come ottimizzare l`uso dell`energia nei processi industriali e negli

COME OTTIMIZZARE L’USO DELL’ENERGIA NEI
PROCESSI INDUSTRIALI E NEGLI EDIFICI
Prof.ing.
Prof
ing Giovanni Petrecca
Ordinario di Energetica Elettrica
Dipartimento di Ingegneria Elettrica
Università di Pavia
PIANO FORMATIVO LOCALE DEL PERSONALE
DELL’’ ISTITUTO
S
O NAZIONALE
O
DI FISICA
S C
NUCLEARE
PAVIA, 16/11/2011
UN APPROCCIO GLOBALE PER UN SITO PRODUTTIVO (INDUSTRIA,
TERZIARIO)
L' APPROCCIO GLOBALE ALLA GESTIONE DELL'ENERGIA ALL'INTERNO DI UNA
UNITÀ PRODUTTIVA SI BASA SULL'ESAME APPROFONDITO SIA DEI FLUSSI
ENERGETICI DAI CONFINI DEL SITO
AGLI UTENTI FINALI SIA DELLE
TRASFORMAZIONI CHE TALI FLUSSI SUBISCONO:
•
L'ENERGIA È ACQUISTATA SOTTO FORMA DI COMBUSTIBILI E DI ENERGIA
ELETTRICA ED È SPESSO TRASFORMATA SIA AI CONFINI DEL SITO
(TRASFORMATORI, CENTRALI TERMICHE) SIA IN ALTRI PUNTI INTERNI
PRIMA DI RAGGIUNGERE GLI UTENTI FINALI. I RENDIMENTI DI QUESTE
TRASFORMAZIONI DEVONO ESSERE MANTENUTI PIÙ ALTI POSSIBILE
•
I FLUSSI ENERGETICI (ENERGIA ELETTRICA A TENSIONE RIDOTTA,
VAPORE ACQUA CALDA,
VAPORE,
CALDA ACQUA FREDDA,
FREDDA OLIO CALDO,
CALDO ARIA
COMPRESSA, ETC.) SONO DISTRIBUITI AGLI UTENTI FINALI ALL'INTERNO
DEL SITO.
I SISTEMI DI DISTRIBUZIONE SONO RESPONSABILI DI PERDITE CHE
DEVONO ESSERE RIDOTTE AL MINIMO POSSIBILE (DIMENSIONAMENTO
LINEE ELETTRICHE, COIBENTAZIONI)
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• GLI UTENTI FINALI DEI FLUSSI ENERGETICI PRODUCONO BENI E / O
SERVIZI CHE COSTITUISCONO L'OUTPUT DAL SITO,
SITO SEMPRE
ACCOMPAGNATI DA RIFIUTI (SOLIDI, LIQUIDI, GASSOSI) CHE
POSSONO O NON POSSONO CONTENERE ENERGIA.
I CONSUMI ENERGETICI POSSONO ESSERE RIDOTTI IN DIVERSI MODI:
· INTRODUCENDO SISTEMI A RENDIMENTO AUMENTATO
· MIGLIORANDO I CONTROLLI
· INCREMENTANDO IL RECUPERO DI CALORE
· INCREMENTANDO IL RECUPERO DEI RIFIUTI
LA GESTIONE DELL'ENERGIA È STRETTAMENTE CORRELATA A QUELLA
DELL'AMBIENTE (LEGAME COMBUSTIONE / EMISSIONI INQUINANTI; LEGAME
RICICLAGGIO PRODOTTI INTERMEDI ALL'INTERNO DEL PROCESSO /
CONSUMI ENERGETICI DEL CICLO A PARTIRE DA MATERIE PRIME; LEGAME
TRA CONSUMI ENERGETICI PER TRATTAMENTO RIFIUTI / NATURA MATERIE
PRIME, ETC.).
AUDIT ENERGETICO E AUDIT AMBIENTALE SONO DUE STRUMENTI
INDISPENSABILI PER LA CORRETTA GESTIONE DELL'ENERGIA E
DELL'AMBIENTE.
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I CONSUMI ENERGETICI IN UNA NAZIONE INDUSTRIALIZZATA
COME L'ITALIA
TUTTI I CONSUMI ENERGETICI SONO TRASFORMATI
PRIMARIA (TONNELLATE OLIO EQUIVALENTE TEP):
IN ENERGIA
• I COMBUSTIBILI SONO TRASFORMATI IN OLIO EQUIVALENTE SULLA BASE
DEL LORO POTERE CALORIFICO (SI VEDA TABELLA DI CONVERSIONE DA
LEGGE 10 / 91)
• L'ENERGIA ELETTRICA È TRASFORMATA SULLA BASE DEI CONSUMI DI
UNA CENTRALE TERMICA CONVENZIONALE PARI A 0,23 - 0,25 kgolio PER
PRODURRE 1 kWh, QUINDI IN PRIMA APPROSSIMAZIONE:
TEP ELETTRICHE = kWh CONSUMATI / 4000
AI FINI DEI CERTIFICATI BIANCHI SI CONSIDERA UNA CENTRALE DI
RIFERIMENTO CON CONSUMI DI 0,187
0 187 kg
k olio PER PRODURRE 1 kWh
LA LEGGE 10/91 IMPONE LA PRESENZA DEL RESPONSABILE
DELL'ENERGIA PER LE AZIENDE MANIFATTURIERE CHE CONSUMANO PIÙ
DI 10000 TEP/ANNO NEL SINGOLO STABILIMENTO O COME SOMMA DEI
CONSUMI DI PIÙ STABILIMENTI AFFERENTI ALLA STESSO SOGGETTO.
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PRINCIPI DI UNA CORRETTA GESTIONE DELL'ENERGIA ALL'INTERNO DI UN SITO
LE STRATEGIE DI GESTIONE DELL'ENERGIA POSSONO ESSERE ATTUATE A DIVERSI
LIVELLI A SECONDA DELL'IMPORTANZA DELL'ENERGIA IN CONFRONTO CON GLI
ALTRI FATTORI AZIENDALI.
I PRINCIPALI ELEMENTI DA CONSIDERARE SONO:
• INCIDENZA DEI COSTI ENERGETICI SUL FATTURATO E SUL VALORE AGGIUNTO
• RIPARTIZIONE PERCENTUALE DEI CONSUMI DI ENERGIA ELETTRICA E
TERMICA
• IDENTIFICAZIONE E QUANTIFICAZIONE DEI FLUSSI ENERGETICI ELETTRICI E
TERMICI DAI CENTRI DI TRASFORMAZIONE AGLI UTENTI FINALI
• SELEZIONE DI INDICI DI CONSUMO ENERGETICO SIGNIFICATIVI PER LA
SINGOLA UNITÀ PRODUTTIVA E PER GRUPPI OMOGENEI
• POSSIBILITÀ DI RECUPERO DI CALORE
• RIPARTIZIONE PERCENTUALE DEI CONSUMI ENERGETICI TRA IMPIANTI DI
PROCESSO E DI SERVIZIO
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INCIDENZA DEI COSTI ENERGETICI SUL FATTURATO E SUL
VALORE AGGIUNTO
-L'INCIDENZA DEI COSTI ENERGETICI SUL FATTURATO POSSONO VARIARE
DA UNA QUOTA DEL
15-25% PER LATERIZI, CERAMICA, CHIMICO, VETRO
5-15% PER TESSILE, MATERIE PLASTICHE, FONDERIA, LEGNO
2 5% PER ALIMENTARE
2-5%
< 2% PER METALMECCANICO, FARMACEUTICO, ETC
-È COMUNQUE DA VALUTARE L'INCIDENZA SUL VALORE AGGIUNTO.
NEL
CASO DELL'ALIMENTARE L'INCIDENZA SUL VALORE AGGIUNTO È CIRCA IL
DOPPIO DI QUELLA SUL FATTURATO
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RIPARTIZIONE PERCENTUALE DEI CONSUMI DI ENERGIA ELETTRICA E TERMICA
E TRA IMPIANTI DI PROCESSO E SERVIZIO
TALE
RIPARTIZIONE
VARIA A SECONDA DEI
PROCESSI
PRODUTTIVI
E
CONDIZIONA I COSTI ENERGETICI.
LA RIPARTIZIONE PUÒ ESSERE EFFETTUATA SULLA BASE DEI CONSUMI IN
ENERGIA PRIMARIA ( TEP / t ).
I COSTI UNITARI ( € / TEP ) SONO DIVERSI PER LA TEP TERMICA E PER QUELLA
ELETTRICA.
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ENERGIA PER GLI USI FINALI
SETTORE INDUSTRIALE
ENERGIA
PRIMARIA
Termica
Elettrica
Totale
TEP/t
TEP/t
TEP/t
P d i
Produzione
di birra
bi
0 05
0,05
0 02
0,02
0 07
0,07
Laterizi
0,08
0,01
0,09
Cemento
0,08
0,03
0,11
Cioccolata
0,20
0,46
0,66
P d tti casearii
Prodotti
0 15
0,15
0 12
0,12
0 27
0,27
Metalmeccanico
0,30
0,63
0,93
Farinacei (pasta, etc.)
0,04
0,04
0,08
Fonderia
0,30
0,21
0,51
P
Prosciutto,
i tt salame
l
0 10
0,10
0 08
0,08
0 18
0,18
Presse a caldo
0,25
0,17
0,42
Gelati/dolci
0,10
0,17
0,27
Lavorazione del latte
0,02
0,02
0,04
M t lli non ferrosi
Metalli
f
i
0 07
0,07
0 07
0,07
0 14
0,14
Carta e cellulosa
0,15
0,10
0,25
Plastica
0,05
0,13
0,18
Gomma
0,10
1,15
1,25
Tessile (tintura)
0 75
0,75
0 17
0,17
0 92
0,92
Tessile (filatura)
0,45
1,73
2,18
Legno
0,02
(a)
0,01
(b)
0,03
(c) = (a)+(b)*0.23
Nota:
il range dei consumi è +25% o -25% dei valori medi della tabella
TEP= 0,23*MWh
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I RENDIMENTI DELLE TRASFORMAZIONI ALL'INTERNO DELL'UNITÀ PRODUTTIVA
IL RENDIMENTO MEDIO DI UNA CENTRALE TERMICA VARIA DA 85% A 90%.
CIÒ SIGNIFICA CHE UNA QUOTA VARIABILE DAL 15% AL 10% DELLA TOTALE
SPESA PER L'ENERGIA TERMICA È DISSIPATA NELLA CENTRALE TERMICA.
TERMICA
LA MAGGIOR PARTE DI TALE PERDITA SI TROVA NEI FUMI IN USCITA LA CAMINO
(PIÙ È ELEVATA LA TEMPERATURA PIÙ ELEVATE SONO LE PERDITE).
IL RENDIMENTO MASSIMO SI HA PER UN CARICO TRA IL 60% E IL 90% DELLA
POTENZA NOMINALE.
IL RENDIMENTO MEDIO DI UNA CENTRALE DI TRASFORMAZIONE ELETTRICA È
NON INFERIORE A 97 - 98%,
98% QUINDI DIFFICILMENTE MIGLIORABILE.
MIGLIORABILE IL
RENDIMENTO MASSIMO SI HA PER UN CARICO DEI TRASFORMATORI AL 50%
DELLA POTENZA NOMINALE
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LE PERDITE NELLE LINEE DI DISTRIBUZIONE INTERNE AL SITO
LE PERDITE ENERGETICHE NELLE LINEE DI DISTRIBUZIONE DI ENERGIA
ELETTRICA ALL'INTERNO DI UN SITO SONO INFERIORI A 2 - 3% DELLA TOTALE
ENERGIA CHE VI TRANSITA.
LE PERDITE ENERGETICHE NELLE LINEE DI DISTRIBUZIONE DI FLUIDI
TERMOVETTORI
(VAPORE,
ACQUA CALDA,
OLIO
CALDO,
ARIA CALDA)
ALL'INTERNO DI UN SITO POSSONO RAGGIUNGERE VALORI DEL 10 - 15%
DELLA TOTALE ENERGIA CHE VI TRANSITA IN ASSENZA DI COIBENTAZIONE E SI
RIDUCONO A 2 - 3% CON UNA OPPORTUNA COIBENTAZIONE.
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INTERVENTI SUI MACCHINARI DI PROCESSO E DI SERVIZIO
SI DISTINGUONO INTERVENTI SUI SERVIZI E SUI MACCHINARI DI
PROCESSO.
I PRINCIPALI SERVIZI SONO:
• CENTRALE TERMICA
• CENTRALE ELETTRICA CON TRASFORMATORI
• CENTRALI DI COGENERAZIONE
• CENTRALE ARIA COMPRESSA
• CENTRALE FRIGORIFERA PER PROCESSO E / O PER CDZ
• CENTRALE POMPAGGIO E POMPE VARIE
• CENTRALI CON GRUPPI DI EMERGENZA
• SCAMBIATORI DI CALORE
• IMPIANTI DI DEPURAZIONE E TRATTAMENTO SCARICHI
• IMPIANTI DI ILLUMINAZIONE
• ALTRI ...
GLI INTERVENTI POSSONO RIGUARDARE LA GESTIONE DEI SERVIZI O
TRASFORMAZIONE DEGLI IMPIANTI O RECUPERI DI CALORE.
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I MACCHINARI DI PROCESSO SONO DIVERSI A SECONDA DEI SETTORI
PRODUTTIVI MA SONO IN GENERALE BASATI SU
• LAVAGGI CON ACQUA CALDA E FREDDA
• RISCALDAMENTO CON VAPORE E / O ACQUA CALDA
• ESSICCAZIONE
• EVAPORAZIONE
• RISCALDAMENTO
• RAFFREDDAMENTO CON ACQUA E / O ARIA A TEMPERATURA AMBIENTE
• RAFFREDDAMENTO CON ACQUA GELIDA
• FORNI DI RISCALDAMENTO E / O COTTURA
• STAMPAGGI A CALDO / FREDDO
• ALTRI ...
GLI INTERVENTI RIGUARDANO LA GESTIONE DEGLI IMPIANTI, MODIFICHE
IMPIANTISTICHE O SOSTITUZIONE DI SINGOLI MACCHINARI O DI INTERE
LINEE PRODUTTIVE,, MODIFICHE AL TIPO DI MATERIE PRIME E ALLE
TECNOLOGIE PRODUTTIVE.
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VALUTAZIONE TECNICO-ECONOMICA DEGLI INVESTIMENTI
OGNI INVESTIMENTO IN CAMPO ENERGETICO DEVE ESSERE GIUSTIFICATO
SULLA BASE DELLA VALORIZZAZIONE DEL RISPARMIO STESSO.
I PARAMETRI DA UTILIZZARE SONO IL PAYBACK O ALTRI PARAMETRI CHE
UTILIZZANO METODI DI ATTUALIZZAZIONE.
ATTUALIZZAZIONE
IL RITORNO DELL'INVESTIMENTO PUÒ ESSERE MIGLIORATO QUALORA SIANO
DISPONIBILI CONTRIBUTI IN CONTO CAPITALE O FINANZIAMENTI AGEVOLATI
PER INTERVENTI DI RISPARMIO ENERGETICO.
LE PRINCIPALI POSSIBILITÀ SONO OFFERTE DALLA LEGGE 10/91 A LIVELLO
REGIONALE E DAI PROGRAMMI CEE-THERMIE.
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CONTABILITÀ ENERGETICA
UNA VOLTA OTTIMIZZATI GLI IMPIANTI E LA LORO GESTIONE È DI
FONDAMENTALE IMPORTANZA IL MANTENIMENTO NEL TEMPO DEGLI
OBBIETTIVI RAGGIUNTI E IL CONSOLIDAMENTO DI PROCEDURE DI
CONTROLLO DEI CONSUMI E DEI COSTI.
COSTI
LO STRUMENTO FONDAMENTALE PER LA CORRETTA GESTIONE
DELL'ENERGIA È LA CONTABILITÀ ENERGETICA CHE SI INTEGRA CON LA
CONTABILITÀ INDUSTRIALE OVE ESISTENTE.
LA CONTABILITÀ ENERGETICA SI BASA SULLA DISPONIBILITÀ
INFORMAZIONI SUI CONSUMI ENERGETICI E SULLA PRODUZIONE.
PRODUZIONE
DI
IL LIVELLO DI DETTAGLIO DIPENDE DALLA FINALITÀ DELLA CONTABILITÀ
ENERGETICA:
- CONTABILE
- GESTIONALE
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LE FINALITÀ DELLA CONTABILITÀ ENERGETICA E I DATI DA RACCOGLIERE
•
•
CONTABILE, AI FINI DELL'ATTRIBUZIONE DEI COSTI ENERGETICI AI SINGOLI
PRODOTTI.
IN QUESTO CASO È GENERALMENTE SUFFICIENTE UNA
PERIODICITÀ TRIMESTRALE IN QUANTO NON È PREVISTA UNA PROCEDURA DI
INTERVENTO SULLA GESTIONE DEI FLUSSI ENERGETICI A SEGUITO DELLE
INDICAZIONI EMERSE DALLA CONTABILITÀ
GESTIONALE, AI FINI DI UN CONTROLLO DELL'EVOLUZIONE DEI CONSUMI CON
L'OBBIETTIVO DI INDIVIDUARE SCOSTAMENTI DAGLI STANDARD E INTERVENIRE
DI CONSEGUENZA SULLA GESTIONE DEGLI IMPIANTI. IN QUESTO CASO È
NECESSARIA UNA PERIODICITÀ ALMENO MENSILE ( IN ALCUNI CASI
SETTIMANALE O ANCHE PIÙ FREQUENTE ).
I DATI DA RACCOGLIERE SONO:
•
•
DATI DI PRODUZIONE NELL'UNITÀ DI MISURA COMUNEMENTE ADOTTATA
DALL'AZIENDA ( m, kg, NUMERO DI PEZZI, ORE LAVORATE. GENERALMENTE
SONO DISPONIBILI CON UN BUON LIVELLO DI DETTAGLIO )
DATI DI CONSUMO ENERGETICO RILEVATI DA CONTATORI GENERALI E / O
PARZIALI. LA RIPARTIZIONE DEI CONSUMI PUÒ ESSERE STIMATA SULLA BASE
DI UN MODELLO ENERGETICO DI STABILIMENTO.
STABILIMENTO
LE ENERGIE SONO
ESPRESSE IN UNITÀ DI ACQUISTO PER LO STABILIMENTO ( kWh, ETC. ) E IN
UNITÀ TRASFORMATE PER IL SINGOLO CENTRO DI COSTO ( kgvap, ETC. ).
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PARAMETRI DI CONFRONTO
NEL CASO DI CENTRO DI COSTO STABILIMENTO PARTICOLARE ATTENZIONE
DEVE ESSERE RIVOLTA ALLA RICERCA DI UN PARAMETRO CHE CONSENTA DI
UNIFICARE LA PRODUZIONE:
• MATERIA PRIMA IN INGRESSO O SEMILAVORATO IN UNO STADIO COMUNE A
TUTTE LE PRODUZIONI ( preparazione pasta per il cioccolato,
cioccolato preparazione
impasti per i salumi, kg o m di tessuto in piegatura, etc. )
• ORE LAVORATE TOTALI QUALORA LE PRODUZIONI NON SIANO TUTTE
RICONDUCIBILI AD UNA SOLA UNITÀ DI MISURA.
NEL CASO DI CENTRI DI COSTO PER AZIENDE DI SERVIZI ( GRANDE
DISTRIBUZIONE, PUNTI DI VENDITA DISTRIBUITI, OSPEDALI, CENTRI SPORTIVI,
BANCHE, ETC. ) SI UTILIZZA GENERALMENTE IL NUMERO DEI CLIENTI, DEI
DEGENTI ETC.
DEGENTI,
ETC
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INTEGRAZIONE TRA ENERGIA ED AMBIENTE
LA GESTIONE DELL'ENERGIA NON PUÒ
Ò ESSERE CONSIDERATA DISGIUNTA DA
QUELLA DELL'AMBIENTE.
I PROBLEMI AMBIENTALI, CORRELATI ALL'ENERGIA, SONO:
•
RIFIUTI SOLIDI, SCARICHI LIQUIDI, EMISSIONI GASSOSE
•
TRATTAMENTO DEI RIFIUTI,
RIFIUTI DEGLI SCARICHI E DELLE EMISSIONI
•
RIUTILIZZO ENERGETICO DEI RIFIUTI
•
RIDUZIONE DEI CONSUMI ENERGETICI PER RIUTILIZZO DI SEMILAVORATI
NEL PROCESSO PRODUTTIVO
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