3. Diagnosi energetica negli impianti di trattamento dei rifiuti
3.4 Indicatori prestazionali relativi alle produzioni
La diagnosi energetica ha lo scopo fondamentale di monitorare i consumi energetici all’interno degli impianti. In secondo piano, ma non meno importanti, possono essere monitorate anche le produzioni in un’ottica di avere un quadro il più completo possibile della bontà di gestione dell’impianto dal punto di vista energetico. Di seguito perciò vengono riportati alcuni indicatori prestazionali generali e specifici relativi alle produzioni negli impianti di trattamento dei rifiuti; tra queste possono rientrare la produzione e/o recupero di materia come compost, CSS o biogas, nonché la produzione di energia elettrica e/o termica.
E’ importante evidenziare che nel caso del vettore energetico biogas, le cui caratteristiche di “produzione” e il suo PCI, risultano fortemente influenzate da diversi fattori quali la tipologia di rifiuti trattati, la tecnologia di trattamento adottata, le condizioni operative, la vetustà dell’impianto, ecc. che fanno sì che i quantitativi disponibili e il relativo contenuto energetico risultino fortemente variabili.
In questo caso, ai fini dell’effettuazione di un’analisi di settore o di confronti prestazionali tra diversi impianti, occorre fare riferimento al contenuto energetico del biogas (espresso in tep)
piuttosto che ai rispettivi quantitativi in volume (espressi in kNm3).
Per tale motivo vengono definiti i seguenti parametri:
Contenuto energetico del biogas [tep] = Qbiogas [kNm3] x PCIbiogas [kWh/Nm3] x 0,086;
prodotto tra il quantitativo di biogas reso disponibile (prodotto/estratto) nel periodo di riferimento e il relativo PCI medio.
Contenuto energetico del biogas a produzione energia [tep] = Qbiogas a p.e. [kNm3] x
PCIbiogas [kWh/Nm3] x 0,086; prodotto tra il quantitativo di biogas inviato a motori/turbine
per la produzione di energia (elettrica+termica), nonché a eventuali altre apparecchiature di produzione energia (es.: caldaie).
Contenuto energetico del biogas a recupero energetico [tep] = (Qbiogas a p.e.[kNm3] x
PCIbiogas [kWh/Nm3] + Qbioga a p.bm. [kNm3] x PCIbiogas [kWh/Nm3]) x 0,086; contenuto
energetico del biogas inviato a produzione di energia a cui va sommato il contenuto energetico del biogas eventualmente destinato alla produzione di biometano.
Contenuto energetico del biogas a torcia/perdite [tep] = Qbiogas a torcia [kNm3] x PCIbiogas
[kWh/Nm3] x 0,086; prodotto tra il quantitativo di biogas non utilizzato nel periodo di
riferimento e il relativo PCI medio.
Recupero energetico utile [tep] = (E.E.exp [MWh] x 0,187 + E.T.exp [MWh] x 0,095) +
energia (elettrica + termica) a cui va sommato il contenuto energetico dell’eventuale biometano immesso in rete, in cui:
E.E.exp = energia elettrica netta esportata (ceduta alla rete) [MWh];
E.T.exp = energia termica utile esportata [MWh];
Qbiometano = quantitativo di biometano immesso in rete, espresso in kNm3;
PCIbiometano = PCI medio del biometano, espresso in kWh/Nm3.
3.4.1 Indicatori prestazionali generali relativi alle produzioni/recupero di materia
Tutte le tipologie di impianti di trattamento rifiuti presi in esame possono presentare in uscita flussi di materiali, siano essi rifiuti o meno, che sono suscettibili di riutilizzo come materia prima seconda o come combustibile per la produzione di energia.
É possibile definire quindi degli indicatori prestazionali generali di “produzione”, riferiti alla destinazione d’uso generale e quindi alle tonnellate di rifiuti trattati o smaltiti nel periodo di riferimento.
Gli Indici prestazionali generali sono quindi riportati nelle tabelle sottostanti esaminati per tipologia di impianto di trattamento:
Tabella 20: Indicatori prestazionali generali delle produzioni per le attività principali
Tipologia Impianto di Trattamento rifiuti Ipgpap Unità Misura
Selezione post RD Quantitativo di materiali recuperati/Quantitativo di
rifiuti post RD trattati t/t
Compostaggio Quantitativo di compost prodotto/Quantitativo di rifiuti
organici trattati t/t
Digestione anaerobica
Quantitativo di biogas prodotto/Quantitativo rifiuti
organici trattati Nm
3/t
Contenuto energetico del biogas prodotto/Quantitativo
rifiuti organici trattati tep/t
Quantitativo di compost prodotto/Quantitativo di rifiuti
organici trattati t/t
Recupero energetico utile(1)/Quantitativo di rifiuti
organici trattati tep/t
TMB a flusso separato Quantitativo CSS prodotto/Quantitativo di rifiuti trattati t/t
TMB a flusso unico Quantitativo CSS prodotto/Quantitativo di rifiuti trattati t/t
Discarica controllata
Quantitativo di biogas estratto/Quantitativo di rifiuti
smaltiti Nm
3/t
Contenuto energetico biogas estratto/Quantitativo rifiuti
smaltiti tep/t
Recupero energetico utile(1)/Quantitativo di rifiuti
smaltiti tep/t
(1) Produzione netta combinata di energia (elettrica + termica) + contenuto energetico biometano immesso in rete [tep] = (E.E.exp [MWh] x 0,187 + E.T.exp [MWh] x 0,095) + Qbiometano [kNm3] x PCIbiometano [kWh/Nm3] x 0,086.
3.4.2 Indicatori prestazionali specifici relativi alle produzioni/recupero di materia
In analogia quanto affermato in merito alla destinazione d’uso generale (t di rifiuti trattati o smaltiti), possono essere definiti anche degli indicatori specifici, quindi riferiti alla destinazione d’uso specifica, per le varie tipologie di impianti di trattamento. Nelle tabelle che vanno dalla 21 alla 25 vengono definiti alcuni indicatori specifici per le 5 tipologie di impianto di
trattamento rifiuti presi in esame e relativi alla “produzione” intesa come recupero di materia e/o produzione di energia (elettrica + termica).
Tabella 21: Indicatori prestazionali specifici di produzione delle attività principali per impianto di selezione post RD
Attività Principali Ipspap Unità Misura
Recupero dei materiali /Smaltimento scarti
Quantitativo materiali recuperati /Quantitativo
di rifiuti trattati t/t (%)
Tabella 22: Indicatori prestazionali specifici di produzione delle attività principali per impianto di compostaggio
Attività Principali Ipspap Unità Misura
Trattamento aerobico /Produzione compost
Quantitativo di compost prodotto/Quantitativo
di rifiuti organici trattati t/t (%)
Tabella 23: Indicatori prestazionali specifici di produzione delle attività principali per impianto di digestione anaerobica
Attività Principali Ipspap Unità Misura
Stadio di digestione
Quantitativo biogas prodotto/Quantitativo di
rifiuti organici trattati Nm
3/t
Contenuto energetico biogas
prodotto/Quantitativo rifiuti organici trattati tep/t
Trattamento aerobico /Produzione compost
Quantitativo di compost prodotto/Quantitativo
di digestato trattato t/tdigestato
Unità di recupero energetico
Quantitativo biogas a recupero
energetico(1)/Quantitativo biogas prodotto Nm3/Nm3 (%)
Energia totale (E.E.+E.T.) prodotta/Contenuto
energetico(2) del biogas a p.e. tep/tepbiogas a p.e. (%)
Contenuto energetico biometano
prodotto/Contenuto energetico biogas trattato(3) tep/tepbiogas trattato (%)
(1) Biogas a recupero energetico = biogas a produzione energia (E.E.+E.T.) + biogas a produzione biometano. (2) Contenuto energetico biogas a produzione di energia = Qbiogas a p.e.[kNm3] x PCIbiogas [kWh/Nm3] x 0,086
Qbiogas a p.e = quantitativo di biogas a produzione energia;
PCIbiogas = potere calorifico inferiore del biogas.
(3) Ai fini della produzione di biometano.
Tabella 24: Indicatori prestazionali specifici di produzione delle attività principali per impianto TMB
Attività Principali Ipspap Unità Misura
Raffinazione/Produzione CSS a flusso separato
Quantitativo CSS prodotto/Quantitativo secco
trattato t/tsecco (%)
Raffinazione/Produzione CSS a flusso unico
Quantitativo CSS prodotto/Quantitativo
bioessiccato trattato t/tbioessiccato (%)
Tabella 25: Indicatori prestazionali specifici di produzione delle attività principali per discarica controllata
Attività Principali Ipspap Unità Misura
Coltivazione discarica
Quantitativo biogas estratto/Quantitativo rifiuti
smaltiti Nm
3/t
Contenuto energetico biogas
estratto/Quantitativo rifiuti smaltiti tep/t
Unità di recupero energetico
Biogas a recupero energetico(1)/Quantitativo di
biogas estratto Nm
3/Nm3 (%)
Energia totale (E.E.+E.T.) prodotta/Contenuto
energetico(2) del biogas a p.e. tep/tepbiogas a p.e(%)
Contenuto energetico biometano
prodotto/Contenuto energetico biogas trattato(3) tep/tepbiogas trattato (%)
(1) Biogas a recupero energetico = biogas a produzione energia (E.E.+E.T.) + biogas a produzione biometano. (2) Contenuto energetico biogas = Qbiogas a p.e.[kNm3] x PCIbiogas [kWh/Nm3] x 0,086;
Qbiogas a p.e = quantitativo di biogas a produzione energia, a condizioni normali;
PCIbiogas = potere calorifico inferiore del biogas;
(3) Ai fini della produzione di biometano.
Si sottolinea il fatto che gli indicatori prestazionali relativi alla produzione di energia elettrica e/o termica tramite l’impiego di biogas prodotto dalla digestione anaerobica oppure estratto nella discarica controllata riportati nelle tabelle 23 e 25 costituiscono di fatto un rendimento percentuale (lordo o netto a seconda che si prenda in esame l’energia prodotta o quella netta
esportata/immessa in rete) nel quale al denominatore compare il solo contenuto energetico del biogas, non considerando quindi contributo di un eventuale combustibile ausiliario utilizzato, di norma piuttosto limitato.
È consigliabile affiancare agli indicatori sopra definiti, altri indicatori, individuati anche tenendo conto del(i) combustibile(i) ausiliari(o) eventualmente utilizzato(i) nel ciclo di produzione di energia, a integrazione del contenuto energetico del biogas.
In quest’ottica un indicatore prestazionale potrebbe essere quello definito dal rapporto tra l’energia primaria resa (sotto forma di produzione di energia elettrica e/o termica) e il totale complessivo di energia associata sia al biogas, che costituisce l’apporto energetico di gran lunga predominante, sia ai vettori energetici in ingresso all’impianto (energia elettrica, combustibili, ecc.).
In pratica l’indicatore prestazionale generale Ipgp(e.e.+e.t.)[16](adimensionale) sarebbe:
Ippg(e.e.+e.t.) = (E.E.exp [MWh] x 0,187 + E.T.exp [MWh] x 0,095) / Σi E.C.ing imp [tep] (3.1)
in cui:
E.E.exp = energia elettrica netta esportata (ceduta alla rete) [MWh]
E.T.exp = energia termica utile esportata [MWh]
E.C.ing imp = energia associata ai vettori energetici in ingresso all’impianto e al contenuto
energetico del biogas [tep].
Al denominatore si dovrà tenere conto del contributo in energia primaria di tutti i vettori energetici (energia elettrica, combustibili fossili, ecc.) in ingresso all’impianto e del contenuto
energetico del biogas, che costituisce la componente predominate. Tale termine dovrà essere
espresso in tep, mediante l’impiego di opportuni fattori di conversione.
In presenza di produzione di biometano gli indicatori relativi alla produzione netta di energia (elettrica+termica) possono essere incrementati al numeratore del contenuto energetico del quantitativo di biometano immesso in rete, dato dalla seguente espressione:
Contenuto energetico biometano immesso in rete [tep] = Qbiometano in rete [kNm3] x PCIbiometano
[kWh/Nm3] x 0,086;
dove:
[16] In pratica si verrebbe ad adottare un approccio analogo a quello già impiegato nella definizione della cosiddetta
“Formula R1” per l’incenerimento di cui alla Direttiva 2008/98/CE, adottando dei coefficienti di conversione in energia primaria riferiti al contesto nazionale. In particolare per quanto riguarda l’energia termica il coefficiente di conversione nella formula (3.1) è stato ricavato assumendo un rendimento convenzionale del generatore di vapore pari a 0,9.
Qbiometano in rete = quantitativo di biometano immesso in rete nel periodo di riferimento della
diagnosi energetica, espresso in kNm3.
PCIbiometano = potere calorifico inferiore medio del biometano immesso in rete nello stesso arco
di tempo, riferito alle condizioni normali, espresso in kWh/Nm3.