎ=

(𝐷𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙𝑙𝑖𝑡𝑟𝑖∗ 𝜌𝐷𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙∗ 𝑃𝐶𝐼𝐷𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙∗ 1000)/3600

Analogamente le unità di misura sono: [𝑘𝑊ℎ] = [𝑙] ∗ [𝑘𝑔

𝑙 ] ∗ [ 𝑀𝐽 𝑘𝑔] ∗ [

1000 3600]

Vapore: per il vapore la conversione viene fatta tramite l’entalpia (h). Quest’ultima è una

funzione di stato definita come la somma dell’energia interna di un sistema considerato e del prodotto tra la sua pressione e volume. Il consumo in kWh, infatti, viene calcolato come differenza dell’energia termica del vapore che arriva al monolucido meno quella delle condense di ritorno. Vengono utilizzate, quindi, l’entalpia di vaporizzazione e l’entalpia di condensazione. La prima è la proprietà fisica di una sostanza definita come il calore richiesto per vaporizzare una mole (o un kg) di sostanza al suo punto di ebollizione. L’entalpia di condensazione, analogamente, è il calore richiesto nel processo inverso. Il calcolo richiede quindi un ulteriore aggiunta di dati, la pressione del vapore e quella delle condense, che serviranno per ottenere la variazione di entalpia da moltiplicare alle tonnellate di vapore consumato. In definitiva, la formula necessaria ad ottenere la conversione della quantità di vapore consumata in kWh è la seguente: 𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟𝑒𝑘𝑊ℎ= (𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟𝑒𝑡𝑜𝑛𝑛∗ (ℎ𝑝 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑒−

ℎ𝑝 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑒) ∗ 1000)/3600

Per quanto riguarda le unità di misura: [𝑘𝑊ℎ] = [𝑡] ∗ [𝑘𝐽

𝑘𝑔] ∗ [ 1000 3600]

4.3.3.2 Formule per il calcolo del consumo dei dipartimenti: metodo di definizione tramite EMS

Il calcolo del consumo di ogni dipartimento per ogni fonte energetica ha le sue peculiarità che cambiano da stabilimento a stabilimento. Come precedentemente descritto, la formula con cui ottenere il consumo di una specifica area energetica deve essere versatile, in modo che tenga conto della particolare conformazione energetica dello specifico sito. In altre parole, se uno stabilimento particolarmente esteso conta l’installazione di un numero elevato di misuratori elettrici o termici, un altro sito più piccolo potrebbe averne bisogno in numero più esiguo. Il foglio di calcolo dovrebbe quindi riconoscere, stabilimento per stabilimento, quali sono quei misuratori che registrano i valori necessari al calcolo finale del consumo

56 dell’area energetica. Per questo motivo è necessario l’ausilio del software per impostare il calcolo del consumo dei dipartimenti, in modo che ogni stabilimento abbia la sua formula specifica. Questa è una delle funzioni garantite da EMS. Le formule possono essere impostate sul software dal livello corporate tramite l’applicazione di controllo di EMS. In questo modo l’addetto del livello centrale, che ha seguito il progetto di installazione dei misuratori per un particolare sito, sa quali sono quelli da prendere in considerazione nel calcolo del consumo di uno specifico dipartimento e può manualmente inserire una formula che resta valida nel tempo finché non viene cambiata dallo stesso utente. In sostanza, l’impiegato che inserisce la formula sul sistema deve:

1. Analizzare la conformazione e lo schema energetico del sito rispetto ad una fonte energetica ed i relativi misuratori installati.

2. Associare un particolare misuratore ed i rispettivi valori registrati come input al consumo di uno specifico dipartimento.

3. Inserire nella formula per il calcolo del consumo di quel dipartimento i valori registrati da quel misuratore, tramite il linguaggio software all’interno dell’applicazione.

4. Sottrarre dalla formula i valori di eventuali misuratori installati a valle nello schema energetico di quel particolare misuratore e che registrano misure imputabili ad altri dipartimenti.

5. Ripetere i tre punti precedenti per tutti gli altri misuratori che calcolano il consumo di quel dipartimento.

6. Ripetere il procedimento dal punto 1 per tutte le fonti energetiche utilizzate nello stabilimento in questione.

L’operatore di stabilimento, quindi, ha il solo compito di inserire i valori registrati dai misuratori mese per mese su EMS e, una volta che scarica il report, si vede calcolare in automatico il consumo di tutti i dipartimenti. Questo è un procedimento che deve essere eseguito per tutti i siti del Gruppo Sofidel, in modo che il report possa essere immediatamente utilizzato da tutti gli addetti che ne fanno richiesta sul sistema ed hanno l’autorizzazione per visualizzarlo.