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3.1 ANALISI PARCO MACCHINE

3.1.1 Classificazione dei veicol

I rifiuti vengono consegnati all’impianto da dei veicoli adatti alla raccolta urbana della spazzatura che fanno parte di due società differenti.

I veicoli del parco macchine sono 167 e sono alimentati a gasolio e benzina.

Di seguito si è stilata una prima classificazione dei veicoli presenti nel parco macchine in base alla tipologia del mezzo:

• Tipologia 1: Compattatori con peso compreso tra 3,5 t e 26 t; • Tipologia 2: Costipatori con peso fino a 3,5 t;

• Tipologia 3: Spazzatrici;

• Tipologia 4: Autovetture aziendali;

• Tipologia 5: Altri tipi di veicoli (es. autovetture per la disinfestazione, autocarri per trasporto di materiale, lavacassoni).

Figura 3.1 - Classificazione veicoli per tipologia

25% 46% 6% 10% 13% Tipologia 1 Tipologia 2 Tipologia 3 Tipologia 4 Tipologia 5

53 Si è fatta l’ipotesi che il parco macchine sia costituito dai medesimi veicoli alimentati, a differenza dei precedenti, a bioCNG.

A questo proposito è stata necessaria un’analisi del parco macchine per constatare quali dei veicoli siano effettivamente alimentabili a metano. Si sono quindi classificati i mezzi di trasporto in base a tre categorie:

• Caso A: sul mercato è presente lo stesso modello alimentato a CNG; • Caso B: la casa costruttrice realizza modelli simili a CNG;

• Caso C: la casa costruttrice non realizza modelli equivalenti a CNG.

Per individuare i veicoli appartenenti alla prima categoria si è fatto riferimento a Federmetano5 che stila una lista di tutte le case costruttrici che realizzano i vari modelli, dalle autovetture ai veicoli commerciali fino ai veicoli pesanti, sia monofuel che bifuel, sia a CNG che LNG.

Per monofuel si intende un veicolo dotato di un serbatoio a metano e, separato, un serbatoio a benzina per le situazioni di emergenza avente una capacità non superiore a 15 litri. Per bifuel invece si fa riferimento a un veicolo concepito per funzionare con un solo carburante per volta, dotato di un serbatoio metano e, separato, un serbatoio benzina avente una capacità superiore a 15 litri.

Per i veicoli bifuel si fa l’ipotesi che consumino soltanto metano, in modo tale che i consumi di carburante siano imputabili soltanto all’utilizzo di CNG.

Di seguito è presentato un istogramma che riassume la ripartizione dei veicoli per le varie categorie e per le due società.

Figura 3.2 - Classificazione veicoli per categoria

5 www.Federmetano.it 0 10 20 30 40 50 60

Caso A Caso B Caso C

54 3.1.2 Produzione rifiuti

Per il calcolo dei consumi di carburante dei vari mezzi per la raccolta dei rifiuti urbani si è presa visione della produzione dei rifiuti nella provincia di Pisa. Alcuni veicoli del parco macchine vengono utilizzati solo nei mesi in cui la produzione dei rifiuti aumenta, ovvero nei mesi primaverili ed estivi, per poi diminuire nei mesi invernali. Questo andamento è rispettato per molti comuni italiani. Dalla Figura 3.3 si può vedere come l’andamento della produzione dei rifiuti a Pisa cresca nei mesi estivi per poi avere una flessione nei mesi invernali.

Figura 3.3 - Andamento mensile produzione rifiuti 2018 Pisa6

La gestione dei rifiuti urbani del comune è concessa a due società, una che si occupa della raccolta differenziata porta a porta (PaP) per le utenze domestiche e per le utenze commerciali, l’altra della raccolta dell’indifferenziato PaP per le utenze domestiche e commerciali, inoltre quest’ultima società svolge il servizio di spazzamento per il Comune e ha inoltre il compito di raccogliere i rifiuti nelle aree a verde pubbliche e di svuotare i cestini porta carte.

Sono state fatte delle ipotesi sulla gestione dei rifiuti e sullo spazzamento stradale per il calcolo dei consumi dei veicoli:

• La raccolta PaP viene effettuata dal lunedì alla domenica, con giorni specifici per i diversi tipi di rifiuto;

• Per semplicità anche lo spazzamento e la pulizia delle aree verdi vengono eseguiti dal lunedì alla domenica.

6 http://www.geofor.it/index.php?id=dati_differenziata 1500000 2000000 2500000 3000000 3500000 4000000 4500000 5000000 5500000 6000000 6500000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Qu an tit à [kg] Mesi

55 3.1.3 Consumo di metano

Si procede ora al calcolo dei consumi di CNG equivalente di ciascuno dei mezzi di trasporto appartenente alle varie categorie, per questo tipo di analisi si sono fatte le seguenti ipotesi:

• Conversione dei consumi di gasolio e benzina in consumo di CNG equivalente a parità di energia per km percorsi;

• Tutti i veicoli dell’intero parco macchine possano essere alimentati a metano. • Qualora dai dati forniti dalle aziende si evinca che un veicolo lavori soltanto

una parte dell’anno, questa la si fa coincidere con i mesi in cui la produzione dei rifiuti aumenta.

Come primo passo si è dovuto calcolare il consumo di gasolio o benzina per ciascun veicolo:

• Per quei veicoli i cui dati erano disponibili si è calcolato il consumo reale di gasolio o benzina dai dati forniti dall’azienda che gestisce la raccolta di rifiuti urbani.

• Per i veicoli appartenenti alla categoria A i cui consumi reali di gasolio e benzina non erano disponibili per mancanza di dati, e quindi non si è potuto procedere alla conversione in consumo di CNG, si sono presi i consumi di CNG presenti in letteratura dei modelli sul mercato.

• Per i mezzi di trasporto della categoria B si sono presi i consumi presenti in letteratura dei modelli equivalenti a metano presenti sul mercato.

• Per i veicoli della categoria C invece si è fatta un’analogia con i consumi dei mezzi delle altre case costruttrici che producono veicoli per la pulizia delle aree urbane a CNG. Si è ipotizzato che veicoli con lo stesso peso hanno lo stesso consumo di carburante e la stessa capacità del serbatoio.

Per il calcolo del consumo equivalente di metano si è fatto riferimento ai dati forniti dalle due aziende, le quali hanno fornito per ogni veicolo i litri di diesel e/o benzina consumati nel 2018 e i mesi di utilizzo del mezzo. Si è proceduto come di seguito: 1. Dapprima si è dovuto calcolare i kg di metano equivalente, e per ogni veicolo i

passaggi sono stati:

- Calcolo dei kg di combustibile fossile all’anno;

- Calcolo dei kWh di combustibile all’anno tramite P.C.I. del gasolio e/o benzina;

56 - Calcolo dei kg di metano, a parità di energia (kWh/year), tramite P.C.I. del

metano.

Per i valori di densità e P.C.I. dei vari combustibili si rimanda alla Tabella 3.1.

Tabella 3.1 – Tabella densità e P.C.I dei vari combustibili DENSITA’

[kg/L]

P.C.I. [kcal/kg]7 P.C.I. [kWh/kg]

DIESEL 0,835 10200 11,85

BENZINA 0,72 10500 12,20

METANO 11946 13,88

2. In seguito, si è calcolato il consumo equivalente di metano per ogni veicolo del parco macchine.

Per quei mezzi i cui dati permettevano il calcolo del consumo di diesel e/o benzina reale si è proceduto come di seguito:

- Calcolo dell’energia consumata da diesel o benzina per km percorso dal mezzo mediante P.C.I del combustibile fossile;

- A parità di energia consumata per km percorso (kWh/km), si è calcolato il consumo di metano in kg/km tramite il P.C.I. dello stesso;

Si ricorda che qualora non fosse possibile il calcolo del consumo equivalente di CNG a partire dal consumo reale di combustibile fossile, si prende in considerazione il consumo medio di metano fornito dalle case costruttrici.

3. L’ultimo step di questa analisi è il calcolo dei rifornimenti di metano di ogni veicolo. Si è preceduto, come di seguito descritto, al calcolo dei rifornimenti e della quantità di metano rifornito:

- Calcolo dei kg di metano consumati quotidianamente (kg/day) in base ai giorni di utilizzo di ogni veicolo;

- Calcolo dei km percorsi al giorno (km/day) mediante il consumo di metano calcolato o preso dalla casa costruttrice;

- Calcolo dell’autonomia del mezzo (km) in base al suo serbatoio e al suo consumo di metano;

- Computo di ogni quanti giorni il mezzo effettua rifornimento di metano in base alla sua autonomia.

A proposito di quest’ultimo step di analisi sono state fatte delle ipotesi, ovvero:

57 - La capacità del serbatoio è stata presa dai dati forniti dalle case costruttrici; - Ogni mezzo va a fare rifornimento quando la capacità del serbatoio è al 10 %; - Ogni volta che il veicolo fa rifornimento viene fatto il pieno della capacità del

serbatoio;

- Il primo giorno di rifornimento dell’anno è stato scelto in maniera casuale, infatti si è ipotizzato di avere nel serbatoio del veicolo ancora una quantità di metano dell’anno precedente, variabile dallo 0% al 100%, in modo tale che non tutti i veicoli facciano il primo rifornimento lo stesso giorno e che quindi questo poi vada a sovradimensionare il volume di accumulo del metano.

Una volta calcolati i giorni in cui ogni veicolo fa rifornimento, si è stimato il consumo di metano giornaliero totale richiesto dai due parchi macchine.

La domanda di metano giornaliera è rappresentata in Figura 3.6.

Figura 3.4 - Domanda giornaliera dei consumi di metano del parco macchine

Dalla Figura 3.6 si nota come, in accordo con la produzione di rifiuti, il maggiore consumo di biocarburante lo si ha nei mesi primaverili ed estivi.

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Capitolo 4 SIMULAZIONI DI PROCESSO

In questo Capitolo vengono presentati i risultati delle simulazioni di processo relative alle gestioni energetiche dell’impianto, rispettivamente inseguimento elettrico, inseguimento termico e inseguimento della domanda di biocarburante del parco macchine.Per ognuna di esse viene calcolato un F ottimale in modo tale che l’impianto segua il comportamento richiesto. Le simulazioni sono state condotte mediante l’utilizzo del software MATLAB®. I risultati ottenuti saranno utili in seguito nel

Capitolo 5, in cui verrà sviluppata una valutazione economica per confrontare i vari scenari proposti.