Casi studio

Di seguito sono riportati i risultati di due casi studio analizzati grazie al foglio di calcolo realizzato nel corso di questo lavoro di ricerca. Nelle molte possibilità di utilizzo di questo strumento, si è scelto di riportare due casi pratici che mostrino a livello economico le sue potenzialità.

Il primo caso riguarda l’analisi economica dell’attuale gestione dei gruppi di cogenerazione dalla A.O.U.P. di Cisanello, con particolare attenzione alle ore notturne, durante le quali i gruppi, per i motivi che saranno indicati più avanti, attualmente devono rimanere spenti.

Il secondo caso è la simulazione di un’azienda di medie dimensioni, che ha appena acquistato un gruppo di cogenerazione e, consultandosi con il proprio Energy manager, deve decidere quale tipo di logica di inseguimento seguire non avendo dei profili di carico elettrico e termico costanti.

Lo studio di questi due casi è significativo al fine di mostrare sia il risparmio non conseguito a causa di una gestione non ottimale dei gruppi già in funzione, sia nell’altro caso, le varie possibilità di funzionamento di un gruppo di cogenerazione appena installato e come questa scelta influisca notevolmente sul risparmio finale.

La scelta dell’ospedale è stata ritenuta importante perché è un luogo fondamentale per la vita di tutti noi e ogni scelta che possa migliorare il suo servizio o che possa portare al conseguimento di un risparmio, fatto in maniera intelligente ovvero senza peggioramento del servizio, è un beneficio per la collettività tutta.

La scelta dell’industria di medie dimensioni è stata ritenuta importante perché le PMI rappresentano l’ossatura industriale italiana che, in un mondo in cui la globalizzazione ha aumentato a dismisura la competizione, necessita di ogni possibile innovazione tecnologica e ricerca per potersi mantenere competitive a livello internazionale e, senza dubbio, in un paese come l’Italia in cui il costo dell’energia è in continuo aumento[1] _ogni

possibile innovazione in campo energetico è fondamentale.

[1]Fonte: La Repubblica: “Secondo la Confcommercio, l'Indice Costo Energia Terziario - Elettricità (ICET-E), che misura l'andamento della spesa per la fornitura di energia elettrica sostenuta in regime di maggior tutela dai profili tipo di imprese del settore dei servizi, segna, per il terzo trimestre 2018, un rilevante aumento dell'8,4% rispetto al trimestre precedente”

8.1 Azienda Ospedaliero Universitaria Pisana ( P.O. di Cisanello)

L’azienda ospedaliera di Cisanello attualmente ha a disposizione due gruppi; uno è un CATERPILLAR da 1 MWe e il secondo gruppo di cogenerazione, più recente come installazione, formato da 3 cogeneratori da 350 kWe che lavorano in parallelo, per un totale quindi di 1050 kWe. Il primo gruppo, ormai obsoleto, verrà presto sostituito da questi ultimi per essere sottoposto ad importanti opere di manutenzione (retrofit). Per quanto sopra tutti i calcoli sono stati fatti prendendo in considerazione uno scenario di breve-medio termine in cui sarà in funzione il solo gruppo di cogenerazione da 1050 kWe.

8.1.1 I dati a disposizione

Il punto di partenza per poter utilizzare questo foglio di lavoro è l’analisi della richiesta del carico e dei prezzi che il cliente in esame paga per la fornitura di energia elettrica ed energia termica. I dati sono stati raccolti grazie al supporto dell’ufficio tecnico dell’A.O.U.P. e del C.E.T. di Firenze. I prezzi dell’energia elettrica, aggiornati al 2018, sono stati calcolati prendendo in considerazione che l’ospedale è un’utenza allacciata in media tensione senza classe di agevolazione energivori, per le tariffe di fornitura dell’energia sono stati presi i dati dell’ultima bolletta disponibile.

Il prezzo dell’energia elettrica è così composto: • Fornitura, perdite ed energia:

F1: 7,11 c€/kWh F2: 6,93 c€/kWh F3: 5,74 c€/kWh

• A + UC (Componenti fisse ed energia): Fisse: 62514,48 c€/anno

• Distribuzione (più eventuali componenti potenza A e UC): Fisse: 388,68 €/anno Potenza: 51 €/kW/anno Energia: 0,046 c€/kWh • Trasmissione: F1: 0,664 c€/kWh F2: 0,664 c€/kWh F3: 0,664 c€/kWh • Misura: Fisse: 227,88 €/anno • Accise sul consumo:

Consumo < 1,2 GWh/mese: 1,25 c€/kWh (per i primi 200.000 kWh/ mese); 0,75 c€/kWh (per i successivi)

Consumo 1,2 > GWh/mese: 3,66 c€/kWh (per i primi 200.000 kWh/ mese); 0 c€/kWh (per i successivi)

Il prezzo del gas è stato calcolato aggiungendo al prezzo base della materia prima le varie accise che concorrono a formare il prezzo finale.

• Tariffa totale (accise escluse): 27,5 c€/smc

• Per le accise andare a vedere la tabella 2 a pagina 35

NOTA: I ricavi da cessione eccedenze non sono stati presi in considerazione sia perché il carico, anche minimo, risulta sempre maggiore della massima potenza erogabile dal gruppo sia perché attualmente non sono stati definiti con l’impresa distributrice accordi per la rivendita di energia in rete.

8.1.2 Analisi dello stato attuale e soluzione di eventuali problematiche

Una volta inseriti tutti i dati necessari nel foglio di calcolo è stato possibile fare varie osservazioni, come la spesa che si avrebbe in assenza di cogenerazione e la spesa che invece si ha facendo si che il cogeneratore segua la logica ad inseguimento misto.

Senza cogeneratore si avrebbe una spesa annua pari a 4.193.985 € comprensiva, ovviamente, di spesa per l’energia elettrica e costo del gas utilizzato per il riscaldamento a fronte di una domanda elettrica annua di circa 30 GWh e termica di 10 GWh. Utilizzando il cogeneratore in modalità ad inseguimento misto si ottiene una spesa per la voce energia pari a 3.649.965 €. Il risparmio è notevole ma in questi risultati non sono calcolati i costi di manutenzione e i ricavi derivanti dalla vendita dei TEE. Considerando tutto si ottiene complessivamente che lo sfruttamento di questo gruppo di cogenerazione, allo stato attuale, potrebbe portare un risparmio annuo pari a 535.458 €.

Questi dati sono già importanti e significativi, permettono di avere una stima delle spese energetiche tutto l’anno, poter decidere quale sono le ore o i giorni in cui si spende meno per poterli scegliere, ad esempio, come giorni per la manutenzione. Oppure poter prevedere quanto eventuali cambi nel costo dell’energia influiscano sui costi finali oltre a molte altre simulazioni.

La parte più significativa di questo caso pratico è stata la risposta ad una richiesta di supporto da parte dell’ufficio tecnico dell’ospedale. In particolare ci è stato riferito che, alla data di pubblicazione di questo elaborato, il presidio ospedaliero di Cisanello è costretto dalle autorità competenti, per motivi legali legati al rumore notturno, a tenere spento il gruppo di cogenerazione. Analizzando i dati si è quindi scoperto che tenendo il gruppo fermo dalle ore 22 alle ore 7 si perdono, in forma di mancato guadagno, rispetto all’inseguimento misto che corrisponde all’ottimo, 200.000€ ogni anno. Una cifra estremamente elevata che conferma il fatto che, per come è costituito il carico energetico del presidio

ospedaliero, il gruppo deve restare acceso anche di notte. La cifra risulta così alta anche perché l’ospedale non rientra in nessuna delle fasce di agevolazione del prezzo dell’energia, di conseguenza i costi (e i risparmi) risultano molto elevati.

Si riportano inoltre i due grafici che rappresentano i due diversi ritorni economici tenendo il gruppo acceso anche di notte (figura 24) e il ritorno economico proseguendo con la strategia attuale (figura 25).

Come si può osservare questa errata gestione comporta un aumento dei tempi del ritorno economico da 3 a 5 anni e anche una diminuzione sensibile dei risparmi futuri.

-2.000 -1.000 - 1.000 2.000 3.000 4.000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 kE ur o Anni

Ritorno dell'investimento (attualizzato)

Curva cumulata dei flussi di cassa differenziali attualizzati

Figura 24 - Tempo di ritorno dell’investimento con cogeneratore acceso di notte

-1.500 -1.000 -500 - 500 1.000 1.500 2.000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 kE ur o Anni

Ritorno dell'investimento (attualizzato)

Curva cumulata dei flussi di cassa differenziali attualizzati

Utilizzando il foglio di calcolo realizzato durante questo lavoro di ricerca è stato possibile quantificare la maggiore spesa e consigliare all’ufficio tecnico di Cisanello di cercare soluzioni per attenuare il rumore, in modo da poter riaccendere i gruppi anche di notte. Possibili soluzioni sono la creazione di pareti fonoassorbenti o l’installazione di silenziatori allo scarico.

Il competente Ufficio sta lavorando per trovare una soluzione alla limitazione imposta.

8.2 Analisi tecnico ed economica dell’installazione di un gruppo di cogenerazione per una azienda.

La seguente analisi è svolta simulando l’installazione di un gruppo di cogenerazione da 500 kW presso un’azienda conciaria di medie dimensioni di Santa Croce. La simulazione prevede di trovarsi nei panni dell’ energy manager di questa azienda o di un consulente energetico di esterno, e di dover presentare al direttore la miglior strategia per ottenere il massimo risparmio dall’investimento appena effettuato. I dati sono stati presi da precedenti analisi di carico fatte su aziende di analoghe dimensioni e fatturato. Il gruppo di cogenerazione è un motore a combustione interna. 8.2.1 I dati a disposizione

In maniera analoga al caso precedente la prima cosa da fare è analizzare la richiesta di carico elettrico e termico orario durante l’anno e inserirlo nell’apposita tabella, è richiesta inoltre la conoscenza del prezzo base della fornitura di energia elettrica e del gas.

I prezzi dell’energia elettrica, aggiornati al 2018, sono stati calcolati prendendo in considerazione che questa utenza di media tensione rientri nella categoria di agevolazione VAL 4, come precedentemente spiegato, rientrare in questa categoria fa si che nella bolletta dell’energia elettrica non sia inserita la componente ASOS che incide pesantemente nel costo finale.

Il prezzo dell’energia è così composto: • Fornitura, perdite ed energia:

F1: 7,43 c€/kWh F2: 7,22 c€/kWh F3: 5,87 c€/kWh

• A + UC (Componenti fisse ed energia): Fisse: 20743,68 c€/anno

Energia: 0,239 c€/kWh

• Distribuzione (più eventuali componenti potenza A e UC): Fisse: 388,68 €/anno Potenza: 33,84 €/kW/anno Energia: 0,046 c€/kWh • Trasmissione: F1: 0,664 c€/kWh F2: 0,664 c€/kWh F3: 0,664 c€/kWh • Misura: Fisse: 227,88 €/anno • Accise sul consumo:

Consumo < 1,2 GWh/mese: 1,25 c€/kWh (per i primi 200.000 kWh/ mese); 0,75 c€/kWh (per i successivi)

Consumo 1,2 > GWh/mese: 3,66 c€/kWh (per i primi 200.000 kWh/ mese); 0 c€/kWh (per i successivi)

Il prezzo del gas è stato calcolato aggiungendo al prezzo base della materia prima le varie accise che concorrono a formare il prezzo finale.

• Tariffa totale (accise escluse): 27,5 c€/smc

8.2.2 Analisi economica e commento risultati

Una volta inseriti i vari dati è possibile procedere con l’analisi di tutte le voci necessarie a presentare un resoconto esauriente e completo da presentare al direttore.

Innanzitutto uno sguardo alla situazione precedente all’installazione del gruppo di cogenerazione. La ditta spendeva ogni anno 368.322 € di energia suddivisa rispettivamente in 285.486 € di energia elettrica e 82.846 € di gas, a fronte di una domanda elettrica annua pari 3,5 Gwh e termica di 3 GWh; a partire da questo dato, ogni futura gestione dell’unità di cogenerazione dovrà ovviamente far diminuire questa voce di spesa. Inoltre, il risparmio di esercizio dovrà andare a coprire i costi di installazione iniziali, in modo tale da rientrare dell’investimento altrimenti la ditta sarebbe in perdita.

La spesa iniziale per l’installazione dell’unità di cogenerazione è risultata pari a 625.000 € e il costo di manutenzione è di 20.000 € ogni anno, è stato considerato anche uno stop di 50 giorni ogni anno per permettere la manutenzione del gruppo.

A questo punto è necessario decidere con quale logica di gestione dovrà essere seguita per il gruppo di cogenerazione, ovvero “inseguimento elettrico”, “inseguimento termico” oppure “inseguimento misto”. Come già detto il grande vantaggio di questo lavoro è stato creare un foglio di calcolo che permetta di vedere come gli effetti di ogni scelta influiscano sul piano economico. E’ premesso che, in generale, si dovrebbe evitare il più possibile di far fare al cogeneratore troppi cicli di accensione- spegnimento nell’arco di una singola giornata e se possibile si dovrebbe far funzionare al massimo o comunque con poche variazioni di potenza prodotta. E’ necessario dunque, una volta selezionata la logica che fornisce i migliori vantaggi economici, verificare che accada quanto sopra descritto. Questa verifica si può fare utilizzando i grafici della scheda “Grafici profili” presentata nel capitolo 7.7.

• Inseguimento termico: Selezionando questa opzione si va a cercare di coprire la richiesta termica della ditta con il gruppo di cogenerazione cercando di seguirne il più possibile il profilo di carico. Se l’impresa in esame utilizzasse questa logica si otterrebbe una spesa energetica annua pari a 286.682 €. Di seguito si riportano anche tutti i dati necessari per valutare il ritorno dell’investimento, si ricorda che alla voce “Minori spese annue con cogenerazione” si tiene conto sia dei costi di manutenzione sia dei guadagni derivati dalla vendita dei TEE. In tabella 6 l’analisi complessiva dell’investimento con il risparmio annuo e in figura 26 il tempo di ritorno dell’investimento con anche le prospettive di guadagno future. -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 - 100 0 2 4 6 8 10 12 14 16 kE ur o Anni Ritorno dell'investimento (attualizzato)

Curva cumulata dei flussi di cassa differenziali attualizzati

Tabella 6 - Analisi ritorno dell’investimento non attualizzato della logica ad inseguimento termico.

Figura 26 - Analisi ritorno dell’investimento attualizzato della logica ad inseguimento termico.

Ritorno dell’investimento (senza tasso di attualizzazione)

Investimento complessivo 625.000 € Minori spese annue con cogenerazione (Risparmio) 81.650 € Tempo di ritorno non attualizzato 7,7 anni

• Inseguimento elettrico: Selezionando questa opzione si va a chiedere al gruppo di cogenerazione di seguire il più possibile il profilo di carico elettrico, nei rispetti dei limiti tecnici. Se si utilizzasse questa logica la ditta otterrebbe una spesa annua per l’energia pari a 257.243 €, di seguito si riporta in tabella 7 l’analisi complessiva dell’investimento con il risparmio annuo (risparmio compreso di spese di manutenzione e guadagno dalla vendita dei TEE) e in figura 27 il tempo di ritorno dell’investimento con anche le prospettive di guadagno future. Rispetto al caso precedente si nota già un sensibile aumento di risparmio con conseguente diminuzione del tempo per il ritorno dell’investimento e un’aumento dei guadagni futuri.

Tabella 7 - Analisi ritorno dell’investimento non attualizzato della logica ad inseguimento elettrico.

-800 -600 -400 -200 - 200 400 0 2 4 6 8 10 12 14 16 kE ur o Anni Ritorno dell'investimento (attualizzato)

Curva cumulata dei flussi di cassa differenziali attualizzati

Figura 27 - Analisi ritorno dell’investimento attualizzato della logica ad inseguimento elettrico.

Ritorno dell’investimento (senza tasso di attualizzazione)

Investimento complessivo 625.000 € Minori spese annue con cogenerazione (Risparmio) 111.089 € Tempo di ritorno non attualizzato 5,6 anni

• Inseguimento misto: Come già ampiamente esposto nel paragrafo 7.5.1, selezionando questo tipo di logica si andrà a cercare l’ottimo economico tra 5 punti di lavoro, questo sarà fatto ora per ora in modo da avere il massimo risparmio. Utilizzando questa logica la ditta andrebbe a spendere per l’energia ogni anno 252.862 €, di seguito si riporta in tabella 8 l’analisi complessiva dell’investimento con il risparmio annuo (risparmio compreso di spese di manutenzione e guadagno dalla vendita dei TEE) e in figura 28 il tempo di ritorno dell’investimento con anche le prospettive di guadagno future. Il risparmio complessivo annuo, grazie alla maggiore vendita di TEE, è ancora maggiore rispetto a quello conseguito con la logica dell’inseguimento elettrico con un risparmio aggiuntivo di circa 4500€, risulta quindi conveniente utilizzare questa logica di funzionamento.

Ritorno dell’investimento (senza tasso di attualizzazione)

Investimento complessivo 625.000 € Minori spese annue con cogenerazione (Risparmio) 115.470 € Tempo di ritorno non attualizzato 5,4 anni

Tabella 8 - Analisi ritorno dell’investimento non attualizzato della logica ad inseguimento misto.

-800 -600 -400 -200 - 200 400 0 2 4 6 8 10 12 14 16 kE ur o Anni Ritorno dell'investimento (attualizzato)

Curva cumulata dei flussi di cassa differenziali attualizzati

Figura 28 - Analisi ritorno dell’investimento attualizzato della logica ad inseguimento misto.

Sulla base di quanto analizzato risulta chiaro che la logica ad inseguimento misto è la migliore perché consente di conseguire il maggior risparmio annuo. Resta da chiedersi se però quanto detto sulla cogenerazione e sui cogeneratori viene rispettato, ovvero se in un giorno lavorativo tipico questo tipo di logica crea troppo stress al cogeneratore, come ad esempio troppi cicli giornalieri di accensione e spegnimento oppure un profilo estremamente irregolare di produzione della potenza. In figura 29 si riporta dunque il grafico di un tipo giorno lavorativo, in questo caso scelto come un giorno feriale invernale[1]_.

0 100 200 300 400 500 600 700 0 6 12 18 24

Carico el. Carico term. Prod.el. Prod.term.

kW

Figura 29 - Analisi del profilo di carico e di produzione da parte del cogeneratore in un giorno feriale invernale.

Risulta che la logica ad inseguimento elettrico non crea assolutamente problemi al gruppo di cogenerazione, il profilo si presenta infatti abbastanza costante con una solo ciclo di accensione- spegnimento dovuto al fatto che di notte i carichi elettrico e termico sono troppo bassi per rendere conveniente l’accensione del cogeneratore. Verso le ore centrali della giornata risulta conveniente invece, in corrispondenza dell’abbassamento della richiesta elettrica e dell’innalzamento della richiesta termica, diminuire la potenza prodotta dal cogeneratore. Questa variazione non è però così grande ( si va da 500 kW a circa 470 kW), una modulazione perfettamente sopportabile dal cogeneratore anche sul lungo periodo senza, quindi, diminuirne la sua vita utile. Si ricorda infine che la classe di agevolazione 4 è la classe di agevolazione più alta, con conseguente sensibile abbassamento del costo dell’energia elettrica in assenza di cogenerazione, quindi i risparmi di costo evitato conseguiti dal cogeneratore sono meno consistenti, anche se rimangono importanti, e di conseguenza si ha un tempo di ritorno economico medio-lungo di circa 7 anni.