Efficienza energetica e prospettive per l industria Lo scenario: i consumi energetici e le applicazioni

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Efficienza energetica e prospettive per l’industria

Lo scenario: i consumi energetici e le applicazioni

Prof. Stefano Campanari

Dipartimento di Energia, Politecnico di Milano stefano.campanari@polimi.it

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Lo scenario di riferimento tra obiettivi e livelli conseguiti

Strumenti per l’efficienza energetica: i certificati bianchi (TEE)

Il meccanismo dei TEE e quadro normativo di riferimento

Risultati conseguiti e attesi

Contenuti della presentazione

Stefano Campanari – Milano, 23 gennaio 2015

Le opportunità della Cogenerazione ad Alto Rendimento (CAR)

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Lo scenario - tra obiettivi e livelli conseguiti

I (noti) obiettivi del Consiglio Europeo, implementati dal pacchetto “clima-energia” del dicembre 2008, prevedono di raggiungere entro l’anno 2020:

la riduzione delle emissioni di gas a effetto serra di almeno il 20% rispetto al 1990;

una quota del 20% di energie rinnovabili sul totale dei consumi energetici lordi, con un contributo minimo del 10% di biocarburanti nel settore autotrazione; obiettivi poi definiti per ogni Paese dalla direttiva 2009/28/EC.

risparmio dei consumi energetici UE del 20% (obiettivo implicito nei precedenti).

L’Italia ha raggiunto i livelli di quota delle energie rinnovabili previsti, in particolare sul fronte elettrico¹, sebbene con elevati costi legati ai meccanismi di incentivazione.

Diversi studi mostrano come la riduzione di emissioni di CO₂ ottenuta tramite risparmio energetico sia tendenzialmente meno costosa (€/t_CO2) – anzi generi guadagni netti rilevanti - rispetto a quanto ottenuto aumentando la produzione da rinnovabili

Da qui l’importanza e le opportunità delle soluzioni per l’efficienza energetica

1 dati provvisori Terna per il 2014: insieme le fonti rinnovabili coprono circa il 37,5% della domanda

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Costo rinnovabili in bolletta (componente A3)

8.000 8.500 9.000 9.500 10.000 10.500 11.000 11.500 12.000 12.500 13.000

[Milioni di euro]

Costo degli strumenti di incentivazione dell'energia elettrica prodotta da fonti rinnovabili

Nuovi strumenti incentivanti altre FER Incentivi per fotovoltaico

Tariffa fissa onnicomprensiva l. n. 244/07 Certificati verdi

Cip 6 (solo fonti rinnovabili)

0 500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000 4.500 5.000 5.500 6.000 6.500 7.000 7.500 8.000

2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

[Milioni di euro]

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Recepisce la Direttiva 2012/27/UE sull’efficienza energetica: obiettivo nazionale di risparmio energetico è la riduzione, entro il 2020, di 20 milioni di tonnellate equivalenti di petrolio* dei consumi di energia primaria.

Decreto sull’efficienza energetica

(N°102 - 4 Luglio 2014)

In relazione a tali obiettivi il Decreto prevede

l’obbligo di diagnosi energetica (audit) per le

*Pari a 15,5 milioni di tonnellate equivalenti di petrolio (tep) di energia finale,

conteggiati dal 2010, in coerenza con la Strategia Energetica Nazionale (SEN - marzo 2013).

Fonte:

Strategia Energetica Nazionale, marzo 2013 energetica (audit) per le

grandi imprese e per le imprese ad elevato consumo energetico.

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Il meccanismo dei TEE: obiettivi annuali

Gli strumenti per raggiungere gli obiettivi di efficienza energetica sono demandati ai vari Stati membri (es. detrazioni fiscali, obblighi su commercializzazione di beni, classificazioni energetiche, etichettature ecc.) ad eccezione dei titoli di efficienza energetica (TEE, detti anche certificati bianchi, CB) introdotti obbligatoriamente nei vari Stati.

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I TEE : DM 20 Luglio 2004 e DM 28 Dicembre 2012

Obiettivi ripartiti tra i distributori di EE e gas (soggetti obbligati con >50000 clienti finali) sulla base del rapporto tra la quantità di EE/gas distribuita dal

singolo distributore e quella complessiva sul territorio nazionale, entrambe riferite all’anno precedente

I distributori possono realizzare direttamente i progetti di risparmio energetico o soddisfare gli obblighi a loro carico acquistando da terzi i “TEE” attestanti i

risparmi energetici conseguiti da altri soggetti: altri distributori o “soggetti volontari” :

società terze operanti nel settore dei servizi energetici (ESCO),

soggetti (quali le industrie) con Energy Manager obbligatorio* o volontario,

aziende dotate di sistema di gestione dell’energia ISO 50001

*Consumi oltre 10.000 tep/anno per il settore industriale e 1.000 tep/anno per gli altri settori – un tep corrisponde a circa 5.350 kWhe, 11.600 kWht e 1.200 m3 di gas

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Esempi di interventi a consuntivo in ambito industriale

Complete ristrutturazioni impiantistiche che, modificando il processo produttivo, conseguono una riduzione dei fabbisogni energetici

Sostituzione di bruciatori, forni e sistemi di combustione in genere

Sostituzione di motori elettrici di grandi dimensioni

Applicazione di inverter a motori, pompe, compressori

Produzione di calore da rinnovabili, principalmente biomasse e oli vegetali

Recuperi di calore e di freddo

Sistemi di cogenerazione per usi di processo.

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Ripartizione TEE per settori di intervento

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TEE emessi nel settore industriale

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TEE da generazione/recupero del calore (settore industriale)

anno 2013 (dati GSE)

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Andamento prezzi di borsa dei TEE

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Le opportunità della Cogenerazione: definizione

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Produzione combinata di energia elettrica e calore (combined heat and power , CHP), entrambi intesi come effetti utili.

Può essere effettuata utilizzando un “motore” (es. a combustione interna a pistoni, a turbina a gas, a turbina a vapore….) che genera energia elettrica, dal quale si recupera anche calore altrimenti disperso.

Il “motore” a seconda delle tipologie può essere alimentato con combustibili Il “motore” a seconda delle tipologie può essere alimentato con combustibili fossili (gas naturale, oli combustibili) o mediante biocombustibili rinnovabili (biogas, biocombustibili liquidi) o di risulta (RSU e derivati).

Combustibile 100

Motore

Energia elettrica 35

Recupero termico 55

Rendimento Totale 90%

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Vantaggio energetico della cogenerazione

14

Combustibile

E_c

Energia elettrica

EE

Centrale elettrica

Combustibile

E_c,e

Caso cogenerativo

Caso base, produzione separata

E

_e

Perdite

E_c

Impianto cogenerativo

Calore

Perdite

E

_t

Caldaia

Combustibile

E_c,t

Si ottiene un vantaggio quando il consumo (Ec) nel caso cogenerativo è minore dei consumi di base (E_c,e+E_c,t), a parità di effetti utili (E_e e E_t) per l’utente finale

Il vantaggio di consumo è espresso in percentuale tramite l’indice ‘Primary Energy Saving’ (PES)

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Vantaggi della cogenerazione

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Vantaggi per il sistema elettrico e per il Paese:

Risparmio energetico : vantaggi per la bilancia dei pagamenti, diminuisce la dipendenza dall’estero (minore importazione combustibili fossili)

Contenimento emissioni inquinanti (con generatori puliti) e CO2

Riduzione del sovraccarico delle linee di trasmissione, possibile aumento di affidabilità del sistema elettrico

aumento di affidabilità del sistema elettrico

Riduzione perdite di trasmissione e distribuzione

Si evita la costruzione di nuove grandi centrali / di nuove linee di trasmissione

Favorisce ingresso nuovi operatori / liberalizzazione settore energetico

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Vantaggi della cogenerazione

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Vantaggi per l’utente:

Benefici economici : risparmio sulle bollette energetiche (su questo tema, ruolo fondamentale degli incentivi)

Maggiore sicurezza negli approvvigionamenti elettrici (possibilità di funzionare anche “in isola” a fronte di black-out)

Funzionamento in “Peakshaving” per far fronte ad elevate richieste di

Funzionamento in “Peakshaving” per far fronte ad elevate richieste di potenza per periodi di tempo limitato, per “Power quality” per garantire tensione e frequenza costante a salvaguardia di un processo produttivo

Possibilità di acquisizione dei titoli di efficienza energetica (TEE) o certificati bianchi (CB), in base al risparmio energetico conseguito

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Limiti della cogenerazione

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Preferibile contemporaneità della richiesta di energia elettrica e termica, salvo utilizzo accumuli di calore (es. serbatoi acqua calda), buona vicinanza tra

produzione e utilizzo, inoltre il livello termico a cui è richiesto il calore deve essere compatibile con il tipo di cogeneratore scelto

Maggiori costi iniziali rispetto ai sistemi tradizionali (incluse barriere non tecniche come costi burocratici, autorizzativi, fiscali), gestione più complessa dell’impianto

Parte di queste problematiche vengono risolte affidando il servizio di installazione e gestione di un impianto cogenerativo ad una ESCO (Energy Service Company)

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Cogenerazione fino a 10 MW: situazione italiana

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(Analisi AEEG, 2013, rif. anno 2011)

Crescita notevole delle installazioni, in particolare <1 MW

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Classificazione e Direttiva UE

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La Direttiva Europea sulla cogenerazione^[1]definisce:

“micro-cogeneration” tutte le applicazioni con potenza elettrica installata inferiore a 50 kW_el; “small-scale cogeneration” le applicazioni con P_el < 1 MW_el ^; infine

“large-scale cogeneration” oltre 1 MW_el

Si considerano “high efficiency cogeneration” (UE) o Cogenerazione ad Alto

Rendimento (CAR) le installazioni con Indice di risparmio energetico PES > 10%, con l’eccezione di impianti di piccola taglia (P^el < 1 MW^el), dove è richiesto PES>0.

con l’eccezione di impianti di piccola taglia (P^el < 1 MW^el), dove è richiesto PES>0.

Gli impianti “high efficiency” sono soggetti ad incentivazioni che devono essere fissate dagli stati membri.

[1] Direttiva 2004/8/EC, recepita in Italia con Dlg n° 20 del 08/02/07 e d.m. 4/8/2011 e 5/9/2011. Successivo aggiornamento con Direttiva 2012/27/EC “Energy efficiency”, L315/1, 2012

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Normativa ed incentivi

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l’impianto acquisisce, come gli impianti a fonte rinnovabile, diritto alla priorità di dispacciamento (possibilità di vedersi ritirare dal GSE

l’eventuale energia elettrica cedibile alla rete con priorità rispetto agli altri impianti di generazione, ad ogni ora del giorno e della notte)

tuttavia la valorizzazione della EE ceduta alla rete avviene a prezzi non molto remunerativi (

schema generale del Ritiro Dedicato – RID per potenze fino a 10MVA - Delibera AEEG N°34/05 e successive)

⇒ conviene massimizzare l’autoconsumo

Delibera AEEG N°34/05 e successive)

⇒ conviene massimizzare l’autoconsumo

la legislazione più recente (

DLGS 20/07 e successivi

) dà vantaggi agli impianti di cogenerazione ad alta efficienza sotto ai 200 kWe con «scambio sul

posto» (SSP) che migliora le condizioni economiche di allaccio alla rete

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Noi ci crediamo: il Laboratorio di Micro-cogenerazione

₂₁

The Laboratory of Micro-cogeneration (LMC) is a test facility for:

• Cogeneration and Tri-generation units up to 100 kWel

• Absorption chillers, heat pumps, boilers

• Hydrogen generators (focus on fuel processing)

Activities within specific research

contracts funded by industries / by EU research programs

Main objectives are:

• Test of performances and emissions

• Optimization of control techniques

• Development of innovative micro- CHP systems and components

• Simulation of grid connected and island mode operation

The building at POLIMI, Bovisa Campus

research programs

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Grazie per l’attenzione

http://www.energia.polimi.it/ - http://www.gecos.polimi.it/

stefano.campanari@polimi.it