ESAMI DI STATO PER L’ABILITAZIONE ALLA PROFESSIONE DI INGEGNERE
Seconda sessione – 27 novembre 2007 – Vecchio ordinamento
INGEGNERIA GESTIONALE TEMA N. 2
Un’impresa manifatturiera vuole valutare la possibilità di soddisfare parzialmente i suoi cari- chi elettrici e termici invernali con una microturbina a gas naturale in assetto cogenerativo; la quota rimanente del fabbisogno di energia elettrica e di energia termica continuerebbe ad essere rispettivamente acquistata dalla rete e prodotta da una caldaia.
Il package considerato è il modello TA-100 CHP del costruttore Elliott, schematizzato in figura, che comprende la microturbina più l’unità di recupero termico (Heat Recovery Unit HRU).
Fonte: http://www.elliottmicroturbines.com/cogeneration.html
La tabella 1 mostra le prestazioni nelle condizioni ISO standard di riferimento.
Altri dati: , ,
Quesito A Calcolare:
• la potenza termica recuperata
• il rendimento elettrico
• il rendimento termico
• l’indice di utilizzazione del combustibile
• il rapporto di cogenerazione
• il limite termico
• l’indice di risparmio energetico , sapendo che l’applicazione prevede collega- mento alla rete MT, completo autoconsumo, uso civile del calore (riscaldamento degli ambienti). I valori attualmente in vigore del rendimento elettrico per la produzione separata, secondo le disposizioni dell’Autorità dell’Energia Elettrica e il Gas, sono riportati in tabella 2.
I valori dei parametri , e non sono stati aggiornati rispetto a quelli prece- dentemente in vigore.
Tabella 1:
Grandezza Valore Unità di misura
Potenza elettrica netta 100 kW
Consumo di gas naturale 37.7 Sm3/h
Portata gas combusti 2560 kg/h
Temperatura acqua ingresso HRU 49 °C
Temperatura acqua uscita HRU 60 °C
Temperatura gas di scarico ingresso HRU 293 °C Temperatura gas di scarico uscita HRU 82 °C
W·
V·F m·g
Hi 34600 kJ Sm3 ---
= cp H2O, 4.18 kJ
kg °C ---
= cp g, 1.147 kJ
kg °C ---
=
Q·
ηW ηQ
IU λ
LT
IRE
ηQ
( s)civ ηQ
( s)ind p
Fonte: delibera AEEG n. 296/05 Quesito B
Attualmente l’utenza ha un contratto per la fornitura dell’energia elettrica di tipo multiorario.
Fonte: http://www.energysaving.it/Le%20nuove%20fasce%20orarie%202007.asp Il prezzo medio dell’energia elettrica acquistata dalla rete è
riportato a lato.
Tabella 2:
Fascia Prezzo (€/kWh)
F1 0.155
F2 0.115
F3 0.085
Il costo chiavi in mano del package Elliott TA-100 CHP è .
Il costo del gas naturale è di 0.33 €/Sm3; il costo defiscalizzato è di 0.312 €/Sm3, applicabile alla quota di consumo 0.25 Sm3/kWhe.
Il costo di manutenzione dell’impianto cogenerativo è di 0.015 €/kWhe prodotto; gli altri costi O&M sono uguali con e senza cogenerazione.
La caldaia esistente ha un rendimento . L’impianto è ammortizzabile in 10 anni.
Il tasso di attualizzazione è del 5%.
La tassazione media dell’azienda è del 36%.
Sull’energia elettrica autoconsumata occorre versare l’imposta erariale e l’addizionale provin- ciale, che complessivamente ammontano a 0.015 €/kWh.
Determinare il tempo di ritorno dell’investimento, nell’ipotesi che il cogeneratore funzioni 26 settimane all’anno 24h/24 (numero di ore di funzionamento: ) a pieno carico.
Quesito C
Nella stagione estiva l’utenza necessita di energia frigorifera (acqua refrigerata a 7 °C, restitu- ita a 12 °C) per il condizionamento degli ambienti, attualmente prodotta con una tradizionale macchina frigorifera a compressione di vapore avente un coefficiente di prestazione (rapporto tra la quantità di energia frigorifera prodotta e l’energia elettrica necessaria) COP = 4.5.
In alternativa, il fabbisogno potrebbe essere soddisfatto facendo funzionare la microturbina e inviando i gas combusti in uscita dallo scambiatore rigenerativo a 293 °C ad una macchina fri- gorifera ad assorbimento a doppio effetto, secondo lo schema fornito. La produzione di energia
I = 2000 €/kWe
ηB = 0.9
H = 4368 h/anno
acqua 12 °C acqua
7 °C
torre di
raffreddamento
impianto di condizionamento 38.5 °C
32 °C 293 °C
130 °C
frigorifera sarebbe inferiore alla richiesta dell’utenza.
Altri dati:
• coefficiente di prestazione della macchina ad assorbimento (rapporto tra la quantità di energia frigorifera prodotta e l’energia termica entrante): COP = 1.05
• costo chiavi in mano dell’impianto (macchina frigorifera ad assorbimento + torre di raffreddamento necessaria): 35000 €
• costi annuali di manutenzione (macchina frigorifera ad assorbimento + torre di raf- freddamento necessaria): 5% dell’investimento
• periodo di funzionamento: 13 settimane all’anno 24h/24 (numero di ore:
) a pieno carico
• impianto ammortizzabile in 10 anni
• tasso di attualizzazione: 5%
Valutare nuovamente il tempo di ritorno dell’investimento della microturbina a gas cogenera- tiva, nell’ipotesi di utilizzarla anche in estate con la macchina frigorifera ad assorbimento.
H = 2184 h/anno
