Il calcolo dell'efficienza energetica nelle nuove BAT Conclusions e i livelli associati Esempi di casi semplici e casi particolari Lorenzo Ceccherini

Il calcolo dell’efficienza energetica
 nelle nuove BAT Conclusions e i
 livelli associati

 Esempi di casi semplici e casi
 particolari
 Lorenzo Ceccherini

Sommario

• Efficienza energetica nelle BAT Conclusions - i tre casi
• Performance test e valori di design
• Condizioni al contorno del calcolo
• Le due formule
• Esempi di calcolo: caso semplice e caso complesso
• Differenze con l’R1

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Energy Efficiency in Waste Incineration BREF Final Draft
“I BAT-AEEL riportati nelle presenti conclusioni sulle BAT per l’incenerimento dei rifiuti non pericolosi
diversi dai fanghi di depurazione e dei rifiuti di legno pericolosi sono espressi come: :
• Efficienza elettrica lorda, nel caso di un impianto di incenerimento o di una parte di un impianto di
 incenerimento che produce elettricità mediante una turbina a condensazione;
• Efficienza energetica lorda, nel caso di un impianto di incenerimento o di una parte di un impianto di
 incenerimento che:
 • produce solo calore, o
 • produce elettricità mediante una turbina di contropressione e calore con il vapore in uscita dalla
 turbina.
 Caso 1 – impianti
orientati produzione di
 elettricità
 Caso 2 – impianti + Impianti CHP
orientati alla produzione
 del calore
 Turbina a condensazione

 Turbina a contropressione

 Caso 2 NON Capace di espandere
 tutto il vapore in turbina
 Solo elettricità Solo calore Capace di
 Caso 1 Caso 2 espandere tutto il
 vapore in turbina Impianto ibrido
 Caso 1 Caso 3 3

Energy Efficiency – BAT 2: monitoraggio

“BAT 2. La BAT consiste nel determinare l’efficienza elettrica lorda, l’efficienza
energetica lorda o il rendimento della caldaia dell’impianto di incenerimento
nel suo insieme o di tutte le parti dell’impianto di incenerimento interessate.
Descrizione
«Nel caso di un nuovo impianto di incenerimento o dopo ogni modifica di un
impianto di incenerimento esistente che potrebbe incidere in misura significativa
sull’efficienza energetica, si determina l’efficienza elettrica lorda, l’efficienza
energetica lorda o il rendimento della caldaia mediante l’esecuzione di una prova
di prestazione a pieno carico. Nel caso di un impianto di incenerimento
esistente che non sia stato sottoposto a una prova di prestazione, o qualora non sia
possibile eseguire una prova di prestazione a pieno carico per ragioni tecniche, è
possibile determinare l’efficienza elettrica lorda, l’efficienza energetica lorda o il
rendimento della caldaia tenendo conto dei valori di progettazione alle condizioni
della prova della prestazione. Per quanto riguarda la prova di prestazione, non
sono disponibili norme EN per la determinazione del rendimento della caldaia negli
impianti di incenerimento. Per gli impianti di incenerimento a griglia è possibile
avvalersi della linea guida RL 7 del FDBR”

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WI BREF – Capitolo 3 – in inglese

• The energy efficiency data presented in this section are in principle
 derived from the performance test that the plant underwent to
 check its real performance when it was first commissioned or after
 significant changes. However, the performance test data were not
 available in all cases: while performance tests are generally carried
 out for furnaces/boilers and for turbo-generator sets, this is not the
 case for district heating heat exchangers or for direct export systems
 for steam or hot water.

• The nominal design values initially provided by the suppliers and/or
 updated operating data were used as an alternative

Prova di prestazione a pieno carico

Una prova di prestazione a pieno carico viene eseguita normalmente su:
• Caldaia (eg. con FDBR RL 7, che adatta EN 12952-15 all’incenerimento dei rifiuti)
• Turbina e.g. con IEC 60953-1/2 o DIN 1943
E verifica che questi possano raggiungere i parametri e le funzioni
garantite come previsto, e di solito viene eseguita dopo il periodo di
messa in servizio o il retrofit di un impianto.
Non viene eseguito una prova di prestazione su:
• Scambiatori per teleriscaldamento
• Sistema di export vapore
Per queste parti, sono utilizzati i valori di design

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Implementazione del WI BREF: possibili situazioni
 Impianto esistente –
 Impianto esistente – con
 Nuovo impianto senza modifiche
 modifiche impattanti sull’ee
 impattanti sull’ee
Definizione Impianto autorizzato per la prima «Impianto che non è un «Impianto che non è un
 volta dopo la pubblicazione delle impianto nuovo.» impianto nuovo. «
 presenti conclusioni sulle BAT o «modifica di un impianto di Nessuna modifica di un
 sostituzione integrale di un incenerimento esistente che impianto di incenerimento
 impianto dopo la pubblicazione potrebbe incidere in misura esistente che potrebbe
 delle presenti conclusioni sulle BAT. significativa sull’efficienza incidere in misura
 energetica» significativa sull’efficienza
 energetica
Prima di ottenere, Per richiedere l'autorizzazione, valori di design delle parti
aggiornare valori di design in grado di nuove in grado di rispettare i -
l’autorizzazione rispettare i BATAEEL BATAEEL
Caldaia e turbina Effettuare una prova di prestazione Effettuare una prova di Utilizzare la prova di
 a pieno carico prestazione a pieno carico prestazione esistente
 sulle parti nuove, se sulle, se possibile.
 possibile. Utilizzare la prova Altrimenti utilizzare i
 di prestazione esistente sulle valori di design
 parti esistenti, se possibile.
 Altrimenti utilizzare i valori di
 design
Scambiatori e Valori di design Valori di design Valori di design
export di vapore 7
diretto

Condizioni al contorno del calcolo WI BREF, Capitolo 3
 Definizione
 Parte: di un impianto di
 incenerimento :
 — una linea di
 incenerimento e il suo
 circuito del vapore presi
 separatamente;
 — una parte del circuito
 del vapore, collegata a
 una o più caldaie,
 convogliata a una turbina
 a condensazione;
 — il resto dello stesso
 circuito del vapore

The energy efficiency may be assessed at the level of the waste incineration plant, with the
system boundary shown in Figure, or at the level of a part of the waste incineration plant in
cases where the amounts of energy recovered by different parts of the plant cannot be
appropriately summed together for example. (FROM WI BREF, page: 271)
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Efficienza elettrica lorda – Formula caso 1
 Si applica a impianti prevalentemente orientati verso
 la produzione di elettricità:
 = × ( Τ( − ) • Impianti solo elettrici
 ℎ
 • Impianti cogenerativi in grado di espandere tutto
 Output potenza Fattore di correzione per il vapore in turbina
 elettrica su potenza tenere in considerazione
 termica in input l’uso interno di calore non deve tenere conto del calore utilizzato
 internamente quando si traduce in un'energia utilizzata
We: potenza elettrica generata, espressa in
MW; nella produzione di vapore / acqua calda dalle caldaie
Qth: potenza termica fornita alle unità di Altri fattori di correzione che possono essere usati:
trattamento termico (ad esempio i forni), • Temperatura ambiente e pressione
compreso dai rifiuti e dai combustibili ausiliari • Aging
utilizzati continuativamente (salvo ad esempio
per l’avviamento), espressa in MWth, come il Caldaia performance test: Turbina performance test:
potere calorifico inferiore.
 ∗
Qb: potenza termica prodotta dalla caldaia, Boiler Input alla
espressa in MW; turbina
 Turbina a
 condensazio
 
Qi: potenza termica (come vapore o acqua ℎ ne
calda) utilizzata internamente (ad esempio per
riscaldare nuovamente gli effluenti gassosi),
espressa in MW; 
 * Se l’input di una turbina è diverso dall’output della caldaia (ad esempio
 perché i test di prestazione sono stati effettuati in giorni diversi), i due
 valori devono essere eguagliati. Esempi nell allegato 8 del BREF 9

Gross Energy Efficiency – Formula case 2
 L’impianto è prevalentemente
 + + ℎ + orientato verso la produzione di calore:
 ℎ = • Solo produzione di calore
 ℎ • Impianti di cogenerazione dotati di
 : potenza elettrica generata, espressa in MW; turbina a contropressione
 : potenza termica esportata direttamente (come vapore o ℎ 
acqua calda) meno la potenza termica delflusso di ritorno, Heat Nominal
espressa in MW; exchanger design
 ℎ : potenza termica fornita agli scambiatori di calore primary values
sul lato primario, espressa in MW
 
Qi: potenza termica (come vapore o acqua calda) utilizzata
internamente (ad esempio per riscaldare nuovamente gli effluenti
gassosi), espressa in MW;;
Qth: potenza termica fornita alle unità di trattamento termico (ad Industrial installation
esempio i forni), compreso dai rifiuti e dai combustibili ausiliari
utilizzati continuativamente (salvo ad esempio per l’avviamento),
espressa in MWth, come il potere calorifico inferiore.
 Qde e Qhe devono essere corretti a quella
.
 parte di Potenza termica nominale fornita
 quando la turbina connessa è utilizzata a
 potenza nominale (o da test di prestazione)
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 - Per evitare sovradimensionamenti-

Consumo interno di calore ( /( − ))

Quando è uguale a 0, questo fattore moltiplicativo è uguale a 1 e quindi non ha alcun
impatto,
Se > 0, il fattore moltiplicativo è > 1 e aumenta il numero risultante dalla formula.

Esempi di Qi positive sono i seguenti
• Vapore utilizzato per surriscaldare i fumi in uscita
• Calore per il Sistema di pulizia fumi
• Soffiatori di fuliggine a vapore
• Organi meccanici a vapore (compressori, pompe)
• Riscaldamento, raffreddamento e acqua calda per edifici, strumenti, silos e serre
• calore recuperato dalla condensazione dei fumi
L’energia recuperate in questo modo può anche essere utilizzata al di fuori dell’impianto, ma siccome non c’è
altro modo di contarla nel calcolo, dovrebbe essere aggiunta all’uso interno

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BREF Waste Incineration - BATAEELs

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DATA Collection – Efficienza energetica

 Impianti data collection - BREF WI - efficienza elettrica lorda
 0,4

 0,35
 Upper - end
Energy efficiency [%]

 0,3

 0,25

 Lower - end
 0,2

 0,15

 0,1

 0,05

 0
 0 20 40 60 80 100 120 140 160

 Waste Incineration lines

Tecniche per aumentare l’efficienza energetica dell’impianto
di incenerimento

• Essiccazione dei fanghi di depurazione
• Riduzione del flusso di effluenti gassosi
• Riduzione al minimo delle perdite di calore
• Ottimizzazione della progettazione della caldaia
• Scambiatori di calore per effluenti gassosi a bassa temperatura
• Condizioni di vapore elevate
• Cogenerazione
• Condensatore degli effluenti gassosi
• Movimentazione delle ceneri pesanti secche

Efficienza energetica: problematiche possibili

 1)BATAEELs non possono essere
 raggiunti dall’impianto
 I BATAEEL non hanno lo stesso stato
 giuridico dei BATAEL (che sono
 menzionati esplicitamente nel capitolo 2
 IED).
 Il raggiungimento dei livelli potrebbe
 essere fuori dal controllo dell'operatore.
Art.15.3 (le misure elencate nella BAT 20
3. L’autorità competente fissa valori limite di potrebbero non essere sufficienti o
emissione che garantiscano che, in condizioni di applicabili)
esercizio normali, le emissioni non superino i
livelli di emissione associati alle migliori tecniche 2) Che succede se un impianto non
disponibili indicati nelle decisioni sulle
 rientra né nel caso 1 né nel caso 2?
conclusioni sulle BAT

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Casi particolari : impianti ibridi – caso 3
Esistono casi speciali, in cui né l'una né l'altra formula possono applicarsi completamente all’impianto.
Esempi di casi speciali sono:

• Un impianto in grado di espandere solo una parte del vapore nella turbina a condensazione
• Un impianto che ha contemporaneamente una turbina a condensazione e una turbina a
 contropressione.
 Come si risolve il calcolo in questi casi?
 Una soluzione potrebbe essere dividere l’impianto in più parti

 backpressure Caso 2
 turbine Esempio: due
 turbine in parallelo.
 ℎ BOILER HE
 Qth deve essere
 diviso tra le due
 Condensing
 turbine turbine.
 Caso 1
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Esempio di calcolo – caso ibrido

 BOILER SETUP:
 • Una turbina ad alta pressione
 • Turbina a bassa pressione dove
 espande solo parte del vapore
 HP LP
 • La restante parte del vapore è
 mandata ad un’industria vicina
 Steam to industry
 Condenser

Non è possibile calcolare l'efficienza dell'intero impianto attraverso la formula
dell'efficienza elettrica lorda o dell'efficienza energetica lorda.

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Esempio di calcolo per un caso speciale
Una soluzione è dividere il flusso di vapore in due parti:

• vapore che viene completamente espanso in turbina e corrisponderà alla capacità
 del vapore che la turbina LP può espandere. Efficienza elettrica lorda

• vapore che viene successivamente esportato ad un’industria, e che passa solo
 attraverso la turbina HP, la turbina HP sarà considerata una turbina a
 contropressione virtuale. Efficienza energetica lorda

 L'elettricità prodotta dovrebbe essere divisa
 HP in base al delta entalpia del vapore nella
 LP turbina HP, che poi viene diretto all'industria
 e quella che invece si espanderà
 completamente anche nella turbina LP

 Esempi di calcolo sono
 Steam to industry contenuti nella guida CEWEP e
 nell’allegato 8 del BREF.

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Energy efficiency - difference with R1 formula

Calcolo dell’efficienza secondo le BAT Calcolo dell’R1
 • Valutare il recupero energetico effettivo
 nell'arco di un anno
• Valutare la capacità dell’impianto di recuperare energia in
 modo efficiente • Da eseguire periodicamente (ad es. Ogni 3
 anni)
• Da eseguire una sola volta o dopo qualsiasi modifica che
 possa influire in modo significativo sull'efficienza energetica
 • Stesso calcolo per tutti gli impianti di
 incenerimento dei rifiuti, indipendentemente
• Due tipi di formula a seconda del tipo di impianto (solo dall'impianto
 calore, solo elettricità, cogenerazione (dipende dalla • In base al rapporto tra la produzione
 turbina) complessiva di energia e la quantità totale di
• In base alle prove di prestazione o ai valori di progettazione
 energia fornita in input in un determinato anno
 dell'impianto (o parte di esso) • Il calore e l'elettricità sono riassunti insieme
• Il calore e l'elettricità sono sommati solo nel caso di un • Fattori moltiplicativi applicati all'elettricità
 impianto di cogenerazione dotato di turbina a prodotta (2.6, basata sull'efficienza media
 contropressione europea delle centrali a carbone) e al calore
 prodotto (1.1, efficienza termica media delle
• Nessun fattore moltiplicativo per tenere conto dell'efficienza centrali termiche)
 di riferimento di altri impianti
 • Valore di riferimento da confrontare con una
• Valore di riferimento da verificare con BATAEELS di BAT soglia per ottenere lo stato R1
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 R1 value is a benchmark value set by the
 WFD. If met, the plant is considered a
 recovery operation (non disposal) 19

Grazie per l’attenzione
Lorenzo Ceccherini
Msc Energy Engineering Domande?
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