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Fattibilità tecnico-economica di un sistema di accumulo termico a servizio di una rete di teleriscaldamento

Lo scopo del mio lavoro è lo studio di fattibilità di un sistema di accumulo di calore per l’impianto cogenerativo da 485 kW elettrici di San Felice sul Panaro, realizzato da AIMAG. Entrato in funzione il 10 marzo 2008, l’impianto rientra nella particolare categoria di impianti cogenerativi che possono beneficiare dell’incentivazione legata ai certificati verdi. Tuttavia, a dicembre 2008 l’impianto opera con un rendimento globale annuo insufficiente a garantire il riconoscimento di certificati verdi, e il margine operativo lordo annuo atteso dall’impianto risulta essere negativo.
In questo contesto, l’impiego di un sistema di accumulo termico può comportare numerosi benefici economici ed ambientali:
• L’incremento del rendimento globale dell’impianto, in quanto è possibile far operare il cogeneratore a pieno carico per un maggiore numero di ore, potendo destinare parte del calore recuperato in eccesso all’accumulo;
• Il disaccoppiamento della produzione elettrica da quella termica, che permette al cogeneratore di generare energia elettrica nelle ore del giorno in cui è maggiormente remunerata;
• L’aumento del campo di funzionamento dell’impianto, rendendo possibile il soddisfacimento della domanda di calore delle utenze quando essa è più elevata della massima potenza termica recuperabile dal cogeneratore, sfruttando il calore immagazzinato in precedenza, o quando essa è molto scarsa, evitando il ricorso alla caldaia di integrazione;
• La limitazione dell’impiego della caldaia di integrazione, ed il conseguente incremento della quota di energia termica prodotta dal cogeneratore, che ha diritto al riconoscimento di certificati verdi;
• Un funzionamento più continuo del cogeneratore, che comporta minori sprechi di energia limitando i periodi di avviamento dell’impianto e una ridotta richiesta di manutenzione.
Il funzionamento annuo dell’impianto è stato studiato grazie all’utilizzo di un foglio di calcolo Excel che simulasse ora per ora il funzionamento del cogeneratore e della caldaia di integrazione che costituiscono l’impianto. Sono stati studiati diversi regimi di funzionamento possibili per l’impianto, al fine di ricercare le condizioni operative che garantissero le migliori prestazioni e i maggiori guadagni economici. In particolare, sono stati presi in considerazione diversi criteri che imponessero all’impianto l’accensione o lo spegnimento al verificarsi di varie condizioni operative legate alla richiesta termica delle utenze e al prezzo orario dell’energia elettrica.
È stato simulato il funzionamento dell’impianto allo stato attuale e nell’ipotesi di installazione di un serbatoio di taglia compresa tra i 100 e i 2000 kWh di accumulo termico. Per ciascuna configurazione impiantistica analizzata, sono stati calcolati i valori annui previsti di diversi parametri descrittivi dell’efficienza e degli introiti economici dell’impianto. In questo modo, è stato possibile confrontare tra loro le diverse taglie del serbatoio e determinare quali risultassero più vantaggiose. I principali obiettivi dell’analisi sono stati la ricerca delle configurazioni che permettessero di ottenere un rendimento globale annuo superiore allo 0.8 e la determinazione delle taglie di serbatoio che garantissero i maggiori margini economici.
A causa della variabilità nel tempo della domanda termica delle utenze servite dall’impianto e del prezzo delle materie prime, dell’elettricità e del calore, è parso opportuno studiare il funzionamento dell’impianto ipotizzando differenti scenari futuri, caratterizzati da diversi valori di queste grandezze.
Per ogni scenario considerato, sono stati calcolati i flussi di cassa differenziali relativi all’investimento intrapreso in ciascun anno del piano di investimento. Utilizzando questi dati è stato possibile compiere una valutazione economica delle differenti proposte di investimento, ricorrendo al calcolo di diversi parametri che rendessero conto dei profitti derivanti dall’investimento, dei tempi di ritorno del capitale investito, del rischio associato all’investimento.
In tutti gli scenari considerati, anche nell’ipotesi di una generale riduzione dei prezzi nell’immediato futuro, l’investimento nella costruzione di un serbatoio di calore si è rivelato un’ottima opportunità di profitto, mostrando ridotti tempi di ritorno del capitale investito, interessanti tassi di rendimento e eccellenti indici di redditività.
Supportata dai risultati della presente analisi, AIMAG ha deciso di mettere a budget nel 2009 la costruzione di un serbatoio di accumulo termico da 35 m3.

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1 INTRODUZIONE L’impianto di San Felice sul Panaro, realizzato e gestito dalla AIMAG, ha una taglia di 485 kW elettrici ed è a servizio della rete di teleriscaldamento cittadina. Entrato in funzione il 10 marzo scorso, l’impianto rientra nella particolare categoria di impianti cogenerativi che possono beneficiare dell’incentivazione legata ai certificati verdi. Tuttavia, allo stato attuale l’impianto opera con un rendimento globale annuo insufficiente a garantire il riconoscimento di certificati verdi. Lo scopo del mio lavoro è lo studio di fattibilità di un sistema di accumulo di calore, che permetta da un lato di incrementare l’efficienza e la flessibilità dell’impianto, dall’altro di ottemperare ai requisiti per accedere ai certificati verdi. Lo studio compiuto ha avuto come punto di partenza una dettagliata analisi della situazione attuale dell’impianto, dal punto di vista impiantistico, operativo e normativo. Per avere una panoramica completa del contesto in cui l’impianto si trova a lavorare, infatti, è stato necessario, oltre a raccogliere dati sul funzionamento dell’impianto, anche prevedere i consumi delle utenze termiche servite dall’impianto nei diversi mesi dell’anno e studiare l’andamento nel tempo dei prezzi del gas naturale, dell’energia elettrica e dell’energia termica. Inoltre, a causa della particolare situazione normativa a cui è soggetto l’impianto e alle continue modifiche verificatesi negli ultimi anni, è stato indispensabile un approfondimento sulla legislazione riguardante gli impianti cogenerativi e sulle modalità di vendita dell’energia elettrica. L’analisi del funzionamento annuo dell’impianto è stata realizzata grazie all’utilizzo di un foglio di calcolo Excel che simulasse ora per ora il funzionamento del cogeneratore e della caldaia di integrazione che costituiscono l’impianto. Sono stati studiati diversi regimi di funzionamento possibili per l’impianto, al fine di ricercare le condizioni operative che garantissero le migliori

Laurea liv.II (specialistica)

Facoltà: Ingegneria

Autore: Emmanuele Ravaioli Contatta »

Composta da 207 pagine.

 

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Disponibile in PDF, la consultazione è esclusivamente in formato digitale.