Il carico, attualmente, viene soddisfatto dalla centrale descritta in questo capitolo. Prendendo in considerazione il profilo in Figura 5.4 il funzionamento della centrale di produzione avviene nel seguente modo.
Nelle ore notturne, il carico di base è soddisfatto dai motori che producono più energia termica rispetto alla richiesta per provvedere al riempimento degli accumulatori. Dopo le sei del mattino la richiesta comincia a salire fino ad arrivare al picco verso le 8 qui il carico è coperto dai motori, dagli accumulatori e la restante parte dalla pompa di calore e dalle caldaie di integrazione. Nella restante parte della giornata la copertura della richiesta avviene nello stesso modo, sempre utilizzando l’energia presente negli accumulatori come priorità rispetto a pompa di calore e caldaie fino a che vengono svuotati.
In Figura 5.7 è riportato qualitativamente l’esempio del profilo di un carico giornaliero nel mese di gennaio con la copertura della richiesta da parte delle diverse componenti. La linea blu rappresenta il carico giornaliero mentre la linea rossa, è la potenza erogabile dai quattro motori più la pompa di calore, circa 16,5 MW. Si vede come nelle ore notturne i motori producono più energia termica rispetto alla richiesta per provvedere alla carica degli accumulatori (area blu nella Figura 5.7). L’area arancione rappresenta l’energia immessa in rete dalla scarica degli accumulatori, mentre quella rossa l’apporto dato dalle caldaie.
Utilizzando un foglio di calcolo Excel, sapendo il carico ora per ora durante il corso dell’anno e utilizzando la logica di funzionamento descritta si è calcolata la produzione delle singole componenti della centrale di cogenerazione.
Il funzionamento dei motori avviene seguendo il carico termico oppure a pieno carico producendo il massimo di energia elettrica. La logica utilizzata varia al variare delle tariffe dell’energia elettrica e del gas che variano durante il corso dell’anno. Il costo dell’energia elettrica varia addirittura durante il corso della giornata e presenta tre fasce di prezzo [23]:
F1(ore di punta): dalle 8:00 alle 19:00 dal lunedì al venerdì;
F2 (ore intermedie): dalle 7:00 alle 8:00 e dalle 19:00 alle 23:00 dal lunedì al venerdì e dalle 7:00 alle 23:00 del sabato;
F3 (ore fuori punta): dalle 00:00 alle 7:00 e dalle 23:00 alle 24:00 dal lunedì al sabato e tutte le ore della domenica e dei giorni 1 e 6 gennaio; lunedì dell’Angelo; 25 aprile; 1° maggio; 2 giugno; 15 agosto; 1° novembre; 8, 25, e 26 dicembre.
Tuttavia la diminuzione del costo dell’energia elettrica nel corso degli ultimi anni ha fatto si che il funzionamento a carico parziale sia il più vantaggioso.
Un'altra logica è quella di saturare la produzione di ogni singolo motore prima di farne funzionare un altro in quanto ai carichi parziali i rendimenti sia termico che elettrico diminuiscono. La produzione di energia termica utile che si riesce a recuperare da ogni singolo motore è di 3250 kW per una potenza totale di 13000 kW disponibili per il teleriscaldamento considerando i quattro motori. I 4,5 MW erogabili dai sei accumulatori e i 14 MW divisi nelle due caldaie permettono di arrivare a un picco di potenza di circa 35 MW.
Per fare un calcolo il più preciso possibile, si è scritto un programma, che “cicla” su tutte le ore dell’anno, sfruttando il codice Visual Basic di Excel per riuscire a considerare tutti i vincoli di funzionamento e per avere una copertura del carico che massimizzi il guadagno. Da questa simulazione si è stimata la copertura del carico da parte di tutte le componenti.
In Tabella 5.2 sono riportati i dati della produzione di energia da parte delle varie componenti della centrale. La produzione sommata di motori, caldaie e pompa di calore di ogni mese copre la richiesta termica riportata in Tabella 5.1. La produzione elettrica è divisa nelle tre fasce orarie descritte in precedenza ed è interamente generata dai motori.
Sommando l’intera produzione di energia termica si ha il valore di richiesta, trovata nel paragrafo precedente, di 54.098,177 MWh.
Tabella 5.2 - Dati della produzione di energia termica ed elettrica durante l'anno.
Energia termica Energia elettrica Motori kWh Caldaie kWh Pompa kWh F1 kWh F2 kWh F3 kWh Gennaio 8219793 391655 616276 3107263 1886785 2985474 Febbraio 7146810 233068 450579 2582296 1692802 2662805 Marzo 5348342 4002 0 1740540 1383044 2068422 Aprile 3410587 0 0 1327966 771458 1211469 Maggio 2177484 0 0 730406 539908 843521 Giugno 2060851 0 0 696405 460502 843704 Luglio 2029454 0 0 716330 467082 786719 Agosto 2029454 0 0 807149 526300 886461 Settembre 2012668 0 0 706277 466717 780843 Ottobre 3134524 0 0 1251437 686201 1105262 Novembre 5892987 18080 54590 1926565 1479779 2314386 Dicembre 8048775 314646 503553 3027863 1851678 2933962 TOT 51511729 961451 1624998 18620498 12212255 19423028
La ripartizione della produzione di calore si osserva meglio nel grafico di Figura 5.8 dove con un istogramma si vede la produzione di ogni mese divisa nella produzione da motori, caldaie e pompa di calore. La maggior parte dell’energia termica viene dalla produzione dei motori che tiene conto anche del calore necessario per riempire gli accumulatori. Pompa di calore e caldaie entrano in gioco quando si devono coprire carichi più elevati, ovvero quando la potenza combinata di motori e accumulatori non basta. La pompa di calore diventa competitiva quando riesce a sfruttare il calore recuperato da tutti e quattro i motori perché in questo caso il COP è superiore a quattro, altrimenti con il calore di meno motori il COP diminuisce di molto; recuperando il calore di un solo motore il COP è solamente 1,6. Lo sfruttamento delle caldaie è piuttosto basso, tuttavia oltre alla funzione di coprire i picchi di richiesta queste devono sopperire ad un eventuale guasto dei motori ed è per questo motivo che la potenza installata delle caldaie è paragonabile a quelle dei motori.
Figura 5.8 - Energia termica prodotta durante l’anno divisa nelle unità di produzione relativa al carico attuale. 0 1000000 2000000 3000000 4000000 5000000 6000000 7000000 8000000 9000000 10000000
Copertura carico annuo kWh
Pompa di calore Caldaie Motori
6 Integrazione della centrale a biomassa nel
sistema di teleriscaldamento
6.1 Premessa
La centrale di cogenerazione a biomassa vergine descritta nel capitolo 17 si allaccerà alla rete di teleriscaldamento esistente, si dovrà integrare con la centrale di cogenerazione, descritta nel capitolo 83, per soddisfare il carico termico. Per quanto riguarda la richiesta, l’andamento del profilo rimarrà il medesimo, aumenteranno di poco le perdite con l’aggiunta del nuovo tratto e il valore del carico per l’aggiunta delle nuove utenze. Inoltre, grazie alla nuova centrale, si potrà avere un incremento ulteriore delle utenze oltre agli edifici visti nel capitolo 2.
Un aspetto importante è il fatto che sfruttando un energia rinnovabile si avranno vantaggi dal punto di vista ambientale con una riduzione di elementi inquinanti e di gas serra. Per non avere contraddizioni con questo aspetto la biomassa legnosa sarà reperita il più vicino possibile dalla centrale con distanze di trasporto contenute in un raggio di 30 km e quindi con costi di trasporto ridotti del materiale, per sua natura “povero”, per il quale la componente trasporto gioca un ruolo importante sia dal punto di vista economico sia dal punto di vista di sostenibilità ambientale. Quindi ci si è rivolti a segherie e a ditte boschive limitandosi a considerare come bacino di raccolta la bassa e media Valtellina, da Colico fino alle porte di Sondrio.
La nuova centrale è previsto funzioni tutto l’anno per 8000 ore considerando la restante parte dell’anno libera per la manutenzione.