6.
Distribuzione dell’energia
6.1. Distribuzione dell’energia elettrica.
L’energia elettrica prodotta sarà immessa nella rete secondo le regole del mercato dell’energia elettrica (14).
L’impianto di produzione sarà collegato alla Rete di Trasmissione Nazionale nel rispetto delle regole tecniche (“Codice della Rete”) emanate dal Gestore della Rete GRTN (14).
(15)
Il Codice di trasmissione, dispacciamento, sviluppo e sicurezza della rete (Codice di rete) disciplina le procedure relative alle attività di connessione, gestione, pianificazione, sviluppo e manutenzione della rete di trasmissione nazionale, nonché di dispacciamento e misura dell’energia elettrica.
In particolare il Codice di rete descrive regole, trasparenti e non discriminatorie, per: (i) l’accesso alla rete e la sua regolamentazione tecnica;
(ii) lo sviluppo della rete e la sua gestione e manutenzione; (iii) l’erogazione del servizio di dispacciamento;
(iv) la fornitura del servizio di misura e settlement delle partite economiche connesse ai servizi sopra descritti;
(v) la sicurezza del sistema elettrico nazionale.
La rete di trasmissione nazionale è costituita da un complesso di linee lungo le quali transita l’energia elettrica che collegano i centri di produzione con i centri di consumo ed un insieme di stazioni necessarie per la trasformazione dell’energia da un livello di tensione superiore ad un livello inferiore nonché dai sistemi di teleconduzione e controllo.
La rete italiana è caratterizzata da tre livelli di tensione: 380 kV, 220 kV, 150- 132-120 kV. Il sistema a 380 kV, interconnesso con il sistema elettrico europeo, costituisce la principale rete di trasporto che convoglia l’energia elettrica prodotta dalla maggior parte degli impianti di generazione verso i più importanti nodi di trasformazione ai livelli di tensione inferiori.
Il sistema a 220 kV è alimentato da una percentuale non trascurabile di centrali e assolve in parte a funzioni di distribuzione in alta tensione.
Il sistema a 150-132-120 kV assolve il compito di distribuzione in alta tensione, alimentando le cabine primarie AT/MT o direttamente le utenze di grande potenza.
Le soluzioni di connessione alla RTN devono essere valutate tenendo conto della prestazione elettrica richiesta e verificando il corretto e sicuro funzionamento locale e globale della RTN stessa.
Una volta accertata la fattibilità e la compatibilità del servizio richiesto alla RTN dall’Utente, ed aver identificato, se necessario, la realizzazione di nuove parti di impianto della RTN, siprocede all’individuazione dello schema e successivamente alle modalità di realizzazione della connessione dell’Utente.
L’individuazione della soluzione impiantistica di connessione alla RTN si articola nei seguenti passi:
q P1 taglie massime e minime ammesse degli impianti differenziate per livelli di tensione;
q P2 livello di tensione della RTN al quale l’Utente può essere connesso in relazione alla tipologia, alla taglia dell’impianto, alle esigenze e alle caratteristiche della porzione di rete interessata;
q P3 schema dell’inserimento dell’impianto (in linea o in stazione);
q P4 schema di connessione (derivazioni e sistemi di sbarra);
q P5 impiego di organi di manovra e d’interruzione in relazione alla manutenzione e al sistema di protezione della rete;
q P6 definizione dell’impianto di consegna, dei confini funzionali e di proprietà tra gli impianti nonché di tutti gli elementi tecnici e delle condizioni da riportare in accordi complementari e documenti contrattuali.
I passi P1, P2 e P3 sono tipici della Pianificazione della rete mentre i passi P4, P5 e le verifiche finali P6 riguardano la progettazione e la realizzazione.
Per consentire l’uniformità di gestione e d’esercizio del sistema elettrico italiano, gli schemi di principio standard sono quelli normalmente usati nella rete.
Schemi diversi devono essere giustificati in relazione alla particolarità dell’impianto.
Alla taglia dell’impianto, differenziata per tipologia, è condizionata la connessione dell’impianto ed il livello di tensione d’inserimento.
Il relativo esame costituisce pertanto il passo P1 da eseguire preliminarmente già nella eventuale fase interlocutoria con il richiedente.
Salvo esigenze e casi particolari, potranno essere collegati direttamente alla RTN gli impianti di produzione con potenza maggiore di 10 MVA.
Per impianti di taglia compresa tra 20 e 100 MVA la tensione di inserimento deve essere compresa tra 120 e 150 kV.
6.2. Impianto di distribuzione del calore
Le operazioni di essiccazione sottovuoto richiedo acqua calda a temperature inferiori a 50 °C dato che la pressione sulle piastre calde è di 76 mbar. L’operazione di essiccazione su tunnel richiede la generazione di aria calda a temperature intorno a 55 °C.
Alcune concerie, per le operazioni di spruzzamento richiedono vapore saturo a 120 °C (per velocizzare l’asciugatura del rivestimento superficiale applicato, le pelli vengono fatte passare in una camera mantenuta calda mediante elementi radianti attraversati al loro interno dal vapore saturo).
E’ possibile soddisfare tutte le normali esigenze di calore di una conceria utilizzando come fluido primario :
q acqua calda in pressione a temperatura superiore a 120 °C.
q vapore saturo a 120 °C
Il trasporto del vapore comporta maggiori costi di manutenzione e richiede competenze tecniche diffuse maggiori.
In questo caso può essere quindi opportuno produrre il vapore presso le utenze che lo richiedono mediante un apposito scambiatore che utilizzi acqua in pressione a 160 °C.
6.2.2.
Scelta del sito per l’impianto di generazione e schema di distribuzione principaleDalla mappa illustrante le varie zone industriali del distretto al paragrafo 3.2.3 e dal grafico illustrante la distribuzione delle imprese nelle varie zone industriali al paragrafo 3.3, si vede come nei comuni di Santa Croce e San Miniato (Zona ind. di Ponte a Egola) si trovi la maggior densità di concerie, includendo la totalità delle concerie che producono cuoio da suola.
D’altra parte si vede come la zona industriale di Ponte a Cappiano (Fucecchio) rimane defilata in alto a destra rispetto ad un ipotetico luogo intermedio tra le zone industriali di Santa Croce e Ponte a Egola, mentre la zona industriale di Castelfranco ed il depuratore Cuoiodepur rimangono vicine.
Si individuano preliminarmente le seguenti possibilità:
1. Prevedere un unico impianto capace di servire l’intero distretto o una sua parte,
2. Prevedere due impianti, uno capace di servire le zone industriali di Santa Croce e Ponte a Cappiano, e l’altro capace di servire le zone industriali di Ponte a Egola e Castelfranco.
Ipotesi di unico impianto
Date le specifiche dell’impianto, e la particolare distribuzione delle zone industriali si sceglie un luogo compreso tra le zone industriali di Ponte a Egola, Castelfranco e Santa Croce escludendo la fornitura nelle zone industriali di Ponte a Cappiano e Fucecchio.
Nel Piano Strutturale del Comune di San Miniato la tavola di progetto “sistemi territoriali” mette in evidenza i vari ambiti territoriali previsti:
La zona compresa tra la ferrovia ed il fiume Arno a nord della nuova zona industriale di Ponte a Egola e a destra del depuratore Cuoiodepur nel Comune di San Miniato, risulta in parte destinata come “insediamenti a dominante industriale – artigianale” (evidenziata in magenta) ed in parte come “territorio aperto ambito Arno” (evidenziata in celeste).
Si ritiene quindi che la zona adiacente al depuratore a nord della ferrovia sia adatta per la realizzazione dell’impianto per i seguenti motivi:
1. è compresa tra le zone industriali di Ponte a Egola, Castelfranco e Santa Croce, 2. è lontana da centri abitati,
3. è vicina al fiume Arno, e quindi risulta agevolato l’utilizzo delle sue acque,
4. risulta compatibile con la programmazione del territorio prevista nel Piano Strutturale del Comune di San Miniato.
In figura 6.1 si fa una ipotesi di rete di distribuzione sulla base del progetto, approvato dai Comuni interessati, della rete di distribuzione dell’acqua industriale al servizio delle concerie della zona industriale di Ponte a Egola e Santa Croce.
Lo sviluppo in lunghezza dei collettori principali è il seguente:
Tratto Zona Totale
Impianto – zona ind. Di Ponte a Egola
882 m
Zona in. Ponte a Egola 4.843 m
Impianto – zona ind. Castelfranco
905 m
Zona in. Castelfranco 2.300 m
Impianto – zona ind. Santa Croce
1.989 m
Zona in. Santa Croce 13.717 m
TOTALE 21.742 m
I vari tratti si riferiscono al percorso tra l’impianto ed il punto di diramazione iniziale delle zone industriali, evidenziato con un cerchio nero nella figura 6.1.
Ipotesi di due impianti
Il primo impianto dovrà collocarsi tra la zona industriale di Santa Croce ed il depuratore Acquarno.
Dal Piano Regolatore Comunale del Comune di Santa Croce si ha la seguente tavola:
La zona in magenta chiaro a nord della zona industriale di Santa Croce (magenta oscuro) è destinata a area produttiva di trasformazione. La zona gialla a destra della zona industriale di Santa Croce è destinata a zona agricola ordinaria.
Quindi sarebbe opportuno collocare l’impianto nell’area produttiva di trasformazione compresa tra il depuratore (evidenziato in blu) e la zona industriale di Santa Croce. In figura 6.2 si illustra una possibile soluzione.
Figura 6.2 – Impianto di Santa Croce: collocazione impianto e relativo schema di rete di distribuzione del calore
Lo sviluppo in lunghezza dei collettori principali è il seguente:
Tratto Zona Totale
Impianto – zona ind. di Santa Croce
542 m
Zona in. Santa Croce 13.717 m
Impianto – zona ind. Ponte a Cappiano
2.156 m
Zona in. Ponte a Cappiano
3.007 m
Il secondo impianto al servizio delle zone industriali di Ponte a Egola e Castelfranco rimane collocato nella stessa posizione rispetto al caso di unico impianto (figura 6.3).
Figura 6.3 - Impianto di Ponte a Egola: colloca zione impianto e relativo schema di rete di distribuzione del calore
Lo sviluppo in lunghezza dei collettori principali è il seguente:
Tratto Zona Totale
Impianto – zona ind. Di Ponte a Egola
882 m
Zona ind. Ponte a Egola
4.843 m
Impianto – zona ind. Castelfranco
905 m
Zona ind. Castelfranco 2.300 m
TOTALE 8.930 m
6.2.3.
Confronto tra le due ipotesi proposteL’ipotesi di unico impianto riduce i costi di installazione dell’impianto ma rispetto al caso di due impianti comporta i seguenti svantaggi:
q esclude dal servizio di teleriscaldamento la zona industriale di Ponte a Cappiano
q aumenta le emissioni locali
q minori possibilità di fornire energia elettrica in media tensione risparmiando le perdite per la trasformazione MT/AT e viceversa.
Per questi motivi si sceglie l’ipotesi di due impianti separati.
6.2.4.
Stima della potenza termica mediaSi riporta la tabella ricavata al paragrafo 4.6 che riassume la quantità di calore necessaria in media in un anno per le imprese che fanno preparazione e concia del cuoio nelle principali zone industriali del distretto:
Zona industriale Energia termica Gwh Potenza termica MW
(riferita a 3136 ore annue)
Ponte a Cappiano 38,9 12,4
Santa Croce 238 75,9
Castelfranco 43,4 13,8
Ponte a Egola 100 31,8
Quindi in definitiva i fabbisogni termici dei due impianti sono i seguenti:
Ø Potenza termica richiesta nella zona Santa Croce( zone industriali di Santa Croce e Ponte a Cappiano): 88,3 MW
Ø Potenza termica richiesta nella zona Ponte a Egola ( zone industriali di Ponte a Egola e Castelfranco): 45,6 MW
6.2.5.
Calcolo delle portate e dei diametri dei collettori principaliImpianto di Santa Croce
L’impianto deve fornire complessivamente 276,9 GWh /anno di calore . La potenza termica da fornire è 88297,2 KW
Il calore sarà distribuito con rete di teleriscaldamento ad acqua calda in pressione a 8 bar.
La temperatura di mandata dovrà essere di 160 °C, mentre la temperatura di ritorno sarà di 100°C.
Il salto di temperatura utile è di 58°C ( 2 °C persi nella rete). Il Cp medio è pari a 4,268 KJ/kg°K.
La portata complessiva di acqua necessaria risulta pari a 88297,2/(4,268*58) = 356,7 kg/s. La portata di acqua nella zona di Ponte a Cappiano risulta 50,1 kg/s.
La velocità massima dell’acqua si fissa a 1,5 m/s preliminarmente. La sezione dei collettori per Ponte a Cappiano risulta 0,0334 m2 Il diametro interno risulta 0,206 m, si sceglie un tubo da 10“.
La sezione dei collettori per Santa Croce risulta 0,2044 m2
Si suddivide l’intera portata per Santa Croce su due linee di sezione 0,1022 m2 Il diametro interno di ogni linea risulta 0,360 m, si sceglie quindi un tubo da 16“.
Impianto di Ponte a Egola
L’impianto deve fornire complessivamente 143,4 GWh /anno di calore . La potenza termica da fornire è 45727 KW
Il calore sarà distribuito con rete di teleriscaldamento ad acqua calda in pressione a 8 bar.
La temperatura di mandata dovrà essere di 160 °C, mentre la temperatura di ritorno sarà di 100°C.
Il salto di temperatura utile è di 58°C ( 2 °C persi nella rete). Il Cp medio è pari a 4,268 KJ/kg°K.
La portata di acqua necessaria risulta pari a 45727/(4,268*58) = 184,7 kg/s. La portata di acqua nella zona di Ponte a Egola risulta 128,5 kg/s.
La portata di acqua nella zona di Castelfranco risulta 56,2 kg/s.
La velocità massima dell’acqua si fissa a 1,5 m/s preliminarmente. La sezione dei collettori per Ponte a Egola risulta 0,085 m2
Il diametro interno risulta 0,330 m, si sceglie un tubo da 16“.
La sezione dei collettori per Castelfranco risulta 0,0375 m2
Il diametro interno di ogni linea risulta 0,218 m, si sceglie quindi un tubo da 10“.
6.2.6.
Schema impianto di distribuzioneCome evidenziato nello schema funzionale dell’impianto di teleriscaldamento, Fig. 6.4, possono individuarsi i seguenti circuiti:
Ø Circuito primario a vapore in circuito chiuso, prelevato dalla turbina a vapore, per la generazione di acqua calda in pressione;
Ø Circuiti di trasporto del calore, dall’impianto alle varie zone industriali servite, ad acqua demineralizzata in circuito chiuso;
IMPIANTO Rete distribuzione Collettori trasporto Utenze 1 2 3 4 5 6 7 8 4 10 9 9 9 Vapore 180 °C Acqua 160 °C 100 °C LEGENDA Scambiatore primario Camera di combustione 10 5 Post combustore Pompa Condensatore Turbina a gas Caldaia e recupero 7 9 8 6 Generatore elettrico Turbina a gas Compressore 3 4 2 1
Figura 6.4 – Schema funzionale della rete di teleriscaldamento
Caratteristiche della rete di trasporto e distribuzione
Le tubazioni della rete di trasporto e distribuzione saranno di tipo preisolato con tubazione interna in acciaio di qualità ed esternamente isolate con schiuma poliuretanica rigida.
L’isolamento poliuretanico è protetto esternamente da un tubo di polietilene ad alta densità resistente agli urti.
All’interno dell’isolante sono installati due fili di rame che consentono mediante una centralina, la rivelazione di avarie e/o perdite lungo la rete.
Il sistema di allarme deve funzionare in continuo ed il segnale deve essere trasmesso, quando in un punto l’umidità supera un predeterminato valore.
Tutte le tubazioni della rete di distribuzione saranno posate in scavi in trincea su un letto di sabbia con un riporto minimo di 400 mm dall’estradosso della tubazione isolata. Nella seguente Fig. 6.5, è mostrata la diversa sistemazione dei tubi nello scavo in funzione del proprio diametro nominale. La dimensione in millimetri delle quote nella figura 6.5 vengono riportate nella successiva tabella.
Fig. 6.5 – Sezione dello scavo e disposizione dei componenti necessari DN φ d s D A B C E 25 1” 33.4 2.3 90 580 150 100 1190 32 1-1/4” 42.4 2.6 110 620 150 100 1210 40 1-1/2” 48.3 2.6 110 620 150 100 1210 50 2” 60.3 2.9 125 650 150 100 1225 65 2-1/2” 76.1 2.9 140 680 150 100 1240 80 3” 88.9 3.2 160 720 150 100 1260 100 4” 114.3 3.6 200 800 150 100 1300 125 5” 139.7 3.6 225 900 150 150 1325 150 6” 168.3 4 250 950 150 150 1350 200 8” 219.1 4.5 315 1080 150 150 1415 250 10” 273 5 400 1350 200 150 1500 300 12” 323.9 5.6 450 1450 200 150 1550 350 14” 355.6 5.6 500 1550 200 150 1600 400 16” 406.4 6.3 560 1670 200 150 1660 450 18” 457.2 6.3 630 1810 200 150 1730 500 20” 508 6.3 710 1970 200 150 1810 550 22” 558.8 6.3 710 1970 200 150 1810 600 24” 610 7.1 800 2150 200 150 1900
La rete dovrà essere calcolata e progettata nel dettaglio in funzione delle sollecitazioni di compressione e temperatura del sistema, completa di curve, pezzi a T, giunti elastici, ed accessori vari.
Nello scavo verrà posizionato anche un tubo in PVC DN 65 nel quale saranno ubicati i cavi di controllo che collegheranno tutte le sottocentrali d’utenza.
6.2.7.
Valutazione tecnico economica dei problemi connessi alla distribuzione di energia termicaPrincipali voci di spesa
Si possono individuare le seguenti voci di spesa:
o Rete di trasporto e di distribuzione: forniture, saldature, posa e ripristini tubazioni preisolate, valvole, pozzetti. Esecuzione di scavi su asfalto e terreno campagna, riempimento scavi e ripristino pavimentazioni;
o Centrali di scambio termico presso le utenze: scambiatore di calore per la produzione di vapore saturo a 120 °C, boiler termici per la produzione di acqua calda a 80-90 °C, completi di tubazioni di collegamento alla rete di riscaldamento ed alla regolazione mediante valvole a tre vie e due vie, sonde termiche ecc.;
o Allacciamento utenze e regolazioni: fornitura e messa in opera delle tubazioni, gruppi di regolazioni e pompe;
o Fabbricati in muratura.
Il costo della rete di teleriscaldamento no n comprende il costo delle diramazioni terminali della rete. Non sono state prese in considerazione eventuali sottostazioni nella rete di teleriscaldamento, così come non sono stati valutati i costi per ottenere le necessarie servitù di passaggio.
Il costo della rete di teleriscaldamento comprende:
VOCI IMPIANTO A (€)
Santa Croce
IMPIANTO B (€) Ponte a Egola
Tubi coibentati da 16” fino a 3” 3071411 1990843
La posa delle tubazioni 1007193 643469
Il ripristino delle giunzioni 1007193 643469
Curve coibentate 30495 20675 Tee coibentate 77950 38408 Riduzioni coibentate 68351 31262 Valvole di regolazione 175948 125304 Valvole di intercettazione 37051 18769 Valvole di ritegno 16568 5990
VOCI IMPIANTO A (€) Santa Croce IMPIANTO B (€) Ponte a Egola Vasi di espansione 85000 9058 Elettropompe di ricircolo 36000 36000
Sistema di allarme di umidità 89476 45311
Complesso sfogo aria 7956 7956
Opere di scavo, riempimento e rifacimento pavimentazione
2362031 1325197
Pozzetti valvole e derivazioni. 14315 54197
TOTALI 8.150.000 € 5.000.000 €
Il costo di allacciamento delle utenze si stima intorno a 15000 €/utenza. Questi costi sono stati valutati seguendo i seguenti passi:
1. dimensionando le varie diramazioni della rete sulla base dell’area servita da ogni diramazione rispetto all’area totale della zona ottenendo così per ogni diramazione una percentuale della potenza termica totale fornita;
2. attualizzando i costi unitari riferiti al metro o al pezzo di analoghe voci di altre reti di teleriscaldamento realizzate;
3. valutando i prezzi pubblicati da alcuni fornitori;
4. misurando le lunghezze delle tubazioni necessarie per ogni diametro (da 16” fino a 3”); 5. contando i raccordi, valvole ed accessori sempre in funzione di ogni diametro;
6. effettuando infine le moltiplicazioni e somme necessarie.
Occorre precisare che si tratta di un calcolo approssimato che risulta comunque utile come riferimento di confronto per l’analisi economica delle varie ipotesi di impianto.
Un calcolo più preciso è possibile solo dopo la progettazione di dettaglio della rete di teleriscaldamento dove, per esempio, potrà essere stabilita la prevalenza delle pompe nonché il loro numero e collocazione sulla base delle perdite di carico sulla rete.
