gioacchino nardin dipartimento di energetica e macchine università degli studi di udine 14 aprile...

Gioacchino NardinDipartimento di Energetica e Macchine

Università degli Studi di Udine

14 Aprile 2011, Camera di Commercio di Trieste 2o Convegno Tematico,

“RISPARMIO ENERGETICO””

FONDAZIONE INTERNAZIONALE TRIESTE PER IL PROGRESSO E LA LIBERTÀ DELLE SCIENZE

TRIESTE INTERNATIONAL FOUNDATION FOR SCIENTIFIC PROGRESS AND FREEDOM

Risparmi energetici1. Risparmi energetici nel sistema

opedaliero (il più energivoro in ambito civile);

2. Risparmi energetici nelle zone industriali (le più energivore in assoluto);

3. Esempi di risparmio energetico in un’acciaieria (attività estremamente energivora)

I consumi ospedalieri sono di gran lunga i più energivori in ambito civile Il solo ospedale di Udine copre una quota del 3% dei consumi totali del comune di Udine compresa la mobilità Rispetto ai consumi del solo civile i valori sono veramente ragguardevoli

110 Mt CO2 emessa

I costi energetici del Sistema Sanitario Regionale

Spesa totale SSR≈2.3 miliardi di

euro/anno

Spesa energetica SSR25-30 milioni di euro/anno

Consumi termici e elettrici delle strutture ospedaliere regionali (2006)

Variazioni percentuali delle varie voci di spesa (2003-2007)

Fonte: elaborazione UNIUD dati CSC e Ministero della Sanità

Incremento percentuale per la spesa energetica ben superiore alle altre voci del Conto Economico Regionale!

A causa del solo aumento dei vettori energetici ci si aspetta un AUMENTO della bolletta

energetica di 2 – 2,5 milioni di euro all’anno

Dal 2003 al 2006 la spesa energetica è passata da 18 a 24 milioni di euro

INCREMENTO medio annuo dell’8,3%

Dovuto a:

Aumento del prezzo dei vettori energetici Implementazioni dei servizi (condizionamento

estivo) Crescente obsolescenza delle configurazioni

impiantistiche

Spesa energetica per posto letto annuo del SSR

Il progetto CIFRA-CSCIndividuazione ed indicazione di possibili azioni di

ottimizzazione e di risparmio energetico ed economico nelle strutture del SSR

1. Audit energetico

2. Analisi statistica

3. Opportunità

La metodologia utilizzata

Prima fase: l’audit energeticoHa coinvolto un totale di 22 strutture del SSR, comprendenti

Aziende Ospedaliere, Ospedali Civili, Istituti di Ricerca e Cura a Carattere Scientifico e alcune sedi distrettuali.

Per ognuna delle strutture del campione, sono stati utilizzati due principali strumenti di indagine, ovvero:

1.Visita tecnica;2.Questionario

Figura: Localizzazione delle aziende oggetto dello studio

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Quesiti relativi alla gestione generale dell’energia e sull’involucro edilizio

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SI NO NO RISPOSTA

Seconda fase: l’analisi degli indicatori

Allo stesso modo, tali indicatori sono stati utilizzati per il confronto delle singole strutture all’interno delle ASS ed

individuati eventuali trend di correlazione fra gli indici così individuati.

Figura: Analisi degli indicatori delle singole strutture sanitarie regionali e confronto interno e per l’individuazione di trend settoriali

Seconda fase: l’analisi degli indicatori, il confronto

Alla direzione centrale sono stati forniti degli indicatori di prestazione delle singole Aziende per i Servizi Sanitari, attraverso cui queste sono

state confrontate reciprocamente e con valori nazionali ed internazionali di riferimento. Gli indicatori più

utilizzati in letteratura sono

1.I consumi termici/elettrici riferiti alla superficie dell’edificio;2.I consumi termici/elettrici riferiti al numero di posti letto

Figura: Analisi degli indicatori per le ASS regionali e confronto con i valori nazionali ed internazionali

ANALISI DELLA LETTERATURA

USA (HEALTHCARE ENERGY GUIDEBOOK)

Campione considerato: 200 strutture sanitarie

Suddivisione delle strutture in base al consumo energetico in 4 classi

Indicazioni per l’ascesa al livello di top performer

EU HOSPITALS (EXEMPLAR ENERGY CONSCIOUS IN EUROPEAN HOSPITALS AND HEALTHCARE BUILDINGS)

Progetto finanziato dall’Unione Europea riguardante 5 ospedali siti in vari paesi europei, che prevede la riduzione dei consumi energetici principalmente attraverso l’utilizzo di fonti energetiche rinnovabili

LIGURIA (LINEE GUIDE PER L’EFFICIENZA ENERGETICA NEL SETTORE OSPEDALIERO LIGURE)

Analisi del sistema ospedaliero ligure comprendente al suo interno 11 aziende. A seguito di un’analisi qualitativo statistica vengono fornite delle linee guida

Potenzialità di riduzione dei consumi termici ed elettrici

secondo UK National Health Service e Progetto EU‐ Hospitals

POTENZIALE RISPARMIO

Terza fase: l’individuazione delle opportunità

Le opportunità di riduzione della spesa e dei consumi energetici sono state classificate in funzione della loro tipologia

(tecnologiche o gestionali/organizzative), in funzione della loro afferenza (attività endogene/esogene) e del loro impatto

(debole/medio/forte)

Esempio: Classificazione in base all’impatto sui costi energetici

Figura: Individuazione delle opportunità, classificazione degli interventi in base all’impatto sui costi energetici.

Indici di consumo specifici delle strutture ospedaliere del SSR

Proiezioni di riduzione a seconda dell’intervento

(Fonte: CIFRA su 20 strutture campione)

Tipologia di interventi individuati

Potenziale di riduzione

della spesa

Portata dell’intervento Esempi

Basso – non compensativo

Endogeno

Illuminazione, inverter, isolamento, monitoraggio dei consumi

energetici.

Medio – compensativo

Endogeno

ogenerazione/trigenerazione, interventi sulla struttura edile, ristrutturazione della struttura

organizzativa interna.

Alto – riduttivo EsogenoReti di teleriscaldamento, accordi

di settore/filiera.

Interventi

•Gestione attività di manutenzione•Rinegoziazione contratti di fornitura

Tecnico Impiantistici

•Illuminazione•Azionamenti elettrici•Impianto di ventilazione•Cogenerazione

Gestionali

Interventi nell’area organizzativa e gestionale

•Inserimento della problematica energetica nel Piano Sanitario Regionale con relativi indirizzi strategici in ragione della loro specificità tecnica, economica e gestionale

•Riorganizzazione delle competenze in materia di consumi e costi energetici

•Introduzione di una nuova figura professionale, l’Energy Manager del Sistema Ospedaliero, di rilevante competenza tecnica ed economica, con competenza sull’intero sistema ospedaliero inteso come bacino energetico diffuso.

•Inserimento del Bacino Energetico Diffuso nei Programmi Regionali Operativi (PRO) previsti nel nuovo Disegno di Legge Regionale in Materia di Energia all’articolo 5 ed impostazione di questi per le strutture ospedaliere sia in termini generali come tipologia di attività, sia in termini specifici e combinati (attività e tecnologia) come ad esempio la cogenerazione, l’utilizzo del fotovoltaico dove possibile, la diversificazione delle fonti ecc.

•Inserimento nei PRO di interventi di SISTEMA in stretta correlazione con le caratteristiche del territorio, in termini di generazione energetica considerare le biomasse legnose, gli oli e le filiere corte, utilizzando biomasse locali legnose e oli in particolare per le strutture ospedaliere prossime alle aree montane. In termini di utilizzo le reti di teleriscaldamento in aree caratterizzate da forti consumi energetici termici (conurbazioni e zone industriali).

Interventi nell’area Monitoraggio e Pianificazione •Inserimento di strumenti di monitoraggio dei consumi e dei costi energetici complessivi per ogni singola struttura del SSR a livello di consumo di fonti e di assorbimento delle strutture.•Monitoraggio dei costi dei servizi energetici per tipologia per singola struttura e dell’insieme di strutture.•Protocollo delle attività da assegnare ad un Energy Manager del Sistema Ospedaliero e misurazione performance in termini gestionali, tangibili ed intangibili.•Istituire un programma di controllo da assegnare ad un Energy Manager del Sistema Ospedaliero.•Analisi dei trend e bilanci previsionali in assenza di azioni coordinate e di indirizzo.•Pianificazione/programmazione degli interventi, con particolare riferimento alla pianificazione dei PRO.

Area Azioni e Misura delle Azioni: • Tipi di interventi.• Rapporti sintetici sugli interventi effettuati.• Misura degli interventi.• Rilevazioni di impatto ambientale attuale/previsionale.

Area documentazione tecnica:•Nuove modalità comportamentali generali in relazione ai nuovi obiettivi strategici.•Nuove regolamentazioni specifiche con il supporto di manuali sintetici ad uso delle amministrazioni e del personale tecnico.•Tipologia ed analisi critica delle migliori tecnologie disponibili sul mercato (Best Application Technologies, BAT);

Area Contratti e Modelli Organizzativi: •Tipologia ed analisi critica dei modelli contrattuali.•Tipologia ed analisi critica dei modelli organizzativo/gestionali.

Possibile struttura del sistema di monitoraggio prestazione del SSR

Due nuove figure professionali

- Il Terzo Responsabile (DPR 412/93) è “la persona fisica o giuridica che, essendo in possesso dei requisisti previsti dalle normative vigenti e comunque di idonea capacità tecnica, economica, organizzativa, è delegata dal proprietario ad assumere le responsabilità dell’esercizio, della manutenzione e dell’adozione delle misure necessarie al contenimento dei consumi energetici”

- Gli Energy Manager invece (Legge 10/91), “individuano le azioni, gli interventi, le procedure e quanto altro necessario per promuovere l’uso razionale dell’energia, assicurano le predisposizione di bilanci energetici in funzione anche dei parametri economici e degli usi energetici finali

Figura: Consumi energetici superiori alle 1000 tep nelle strutture ospedaliere

L’art. 19 della L10/91 prevede l’obbligo dell’EM per le attività industriali con un consumo superiore ai 10.000 tep equivalenti e per tutte le altre attività con un consumo superiore alle 1.000 tep di petrolio

Interventi per il risparmio energetico nell’area delle Azioni

Gli interventi attuabili per ridurre i consumi e la spesa energetica del settore ospedaliero possono essere classificati in funzione delle possibili interazioni con il territorio circostante.

1.Interventi di tipo “endogeno”: la cui portata è limitata all’interno della singola struttura ospedaliera

2. Interventi di tipo “di sistema”: che prevedono interazioni di diverso grado con il territorio adiacente alla singola struttura ospedaliera

Le opportunità: una sintesiInterventi di tipo tecnologico Interventi di tipo

organizzativo/gestionaleImpianti cogenerativiImpianto trigenerativoImpianto cogenerativo/trigenerativo con reti di teleriscaldamentoImpianti cogenerativo/trigenerativo con e senza rete di teleriscaldamento con alimentazione a biolio vegetale o animaleImpianti geotermiciImpianti a portata variabileRecuperatori di calore aria ariaImpianto fotovoltaicoImpianto solare termicoImpianti termici ad alto rendimentoImpianti frigoriferi ad alto COPVentilazione naturale/ibridaVerifica coibentazioniIsolamento termico struttureSostituzione di porte e finestreInterruttori automaticiSistemi di illuminazione ad alta efficienzaMotori a velocità variabileControllo automatizzato impiantiRifasamento del carico elettrico

Verifica manutenzione impianti termici-elettriciRegolazione della temperature ambientaleVerifica condizioni contrattuali di fornituraFormazione personaleDomotica e Building AutomationOutsourcing servizi non coreESCoMonitoraggio dei consumi

Tabella 2: Sintesi delle diverse opportunità (tecnologiche ed organizzative/gestionali) individuate per le aziende

Interventi impiantistici e sulle fonti energetiche per strutture ospedaliere In

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Interventi che danno maggior vantaggio economico, minor impatto ambientale, minor consumo

Interventi per strutture ospedaliere e forme di finanziamento

Interventi di

sistema

Interventi di sistema

Cabina di regia (Ospedali/Università/Comuni)

9 punti in più alla rete di teleriscaldamento più potente

Senza i 9 punti la soluzione sarebbe stata quella Economica

Interventi di ottimizzazione all’interno del SSR

Importante ma non prioritaria

Prioritaria Poco incisiva

SOLUZIONE OTTIMA

Vantaggi economici

Tempi di rientro dell’intervento

Rete di teleriscaldamento piccola

+9 punti per rete più potente

Interventi di ottimizzazione:

vantaggi della soluzione ottima

Interventi di sistema nella provincia di

Pordenone

Interventi di sistema nella provincia di Pordenone

• Opportunità di sistema: – Il beneficio ottenibile per il “sistema” è maggiore dei

singoli benefici relativi alle aziende;– Soluzioni complesse: progettazione dettagliata,

approccio necessariamente multi-disciplinare che coinvolga aspetti tecnologici, ambientali e normativi;

• Due maggiori opportunità individuate nello studio:

VALORIZZAZIONE ENERGETICA DEI RIFIUTI LEGNOSI

VALORIZZAZIONE ENERGETICA DEI RIFIUTI LEGNOSI

EVOLUZIONE DEI CONSORZI DI

SVILUPPO INDUSTRIALE



Introduzione: le opportunità individuate

Valorizzazione energetica dei rifiuti

legnosi

Evoluzione dei consorzi di sviluppo

industriale

Conclusioni: i fattori critici di successo

Valorizzazione energetica dei rifiuti legnosi

• Emerso nel corso dell’indagine:

RESIDUI LEGNOSI DAL DISTRETTO

DEL MOBILE

RESIDUI LEGNOSI DAL DISTRETTO

DEL MOBILE

FABBISOGNI VARIABILI DEI PRODUTTORI DI PANNELLI

FABBISOGNI VARIABILI DEI PRODUTTORI DI PANNELLI

DISPONIBILITÀ IN ECCESSO DA DESTINARE A SMALTIMENTO

DISPONIBILITÀ IN ECCESSO DA DESTINARE A SMALTIMENTO

UTILIZZO NEI CEMENTIFICI

DELLA PROVINCIA

UTILIZZO NEI CEMENTIFICI

DELLA PROVINCIA

Le opportunità individuate


legnosi


industrialeConclusioni

IMPIANTO DI TERMOVALORIZZAZION

E DEDICATO

IMPIANTO DI TERMOVALORIZZAZION

E DEDICATO

Valorizzazione energetica dei rifiuti legnosi nei cementifici

Soluzione ottimale sotto molteplici punti di vista:

• riduzione costi combustibile (Hi 3.500 kcal/kg) e quote di CO2 (per cementifici); • costi di smaltimento rifiuti (per aziende), trattamento rifiuti in condizioni tecnologiche ottimali (tempi lunghi

ad alte temperature) e già realizzato in diverse realtà internazionali, anche per rifiuti pericolosi. Risulta comunque necessario:

– Definizione dei meccanismi operativi e dei prezzi di cessione/acquisto;– Test tecnologici di combustione in cementificio del residuo e test sul prodotto finito;

Ricezione rifiuto legnoso

non pericoloso

Contenuto di umidità > 10%?

Stoccaggio

Pezzatura?

Macinazione

Essiccatore

SI

Pellettizzatrice

NO

Pezzame Segatura

Stoccaggio PF

DescrizioneCosto

dell’investimento

Mulino a martelli 55.000

Essiccatore a fascio tubiero 200.000

Linea di Pellettizzazione 600.000

Silos stoccaggio 300.000Opere civili, investimenti generali e

macchinari accessori1.000.000

Totale 2.155.000

Impianto di pellettizzazione del rifiuto legnoso



legnosi



Evoluzione dei Consorzi di sviluppo industriale

1. I Consorzi promuovono, nell'ambito degli agglomerati industriali di competenza, le condizioni necessarie per la creazione e lo sviluppo di attività produttive nel settore dell'industria. A tale fine realizzano e gestiscono infrastrutture per le attività industriali, promuovono o gestiscono servizi alle imprese.

2. I servizi alle imprese comprendono la prestazione di servizi per l'innovazione tecnologica, gestionale e organizzativa alle imprese industriali e di servizi.

Legge regionale 18 gennaio 1999, n. 3Disciplina dei Consorzi di sviluppo industriale.



legnosi



Evoluzione dei Consorzi di sviluppo industriale

3. In particolare, i Consorzi provvedono:

a) all'acquisizione ovvero all'espropriazione e alla progettazione di aree attrezzate per insediamenti produttivi, ivi compresa l'azione promozionale per l'insediamento di attività produttive in dette aree, alla progettazione e realizzazione delle opere di urbanizzazione e dei servizi, nonché all'attrezzatura degli spazi pubblici destinati ad attività collettive; (…) e) alla costruzione e alla gestione di impianti di depurazione degli scarichi degli insediamenti produttivi, di stoccaggio di rifiuti speciali tossici e nocivi, nonché al trasporto dei medesimi; (…)g) all'esercizio e alla gestione di impianti di produzione combinata e di distribuzione di energia elettrica e di calore in regime di autoproduzione.

4. I Consorzi possono altresì promuovere, anche al di fuori dell'ambito di competenza, la prestazione di servizi riguardanti: a) la ricerca tecnologica, la progettazione, la sperimentazione, l'acquisizione di conoscenze e la prestazione di assistenza tecnica, organizzativa e di mercato connessa al progresso ed al rinnovamento tecnologico, nonché la consulenza ed assistenza alla diversificazione di idonee gamme di prodotti e delle loro prospettive di mercato;

Legge regionale 18 gennaio 1999, n. 3Disciplina dei Consorzi di sviluppo industriale.



legnosi



Evoluzione delle aree industriali

Situazione passata

Situazione attuale

Consorzi di sviluppo

industriale

Consorzi di sviluppo

industriale

Attività produttive integrate che agiscono in

ottica sistemica, collaborativa.

Singole imprese

PARCO ECO-INDUSTRIALE

AUTONOMO

Attività indipendenti, in competizione, know-how

esclusivo

Attività co-localizzate, coordinate,

logisticamente interrelate

Attività co-localizzate, coordinate,

logisticamente interrelate

Driver economici: (complessità,

globalizzazione, ecc.)

Driver economici: (riduione costi materie prime,

energia, acqua) ed ambientali

(riduzione impatti aria/acqua/suolo,

ecc.)

Situazione futura



legnosi



Evoluzione

Prestazioni

Consorzi di sviluppo industrialeLe peculiarità dei consorzi di sviluppo industriale sono molteplici e di diverso ordine

GEOGRAFICHE

INFRASTRUTTURALI

PRODUTTIVE

ENERGETICHE

AMBIENTALI

ORGANIZZATIVE

CO-LOCALIZZAZIONE DI IMPRESE

RETI TRASPORTI, ACQUE, GAS

DIVERSIFICAZIONE ATTIVITÀ PRODUTTIVE

DIVERSIFICAZIONE FABBISOGNI ENERGETICI

MONITORAGGI IMPATTI ARIA/ACQUA/SUOLO

CENTRO DIREZIONALE



legnosi



Le opportunità per la ZIPR

Impianto trigenerativo tradizionale

Fra le diverse sinergie del consorzio, è stata approfondita la sinergia in ambito energetico

Impianto trigenerativo a

fonte rinnovabile

Impianto innovativo e prototipale

- A Gas Naturale;- Tecnologia affidabile e matura;- Tempi di ritorno medi

-A fonte rinnovabile-Benefici ambientali-Incentivi nazionali

- Innovazione e rilevanza territoriale;-Know-how interno;-Alti tempi di ritorno.

TRE OPPORTUNITÀ INDAGATE



legnosi




gas naturale: 6.3 MWe


fonte rinnovabile




legnosi




Voce Valore U.d.m.

Potenza in ingresso 14,9 [MW]

Potenza termica 7 [MW] t

Potenza elettrica 6,3 [MW] el

Rendimento termico medio: 47% %

Rendimento elettrico medio 42% %



legnosi



Impianto trigenerativo a gas naturale


fonte rinnovabile



Voce Valore U.d.m.Potenza in ingresso 20 [MW]

Potenza termica 9,2 [MWt]

Potenza elettrica 8,3 [MW el]

Rendimento termico 46% %Rendimento elettrico 41% %Ore funzionamento annuo 8040 [h]Costo manutenzione 0,12 c€/kWh

Consumo di combustibile 220 g/kWe



legnosi



Impianto trigenerativo a gas naturale


fonte rinnovabile



Impianto di piccola taglia: 500 kWe

Integrazione fra opportunitàLe opportunità non sono esclusive, anzi, l’integrazione fra opportunità comporterebbe significativi vantaggi secondo il triplice punto di vista energetico, economico ed ambientale.

In particolare, dal punto di vista economico, l’integrazione fra opportunità con tempi di ritorno diversi consente l’ottenimento dei benefici di impianti ad alto tempo di ritorno, unitamente al ritorno economico di investimenti favorevoli.

Impianto trigenerativo tradizionale


fonte rinnovabile


Tempi di ritorno medi (7-8 anni)

Tempi di ritorno bassi (3-4 anni)

Tempi di ritorno elevati (10-12

anni)

Effetto sinergico: payback cumulato: 5-6

anni.



legnosi



Il progetto di efficienza energetica: indagine, analisi statistica e soluzioni

per le singole aziende

Individuare interventi di risparmio energetico e ridurre il livello di incertezza nella formulazione di strategie, decisioni e azioni in campo energetico-ambientale, mediante l’utilizzo di un approccio che consenta di effettuare una valutazione comparativa delle diverse possibili opzioni disponibili per ridurre la spesa energetica

Lo studio: finalità

FINALITÀ

METODOLOGIA

IL PROGETTO

OPPORTUNITÀ

Valutare prestazioni operative, ovvero l’influenza della, installazione, gestione degli impianti, dei flussi di materie prime, di energia e di emissioni sui risultati energetici ed ambientali dell’attività.

Valutazione delle prestazioni gestionali, ovvero l’influenza della struttura organizzativa e della gestione delle risorse sui risultati energetici ed ambientali dell’attività

Perchè il metodo degli indicatori?

Abitudine aziendale all’utilizzo di indicatori assoluti per la valutazione dello stato di fatto (consumi di materie prime, consumi energetici, ecc.)

L’utilizzo si indicatori consente, di semplificare, quantificare, analizzare e comunicare informazioni complesse rendendole più fruibili al decision maker

Definizione di indicatori specifici che permettono il monitoraggio e confronto di specifiche prestazioni aziendali :

FINALITÀ

METODOLOGIA

IL PROGETTO

OPPORTUNITÀ

Indicatori di risposta: valutano l’efficienza e l’efficacia delle politiche o dei comportamenti adottati dalle aziende;

Indicatori di contabilità ambientale: intesi come intensità delle risorse utilizzate;

Indicatori di flusso: descrivono ingresso ed uscita dei principali cicli ecologici (acqua, energia, materie prime, rifiuti, emissioni).

FINALITÀ

METODOLOGIA

OPPORTUNITÀ

La metodologia

IL PROGETTO

CONFRONTA- BILI?

Termina Diagnosi

Approccio tecnico

Approccio statistico

Interventi di razionalizzazione

energetica

Analisi economica

Priorità interventi

NO Opportunità diInnovazione energetica

Analisi economica

Priorità interventi

SI

Indicatori effettivi

Audit energetico

modalità

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Analisi di Processo

Analisi di letteratura

Indicatori di

riferimento

Opportunità specifiche e

settoriali

Pianificazione e opportunità sistemiche

FINALITÀ

METODOLOGIA

OPPORTUNITÀ

La metodologia: il questionario

IL PROGETTO

QUADRO A: Informazioni generali sull'azienda

QUADRO D: Dati energetico-ambientali

QUADRO E: Impianti, tecnologie e dati di funzionamento

QUADRO B: Attività produttiva QUADRO C: Materie prime, semilavorati, prodotti ausiliari e prodotti finiti

Individuazione dei parametri gestionali, non immediatamente imputabili al ciclo produttivo

Visione quantitativa globale dell’influenza di ogni fase produttiva sugli aspetti energetico-ambientali significativi.

Caratterizzazione dell’assetto impiantistico di ogni fase, dalla indicazione dei coefficienti di utilizzo, ai dati di targa e alla vita residua di ogni macchinario

Gli indicatori di risposta e di contabiltà

Formula UdM Definizione

Ce/Cth - Rapporto fra i consumi di elettricità (Ce) ed energia termica (Cth), indice della struttura dei consumi energetici;

Ctot/RE kWh/€ Rapporto fra i consumi energetici totali (Ctot = Ce + Ct) ed il fattuarato annuale (RE), indice dell’intensità energetica del businees aziendale;

Cth/FA kWh/m2

Rapporto fra i consumi termici aziendali (Cth) e la superficie dello stabilimento (FA), indice del consumo energetico specifico relativo al riscaldamento ambientale;

PE/TE Rapporto fra il numero di addetti relativo al ciclo produttivo (PE) e quello totale dell’azienda (TE), indice del grado di automazione dell’azienda;

Ctot/TH kWh/h Rapporto fra i consumi totali (Ctot) e le ore totali lavorate(TH), indice dell’intensità energetica oraria aziendale;

Cw/RE m3/€ Rapporto fra i consumi idrici(Cw) ed il fatturato aziendale (RE), indice dell’intensità dell’utilizzo idrico dell’attività aziendale;

Cw/ Ctot m3/kWh

Rapporto fra i consumi idrici (Cw) ed I consumi energetici totali(Ctot), indice di intensità dell’utilizzo idrico rispetto a quello energetico dell’azienda;

Ctot/TE kWh/hd

Rapporto fra i consumi energetici totali (Ctot) ed il numero totale di addetti (TE), indice dell’intensità energetica per personale impiegato;

Ctot/PE kWh/hd

Rapporto fra i consumi totali (Ctot) ed il numero totale di addetti relativi al solo ciclo produttivo (PE), indice dell’intensità energetica pro capite rispetto al solo ciclo produttivo aziendale;

FINALITÀ

METODOLOGIA

OPPORTUNITÀ

IL PROGETTO

N o n te rm o p la s ti 2 0 0 5

C o m s u m o E E (k w h ) = 2,1 3 0 1 E 5 + 0 ,7 51 * x; 0 ,9 5 C on f.In t .C o m s u m o E E (k w h )* = 3 ,2 59 3 E 5 + 0 ,8 6 7 1 * x

7 0 0 01, 66 8 E5

3 ,5 7 E 55 ,8 3 E 5

1 ,0 5 2 1 E 61 ,2 3 6 6 E 6

1 ,8 8 8 E 6

C o n s u m o MP (k g )

5 0 6 0

1 ,8 3 7 8 E 5

5 ,8 8 9 5 E 5

8 ,0 4 6 5 E 5

1 ,4 0 3 4 E 6

1 ,9 3 3 7 E 6

Co

msu

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kwh

)

C o n s u m o M P (k g ) :C o m s u m o E E (kw h ) : r 2 = 0 ,5 5 2 4 ; r = 0 ,7 4 3 3 ; p = 0 ,0 3 4 6 ; y = 2 ,1 3 0 1 E 5 + 0 ,7 5 1 * x

Analisi statistica di regressione

FINALITÀ

METODOLOGIA

OPPORTUNITÀ

IL PROGETTO

Audit energetico a 35 imprese della provincia di Pordenone

Campione non omogeneo- Settore di appartenenza- Dimensioni- Costi energetici e rilevanza relativa dei medesimi

FINALITÀ

METODOLOGIA

OPPORTUNITÀ

IL PROGETTO

STATISTICHE DESCRITTIVE

INDICATORI SPECIFICIConfronto, monitoraggio e valutazione delle performance

Formula UdM Definizione

Ce/Cth - Rapporto fra i consumi di elettricità (Ce) ed energia termica (Cth), indice della struttura dei consumi energetici;

Ctot/RE kWh/€ Rapporto fra i consumi energetici totali (Ctot = Ce + Ct) ed il fattuarato annuale (RE), indice dell’intensità energetica del businees aziendale;

Ctot/TE kWh/hd

Rapporto fra i consumi energetici totali (Ctot) ed il numero totale di addetti (TE), indice dell’intensità energetica per personale impiegato;

Ctot/PE kWh/hd

Rapporto fra i consumi totali (Ctot) ed il numero totale di addetti relativi al solo ciclo produttivo (PE), indice dell’intensità energetica pro capite rispetto al solo ciclo produttivo aziendale;

Cth/FA kWh/m2

Rapporto fra i consumi termici aziendali (Cth) e la superficie dello stabilimento (FA), indice del consumo energetico specifico relativo al riscaldamento ambientale;

PE/TE Rapporto fra il numero di addetti relativo al ciclo produttivo (PE) e quello totale dell’azienda (TE), indice del grado di automazione dell’azienda;

Ctot/TH kWh/h Rapporto fra i consumi totali (Ctot) e le ore totali lavorate(TH), indice dell’intensità energetica oraria aziendale;

Cw/RE m3/€ Rapporto fra i consumi idrici(Cw) ed il fatturato aziendale (RE), indice dell’intensità dell’utilizzo idrico dell’attività aziendale;

Cw/ Ctot m3/kWh

Rapporto fra i consumi idrici (Cw) ed I consumi energetici totali(Ctot), indice di intensità dell’utilizzo idrico rispetto a quello energetico dell’azienda;

0 ,5 1 ,0 2 ,0 5 ,0 10 ,0 15 ,0 20 ,0 25 ,0 30 ,0 35 ,0 40 ,0

C E /C T

0

2

4

6

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0,1 1 ,0 10 ,0 100 ,0 1000,0

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No

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FINALITÀ

METODOLOGIA

OPPORTUNITÀ

IL PROGETTO

INDICATORI

Analisi di Regressione

F a ttu ra to1:N Addetti: r2 = 0 ,9612; r = 0 ,9804; p = 0 ,0000001; y = 65,3761 + 2 ,8027E-6*x

-5E7 0 5E7 1E8 1,5E8 2E8 2,5E8 3E8 3,5E8

F attura to1

0

200

400

600

800

1000

N A

ddet

ti

V-1

V-2

R2

Ctot RE 0,879

Ctot TH 0,771

Ce RE 0,734

TE RE 0,961

PE RE 0,862

Ct FA 0,844

Ctot Cw 0,706

TH RE 0,892

Analisi di regressione settoriale: settore metalmeccanico

Analisi di regressione settoriale: settore della plastica e del legno

FINALITÀ

METODOLOGIA

OPPORTUNITÀ

IL PROGETTO

Identificazione delle opportunità di razionalizzazione e innovazione

Tipologia di opportunità individuate:

Opportunità generali, applicabili a molteplici e diversificate aziende del campione;

Opportunità specifiche per le azienda presenti nel campione;

Opportunità settoriali, comuni ad uno specifico gruppo di aziende;

Opportunità sistemiche, relative ad un cluster di aziende particolarmente rilevante.

FINALITÀ

METODOLOGIA

OPPORTUNITÀ

IL PROGETTO

OPPORTUNITÀOpportunità generali, specifiche, settoriali

Settore Opportunità Caratteristiche principaliGenerica Impianti fotovoltaici Da 5 a 100 kW di picco, dimensionati rispetto ai

fabbisogni aziendaliGenerica Illuminazione Utilizzo di lampade fluorescenti compatte, LED, o

impianti a vapore di sodio, in funzione dell’efficienza energetica, la resa in colore (CRI) e la temperatura della luce (CCT).

Generica Motori elettrici, compressori

Manutenzione corretta e dimensionamento, controllo del fattore di carico. Recupero energetico dai compressori (fino all’80% di energia dissipata), controllo della rete di distribuzione dell’aria compressa tramite rilevatori ultrasonici;

Specifica, Cementificio

Recupero energetico dai gas al camino

Gas in uscita a 350°C, recuperabili tramite un gruppo ORC con annessa produzione di energia elettrica;

Specifica, Cementificio

Isolamento del forno rotante

Isolamento del forno rotante tramite lana minerale, energia in ingresso recuperabile 3-4%.

Specifica, Metallurgico

Recupero energetico dai gas al camino

30.000 Nm3 a 700 °C energia recuperabile, utilizzo di materiali a cambiamento di fas (PCM) per il controllo delle fluttuazioni dei flussi e produzione elettrica integrata tramite un impianto ORC da 500 kWe.

Specifica, Lattiero caseario

Impianto cogenerativo

Soluzione ideale per fabbisogni complementari (termico ed elettrico) del ciclo produttivo. Potenza stimata: 750 kWe, motore endotermico a gas naturale. Risparmi stimati: 250 k€/anno; Payback: 3-4 anni

Settoriale, Plastiche

Presse ad iniezione elettrica

Risparmio energetico fino al 70% a seconda dei tempi ciclo, del tipo di pezzo e del materiale a fronte di un investimento superiore del 20% rispetto al tradizionale sistema idraulico.

FINALITÀ

METODOLOGIA

OPPORTUNITÀ

IL PROGETTO

OPPORTUNITÀSistemiche

FINALITÀ

METODOLOGIA

OPPORTUNITÀ

IL PROGETTO

• Opportunità di sistema: – Il beneficio ottenibile per il “sistema” è maggiore

dei singoli benefici relativi alle aziende;– Soluzioni complesse: progettazione dettagliata,

approccio necessariamente multi-disciplinare che coinvolga aspetti tecnologici, ambientali e normativi;

• Due maggiori opportunità individuate nello studio:

VALORIZZAZIONE ENERGETICA

DEI RIFIUTI LEGNOSI

VALORIZZAZIONE ENERGETICA

DEI RIFIUTI LEGNOSI





Forno elettrico ad arco:Utilizzo di masse termiche inerziali

ai fini del recupero energetico dagli effluenti gassosi

Enti coinvolti nella ricerca

Obiettivo del lavoro svolto

• Dipartimento di Ingegneria Elettrica Gestionale e Meccanica• Eco-D Srl: studio di progettazione e realizzazione di impianti siderurgici

• Proporre una soluzione ingegneristica per il recupero energetico dagli effluenti gassosi di un forno elettrico ad arco, sfruttando il differimento termico, ovvero il disaccoppiamento temporale tra flussi energetici in ingresso ed uscita ad un apposito recuperatore mediante l’utilizzo di materiali bassofondenti

Forno elettrico ad arco (EAF)

Elettrodi

Volta mobile

Arco elettrico

Bagno fuso

Crogiolo cilindrico

Quarto foro

Impianto di depurazione fumi

Cappa

EAFLF

FerroalloysVD

Station

Cassa polveri

WCD

Ciclone

Filtro a maniche

Camino

QT

Bilancio energetico dell’EAF• Il consumo energetico del settore siderurgico, di

cui una parte consistente è a carico del EAF, rappresenta il 20% dell’energia consumata nel settore industriale Bilancio energetico di un forno EAF, da fonte Ferriere Nord

EAF con capacità di colata 70 t

Energia introdotta nel reattore ≈ 50 MWh

Energia disponibile per il recupero energetico

Energia fumi ≈ 10 MWh

L’idea di base

Portate linea fumi EAF:

Molto elevate

Grande variabilità delle temperature

impossibilità di effettuare un recupero tramite un semplice scambiatore di calore ad attraversamento

Materiali bassofondenti

Accumulo e cessione calore latente

PCM

Flusso energetico variabile

Flusso energetico costante

Disaccoppiamento temporale

fusione solidificazione

Gruppo ORC

Scelta del posizionamento del differitore

Al di sopra della Settling chamber in modo da:

• Sostituire i pannelli raffreddati ad acqua attualmente presenti

• Non comportare modifiche invasive al layout tipico di una linea fumi

• Disporre di una superficie, per lo scambio termico, di estensione pari a 35 m2

A

A

Sez. A - A

Scambiatore:scorre il fluido

transfer

Lato Fumi

Valutazione delle potenze scambiate tra fumi e PCM

• Profilo di temperature dei fumi relativo ad una sezione rappresentativa della Settling chamber (fonte Eco-D)

• Andamento del coefficiente di scambio termico globale

• Scelta dei materiali PCM da utilizzare

Irraggiamento

Convezione

T max = 1224 KT media = 860 K

Analisi possibili materiali

Piombo:

• conducibilità termica: 34,75 W/(mK)

• temperatura fusione = 327 °C

Sale fuso (miscela di Nitrato di Potassio e Sodio):

• utilizzato nei recenti impianti termodinamici solari

• conducibilità termica molto bassa: 0,54 W/(mK)

• costo contenuto: 0,5 €/Kg

• bassa densità: 1800 kg/m3

• temperatura fusione = 238 °C

• temperature max di esercizio = 600 °C

Calcolo della quantità di PCM necessaria

Vincoli tecnologici:

Ti = 420 K

p= 4 bar

• conoscendo l’energia in ingresso lato fumi

Quantità di PCM da utilizzare

Esposizione risultatiSeconda configurazione:

Andamento temperature e fronti di fusione con v = 0,25 m/s

Esposizione risultatiTerza configurazione:


Soluzione impiantistica

Agendo sulle pompe si riesce a gestire il sistema

Conclusioni• Le configurazioni potenzialmente adatte al recupero energetico degli effluenti gassosi sono la seconda e la terza, con la differenza che solo quest’ultima permette la regolazione delle potenze estratte in base alle esigenze di gestione dell’apparato.

• In entrambi i casi la quantità di piombo utilizzata fonde e solidifica completamente con frequenza imposta dall’andamento e dalla ripetibilità delle temperature dei fumi, si può quindi affermare che la quantità di piombo utilizzata è adeguata per il raggiungimento dell’obiettivo prefissato.

• La seconda e la terza configurazione permettono di asportare una potenza media pari a 1MWt

• Ipotizzando un rendimento di conversione del 10% si ricava una potenza elettrica di 100 kWe

• Da una valutazione economica condotta, considerando il prezzo della corrente elettrica prodotta e il guadagno ottenuto con il contributo dei Certificati Bianchi, si ottiene un introito di circa 75000 €/anno

• Considerando il prezzo della materia prima necessaria e il costo dell’impianto ORC, il rientro del capitale investito previsto è di 3-4 anni

Conclusioni• D’altro canto l’utilizzo del sale associato al piombo ha permesso di sfruttarne solo le caratteristiche di bassa conducibilità termica, utili eventualmente per un isolamento dei tubi dello scambiatore

• Infatti la quantità di sale inizialmente utilizzata è stata gradualmente ridotta ottenendo delle configurazioni in cui la quantità di sale è marginale

Sviluppi futuri• Investigare sulla possibilità di applicare un recupero energetico concepito con le soluzioni impiantistiche e le tecnologie utilizzate nel settore termodinamico solare. Ovvero utilizzando il sale fuso come fluido termovettore facendolo defluire, allo stato liquido all’interno dei tubi in sostituzione dell’acqua.

• Valutare la possibilità di effettuare un recupero energetico esteso non solo alla superficie superiore della camera ma anche alle pareti laterali in modo da aumentare le superfici di scambio termico quindi la potenza asportata e la calmierazione degli effluenti gassosi

• Realizzazione di un prototipo per la convalidazione delle simulazioni

Gioacchino NardinDipartimento di Energetica e Macchine

Università degli Studi di Udine

FONDAZIONE INTERNAZIONALE TRIESTE PER IL PROGRESSO E LA LIBERTÀ DELLE SCIENZE

TRIESTE INTERNATIONAL FOUNDATION FOR SCIENTIFIC PROGRESS AND FREEDOM

Grazie per l’attenzione

gioacchino nardin dipartimento di energetica e macchine università degli studi di udine 14 aprile...

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