Capitolo 5

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Capitolo 5

5 Modalità di funzionamento

5.1 Funzionamento del cogeneratore

In questo capitolo è stato formulato un modello di funzionamento che riesce a garantire tanto il soddisfacimento del fabbisogno termofrigorifero a scapito di quantità di energia termica in esubero, quanto la copertura del carico elettrico a fronte di piccole quantità di energia elettrica acquistata dalla rete. Infatti il cogeneratore dovrà riempire le ore di scarsa utilizzazione con una produzione di energia elettrica da cedere alla rete.

Sono state individuate alcune priorità per la configurazione di funzionamento del cogeneratore:

• Produrre e consumare la maggior quantità di energia possibile, visto che l'energia acquistata dalla rete è cara e che è necessaria una quota di cessione elevata per coprire le ore vuote

• L'attività del cogeneratore deve essere costante perché si deve garantire una quantità di energia termica costante, data le particolari necessità dell'utenza

Si è constatato che il riscaldamento invernale è in funzione ininterrottamente da novembre ad aprile e che il raffrescamento estivo è in funzione ininterrottamente da giugno ad settembre, nei mesi di ottobre, aprile e maggio nell'albergo non vi è necessità di energia termica di notte a parte 1' acqua calda sanitaria.

Il cogeneratore in questi mesi inseguirà il carico termico, cioè produrrà l'energia strettamente necessaria al fabbisogno termico (elettrico a seguire). Bisogna subito dire che il cogeneratore non è stato dimensionato per il soddisfacimento dell’intera domanda termica in quanto tale soluzione si è rivelata anti-economica, per cui è stata necessaria anche la presenza di una caldaia di integrazione (quella già presente nell’albergo).

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5.2 Modello del cogeneratore

A questo punto è tornato utile raggruppare in una tabella tutte le varie combinazioni elettriche e termiche che si possono verificare durante l’anno in modo da identificare ogni mese con un giorno tipo ipotizzato nel precedente capitolo:

Mese Carico

Elettrico Condizionamento Riscaldamento Sanitario

Giorno Tipo

Gennaio Invernale – Invernale Costante 1

Febbraio Invernale – Invernale Costante 1

Marzo Invernale – Ridotto Costante 2

Aprile Estivo – – Costante 3

Maggio Estivo – – Costante 3

Giugno Estivo Ridotto – Costante 4

Luglio Estivo Estivo – Costante 5

Agosto Estivo Estivo – Costante 5

Settembre Estivo Ridotto – Costante 4

Ottobre Estivo – – Costante 3

Novembre Invernale – Ridotto Costante 2

Dicembre Invernale – Invernale Costante 1

Tabella 5.1

Per la modellazione del cogeneratore sono state introdotte le seguenti ipotesi:

• Il sistema di condizionamento elettrico è composto da due condizionatori da 98 MCal/h che assorbono 46,8 kWh con un C.O.P. di 2.43 per ciascun condizionatore.

• Il sistema di condizionamento con scambiatore ad assorbimento ha un chiller con C.O.P. pari a 0.7

• Uso di due motori endotermici alimentati a gas naturale da 50 kWe e con rapporto termico / elettrico pari a 1.5

• La caldaia tradizionale per l’integrazione del fabbisogno termico ha un C.O.P. pari a 0.8

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Al giorno tipo 1 si fanno corrispondere i seguenti dati: Giorno Tipo 1 Elettrico

El Invernale

Termico Risc Inv + Sanit Unità Oraria [kWe] [kWt] 1 30 20 2 22 10 3 20 10 4 25 10 5 27 410 6 33 320 7 50 250 8 65 270 9 80 275 10 90 140 11 95 135 12 90 130 13 85 125 14 70 120 15 65 115 16 60 130 17 70 170 18 80 610 19 90 500 20 95 300 21 100 250 22 85 200 23 75 150 24 60 130 Totale 1562 4780

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Al giorno tipo 2 si fanno corrispondere i seguenti dati: Giorno Tipo 2 Elettrico

El Invernale

Termico Risc Rid + Sanit Unità Oraria [kWe] [kWt] 1 30 20 2 22 10 3 20 10 4 25 10 5 27 140 6 33 130 7 50 180 8 65 220 9 80 230 10 90 140 11 95 135 12 90 130 13 85 125 14 70 120 15 65 115 16 60 130 17 70 170 18 80 340 19 90 310 20 95 240 21 100 210 22 85 170 23 75 110 24 60 85 Totale 1562 3480

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Al giorno tipo 3 si fanno corrispondere i seguenti dati: Giorno Tipo 3 Elettrico El Estivo Termico Sanitari Unità Oraria [kWe] [kWt] 1 43 20 2 33 10 3 25 10 4 30 10 5 38 10 6 60 20 7 75 100 8 85 150 9 101 170 10 105 140 11 110 135 12 117 130 13 100 125 14 90 120 15 80 115 16 75 130 17 79 170 18 100 210 19 130 200 20 140 150 21 145 130 22 130 100 23 110 50 24 90 40 Totale 2091 2445

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Al giorno tipo 4 con condizionamento elettrico si fanno corrispondere i seguenti dati: Giorno Tipo 4 con Condiz. El.

Elettrico El Estivo + Cond Rid

Termico Sanitari Unità Oraria [kWe] [kWt] 1 55 20 2 43 10 3 33 10 4 41 10 5 50 10 6 73 20 7 91 100 8 104 150 9 125 170 10 134 140 11 146 135 12 160 130 13 148 125 14 139 120 15 128 115 16 118 130 17 118 170 18 134 210 19 159 200 20 165 150 21 167 130 22 149 100 23 127 50 24 104 40 Totale 2709 2445

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Al giorno tipo 4 con condizionamento con chiller si fanno corrispondere i dati: Giorno Tipo 4 con Condiz. Chiller

Elettrico El Estivo

Termico Cond Rid + Sanitari Unità Oraria [kWe] [kWt] 1 43 56 2 33 39 3 25 34 4 30 41 5 38 46 6 60 59 7 75 147 8 85 207 9 101 241 10 105 226 11 110 242 12 117 259 13 100 268 14 90 267 15 80 258 16 75 259 17 79 286 18 100 310 19 130 286 20 140 226 21 145 194 22 130 157 23 110 100 24 90 83 Totale 2091 4289

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Al giorno tipo 5 con condizionamento elettrico si fanno corrispondere i seguenti dati: Giorno Tipo 5 con Condiz. El.

Elettrico El Estivo + Cond Est

Termico Sanitari Unità Oraria [kWe] [kWt] 1 62 20 2 47 10 3 39 10 4 47 10 5 60 10 6 84 20 7 104 100 8 119 150 9 149 170 10 162 140 11 184 135 12 201 130 13 191 125 14 183 120 15 171 115 16 156 130 17 151 170 18 157 210 19 178 200 20 183 150 21 186 130 22 168 100 23 145 50 24 120 40 Totale 3247 2445

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Al giorno tipo 5 con condizionamento con chiller si fanno corrispondere i dati: Giorno Tipo 5 con Condiz. Chiller

Elettrico El Estivo

Termico Cond Est + Sanitari Unità Oraria [kWe] [kWt] 1 43 77 2 33 53 3 25 53 4 30 60 5 38 74 6 60 91 7 75 186 8 85 250 9 101 313 10 105 311 11 110 356 12 117 380 13 100 396 14 90 399 15 80 386 16 75 373 17 79 384 18 100 381 19 130 343 20 140 279 21 145 251 22 130 214 23 110 154 24 90 129 Totale 2091 5895

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In un’ottica di gestione del cogeneratore nella modalità elettrico a seguire, il carico termico è imposto dai due motori endotermici alimentati a gas naturale da 50 kWe, per cui la produzione elettrica verrà di conseguenza. Ci saranno quindi dei giorni tipo in cui l’autoproduzione di energia elettrica soddisfa il fabbisogno elettrico dell’albergo, come nei giorni di tipo 1 e 2, ed addirittura si può pensare di cedere energia elettrica alla rete di distribuzione. Ci saranno dei giorni tipo dove, durante il periodo considerato, si avranno dei momenti in cui l’autoproduzione non è sufficiente e bisognerà ricorrere all’acquisto dalla rete di distribuzione di energia elettrica come nei giorni tipo 3, 4 e 5 con condizionamento con chiller.

Altresì ci saranno giorni tipo in cui l’autoproduzione di energia elettrica non è mai sufficiente a coprire il fabbisogno elettrico dell’utenza alberghiera, per cui si ricorrerà sistematicamente all’acquisto dell’energia elettrica necessaria, come per i giorni tipo 4 e 5 con condizionamento elettrico.

Le tabelle e i grafici seguenti riassumono in modo significativo il funzionamento del cogeneratore nell’intero anno solare:

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Giorno Tipo 1 Elettrico Produzione Elettrica Termico Produzione Termica Unità Oraria [kWe] [kWt] 1 13 20 2 7 10 3 7 10 4 7 10 5 100 150 6 100 150 7 100 150 8 100 150 9 100 150 10 93 140 11 90 135 12 87 130 13 83 125 14 80 120 15 77 115 16 87 130 17 100 150 18 100 150 19 100 150 20 100 150 21 100 150 22 100 150 23 100 150 24 87 130 Totale 1917 2875

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0 50 100 150 200 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Unità Oraria kWe Carico Produzione

Figura 5.1 Giorno Tipo 1 elettrico

0 200 400 600 800 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Unità Oraria kWt Carico Produzione

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Giorno Tipo 4 con Condiz. El. Elettrico Produzione Elettrica Termico Produzione Termica Unità Oraria [kWe] [kWt] 1 13 20 2 7 10 3 7 10 4 7 10 5 7 10 6 13 20 7 67 100 8 100 150 9 100 150 10 93 140 11 90 135 12 87 130 13 83 125 14 80 120 15 77 115 16 87 130 17 100 150 18 100 150 19 100 150 20 100 150 21 87 130 22 67 100 23 33 50 24 27 40 Totale 1530 2295

Tabella 5.12 Giorno Tipo 4: produzione elettrica e termica con condizionamento elettrico

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Figura 5.7 Giorno Tipo 4: elettrico con condizionamento elettrico

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Giorno Tipo 4 con Condiz. Chiller Elettrico Produzione Elettrica Termico Produzione Termica Unità Oraria [kWe] [kWt] 1 37 56 2 26 39 3 23 34 4 28 41 5 30 46 6 39 59 7 98 147 8 100 150 9 100 150 10 100 150 11 100 150 12 100 150 13 100 150 14 100 150 15 100 150 16 100 150 17 100 150 18 100 150 19 100 150 20 100 150 21 100 150 22 100 150 23 67 100 24 55 83 Totale 1903 2854

Tabella 5.13 Giorno Tipo 4: produzione elettrica e termica con condizionamento con chiller

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Figura 5.9 Giorno Tipo 4: elettrico con condizionamento con chiller

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Giorno Tipo 5 con Condiz. El. Elettrico Produzione Elettrica Termico Produzione Termica Unità Oraria [kWe] [kWt] 1 13 20 2 7 10 3 7 10 4 7 10 5 7 10 6 13 20 7 67 100 8 100 150 9 100 150 10 93 140 11 90 135 12 87 130 13 83 125 14 80 120 15 77 115 16 87 130 17 100 150 18 100 150 19 100 150 20 100 150 21 87 130 22 67 100 23 33 50 24 27 40 Totale 1530 2295

Tabella 5.14 Giorno Tipo 5: produzione elettrica e termica con condizionamento elettrico

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Figura 5.11 Giorno Tipo 5: elettrico con condizionamento elettrico

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Giorno Tipo 5 con Condiz. Chiller Elettrico Produzione Elettrica Termico Produzione Termica Unità Oraria [kWe] [kWt] 1 51 77 2 35 53 3 35 53 4 40 60 5 50 74 6 61 91 7 100 150 8 100 150 9 100 150 10 100 150 11 100 150 12 100 150 13 100 150 14 100 150 15 100 150 16 100 150 17 100 150 18 100 150 19 100 150 20 100 150 21 100 150 22 100 150 23 100 150 24 86 129 Totale 2058 3087

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Figura 5.13 Giorno Tipo 5: elettrico con condizionamento con chiller

Figura 5.14 Giorno Tipo 5: termico con condizionamento con chiller Nella pagina seguente è riportata la tabella con i valori di energia elettrica che viene acquistata e ceduta, e l’energia termica che deve essere integrata dalla caldaia tradizionale nei giorni tipo:

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Giorno Tipo 1 Giorno Tipo 2 Giorno Tipo 3 Giorno Tipo 4 Cond El Giorno Tipo 4 Cond Chill Giorno Tipo 5 Cond El Giorno Tipo 5 Cond Chill

Elettrico Termico Elettrico Termico Elettrico Termico Elettrico Termico Elettrico Termico Elettrico Termico Elettrico Termico

Unità Oraria

[kWe] [kWt] [kWe] [kWt] [kWe] [kWt] [kWe] [kWt] [kWe] [kWt] [kWe] [kWt] [kWe] [kWt]

1 17 0 17 0 30 0 42 0 6 0 49 0 -8 0 2 15 0 15 0 26 0 36 0 7 0 41 0 -2 0 3 13 0 13 0 18 0 26 0 2 0 33 0 -10 0 4 18 0 18 0 23 0 34 0 2 0 40 0 -10 0 5 -73 260 -66 0 31 0 43 0 8 0 53 0 -11 0 6 -67 170 -54 0 47 0 60 0 21 0 71 0 -1 0 7 -50 100 -50 30 8 0 24 0 -23 0 37 0 -25 36 8 -35 120 -35 70 -15 0 4 0 -15 57 19 0 -15 100 9 -20 125 -20 80 1 20 25 20 1 91 49 20 1 163 10 -3 0 -3 0 12 0 40 0 5 76 69 0 5 161 11 5 0 5 0 20 0 56 0 10 92 94 0 10 206 12 3 0 3 0 30 0 73 0 17 109 114 0 17 230 13 2 0 2 0 17 0 65 0 0 118 108 0 0 246 14 -10 0 -10 0 10 0 59 0 -10 117 103 0 -10 249 15 -12 0 -12 0 3 0 51 0 -20 108 94 0 -20 236 16 -27 0 -27 0 -12 0 31 0 -25 109 70 0 -25 223 17 -30 20 -30 20 -21 20 18 20 -21 136 51 20 -21 234 18 -20 460 -20 190 0 60 34 60 0 160 57 60 0 231 19 -10 350 -10 160 30 50 59 50 30 136 78 50 30 193 20 -5 150 -5 90 40 0 65 0 40 76 83 0 40 129 21 0 100 0 60 58 0 80 0 45 44 99 0 45 101 22 -15 50 -15 20 63 0 82 0 30 7 102 0 30 64 23 -25 0 2 0 77 0 93 0 43 0 112 0 10 4 24 -27 0 3 0 63 0 78 0 35 0 93 0 4 0