Efficientamento industriale con utilizzo di sottoprodotti di lavorazione

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Aziende &
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Dintorni
dicembre 2012
la termotecnica
a cura
di Paola
a cura di
Convert
Italia Mezzalira
Efficientamento industriale con utilizzo di sottoprodotti
di lavorazione per un’industria di lavorazione del
mobile (CER 030105)
Impianto combinato caldaia a biomassa più turbina a vapore da 200 kWe presso uno stabilimento di lavorazione del mobile, alimentato a scarti
di lavorazione di pannello truciolare e polverino risultante dal taglio. L’energia elettrica e termica prodotta in cogenerazione sarà utilizzata
totalmente per gli autoconsumi interni dello stabilimento producendo un risparmio sull’energia elettrica e termica acquistata dalla rete e nel
contempo generando un risparmio sui costi di smaltimento del sottoprodotto.
L’utilizzo di un impianto a biomassa può essere conveniente rispetto all’incentivo statale concesso per la cessione totale di energia elettrica in rete
(tariffa omnicomprensiva); l’energia prodotta viene quasi tutta utilizzata
per i fabbisogni interni di utenza. Questa situazione è particolarmente
indicata in quelle realtà industriali in cui il fabbisogno energetico è tale
da assorbire quasi tutta l’energia elettrica prodotta costantemente durante
l’intera giornata. In un’azienda in cui si lavorano pannelli truciolari per
la produzione di mobili, si dispone di biomassa di scarto risultante dai
refili, polverino e trucioli di lavorazione dei pannelli, che diventa un
ottimo combustibile per alimentare una caldaia a biomassa legnosa. Il
sottoprodotto, inoltre è non solo un combustibile a costo zero ma la sua
valorizzazione energetica consente di evitare il costo di smaltimento.
Il presente documento analizza la fattibilità tecnico-economica di un
impianto di generazione elettrica combinato con caldaia a biomassa
più turbina a vapore a servizio di un’industria di lavorazione del mobile situata nell’Italia centro-settentrionale, finalizzata all’efficientamento
energetico dei consumi interni di utenza.
CARATTERIZZAZIONE DEL SOTTOPRODOTTO
L’alimentazione dell’impianto sarà garantita dagli sfridi della lavorazione
dei mobili, provenienti dal ciclo di sezionatura dei pannelli (pannelli di
truciolare nobilitato) durante la fase di produzione dei semilavorati del
mobile. La biomassa in questione è classificata come “rifiuto speciale
non pericoloso” con codice CER 030105 in quanto non contaminato
da sostanze o preparati classificati pericolosi ai sensi della normativa
vigente in materia di etichettatura (LN 256 del 29/05/74) e in base
all’allegato 1 sub 1 del DM 05/02/98; dal DM n. 186 05/04/2006 e
in base all’allegato C del DLGS 152/06 classificati “rifiuti riutilizzabili”.
L’operazione di recupero energetico è catalogata come R1 (utilizzazione
principale come combustibile o come altro mezzo per produrre energia).
Per alimentare un impianto a turbina da 200 kWe per 8.000 ore annue
sono necessari circa 3.400 ton/anno di biomassa legnosa con un PCI di
4.067 kcal/kg medio.
Il dimensionamento dell’impianto prevede l’individuazione della potenza
elettrica installabile, la potenza termica della caldaia associata alla turbina a vapore e la quantificazione della biomassa combustibile necessaria all’alimentazione dell’impianto.
SOLUZIONE TECNICA
L’impianto proposto è formato da due sezioni: la prima sezione composta
dal sistema di combustione a biomassa solida disponibile in azienda.
La caldaia alimentata a biomassa solida è dotata di griglia mobile che
permette la corretta combustione e dotata di una sezione di abbattimento
sui fumi composta da multiciclone depolverante e un elettrofiltro per
l’abbattimento delle polveri sottili nei fumi espulsi. La seconda frazione di
impianto è costituita da una turbina a vapore monostadio operante con
vapore saturo o surriscaladato e collegata a un alternatore della potenza
elettrica di 200 kWe.
Potenza termica della caldaia a biomassa
Produzione elettrica della microturbina a vapore
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ANALISI DEI CONSUMI ELETTRICI
Dall’analisi dei consumi elettrici sostenuti dal cliente sono state estrapolate
le seguenti caratterizzazioni riguardanti i fabbisogni elettrici mensili,
la potenza elettrica impegnata e i costi sostenuti. Il cliente acquista attualmente l’energia elettrica sul mercato libero e dall’analisi delle bollette
elettriche risulta che la tariffa è composta da due voci, una ON PICK nelle
12 ore del giorno e una OFF PICK nelle 12 ore notturne e giorni festivi. Le
relative tariffe sono schematizzabili come da tabella seguente:
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L’anomalia dei consumi elettrici riscontrata nel mese di agosto è dovuta
alla chiusura estiva dello stabilimento.
VALUTAZIONE DEL RISPARMIO DI ENERGIA PRIMARIA
L’istallazione di un impianto a biomassa da 200 kWe consente di
produrre energia elettrica a integrazione per la copertura del fabbisogno del cliente.
Nel calcolo della potenza elettrica disponibile dal nuovo impianto a
biomassa si è considerato, prudenzialmente un assorbimento elettrico per gli autoconsumi pari al 15%. La potenza netta a disposizione
delle utenze è stata stimata, quindi, pari a 170 kWe.
I consumi relativi agli ultimi 12 mesi sono riassunti nel grafico seguente
e suddivisi in base alle due tariffe. La valorizzazione del kWhe è stato
ipotizzata uguale per tutti i mesi dell’anno.
La produzione elettrica dell’impianto a biomasse risulta costante sia
sulla fascia on pick (OP) sia su quella off pick (OFP). Il fabbisogno
elettrico di utenza, invece, risulta essere più basso nella fascia off
pick (OFP); questo comporta un esubero di energia prodotta in fascia
OFP, come mostrato nel grafico seguente:
La spesa sostenuta nelle due fasce di prezzo risultante dall’ultima bolletta
nell’anno 2011/2012 è risultata essere quella riportata di seguito nel
grafico:
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a cura di Paola Mezzalira
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RIEPILOGO DEI CONSUMI ELETTRICI
Nella tabella seguente è riportato il riepilogo elettrico dei consumi
di utenza e successivamente della produzione di energia elettrica
dell’impianto a biomassa da 200 kWe. Il surplus di energia elettrica
prodotto è ceduto in rete (in fascia F3) mentre a copertura completa
del fabbisogno elettrico si provvederà ad acquistare l’energia necessaria dalla rete (alle tariffe OP e OFP).
VANTAGGI DELL’INVESTIMENTO
Gli aspetti positivi di un simile investimento sono molteplici e possono
essere così riassunti:
-- mancati costi di smaltimento degli scarti di produzione;
-- riutilizzo di materiale destinato alla discarica per recupero energetico;
-- benefici ambientali, per minimizzazione di rifiuti solidi a discarica;
-- produzione di energia elettrica a basso costo;
-- semi-indipendenza dalla rete elettrica;
-- ritorno dell’investimento in 2,5 anni con mutuo bancario dell’80%
con tasso del 7,5%;
-- tir in full equity pari a 13,5%;
-- cogenerazione di calore utilizzabile ai fini del riscaldamento a
titolo gratuito.
Come si ricava dal modello di analisi, a seguito dell’installa-
La spesa residua per l’acquisto sul mercato dell’energia elettrica è
schematizzata nella tabella seguente:
zione dell’impianto a biomassa, l’elettricità acquistata dalla
rete si riduce di circa un terzo, producendo un risparmio
globale di circa 196.000 €/anno. A questo risparmio si
aggiungono circa 4.500 €/anno per vendita di elettricità
in esubero alla rete e circa 12.000 €/anno di mancato
acquisto di metano per il riscaldamento del capannone.
Al risparmio globale deve aggiungersi il mancato costo di
smaltimento del sottoprodotto di lavorazione quantificato in
61.500 €/anno circa (tariffa di smaltimento pari a 18 €/
ton). Globalmente il risparmio generabile sulla sola fornitura
elettrica è di circa 274.000 €/anno. L’investimento previsto
dell’impianto “chiavi in mano” è pari a circa 1.300.000 €
con un pay back time di circa 4,5 anni in full equity.