Analisi di fattibilità di un impianto di trigenerazione : dall'approccio generale al caso pratico di Casone S.p.A.

The basis of this work is the analysis of a trigeneration unit, i.e. a plant capable of producing electrical, thermal and cooling energy through the use of a prime mover, an electrical generator, a heat recovery system, a refrigeration system and electrical interconnections. In order to give a more concrete character to the work, a feasibility study was also carried out on a 1.2 MW electric plant carried out by Gruppo AB S.p.A., which allowed me to carry out an internship at their offices, for the production plant of Casone S.p.A., a company founded in 1973 in the province of Parma, specialising in the creation of plastic containers. I would like to thank both of the above mentioned companies for allowing me to access their personal data in order to write my masterful thesis. The motivation that led me to address this topic is certainly my interest in the theme of energy efficiency and the benefits it generates at an economic and social level. The simultaneous production of electrical and thermal energy, in fact, ensures a reduction in the fuel used compared to that required for classic energy supply systems, ie gas boilers for thermal energy and the purchase from the network for electricity. This phenomenon leads to a decrease in the cost of energy and in the emissions produced by the combustion of natural gas. The technology applied to cogeneration units larger than a few dozen kilowatts has reached a certain maturity and guarantees excellent efficiency, both electric and thermal. The objective of the following paper is to demonstrate that cogeneration plants can represent a valid alternative to renewable sources, so driven by the Italian Government in the last decade and proposed almost exclusively as the only solution to the problem of pollution. Chapter 1 starts with a description of the Italian energy scenario and how it has changed over time, making a distinction between production from conventional and renewable sources. Subsequently, we moved on to the analysis of the incentive mechanisms granted by the state, both for plants that use renewable sources, and for plants CAR (High Yield Cogeneration). Finally, it is illustrated how the incentives in support of renewables are charged to the electricity bill as a fixed cost for each user connected to the grid, creating problems of an economic nature, especially for companies with high electricity consumption. At this point, it is demonstrated that, for users with certain characteristics, cogeneration can be a valid solution. Chapter 2 starts with an analysis of the advantages and disadvantages of this technology and also illustrates the fields of application for which it can be used. The next step is to discuss the principle of operation of the plant, broken down into its parts, and the description of the functional diagram. Finally, the procedure to be carried out to connect the generator in parallel to the network and the working mode in island and Black Out Start are described. Chapter 3 provides a useful analysis to understand why and how to carry out a feasibility study. In fact, it describes step by step the points to be addressed to develop a proper assessment of revenues and costs related to the installation of the system. It will also define the economic indicators useful for assessing the investment. Chapter 4 consists of an economic analysis of the trigeneration plant installed at the Casone S.p.A. plant. Both the technical aspect (choice of plant size) and the economic indicators defined in the previous chapter will be evaluated. Finally, the conclusion will show us that the cogeneration/trigeneration technique can be a solution for companies that see the cost of electricity absorbed by the grid as a problem for their revenues.

Alla base di questo elaborato vi è l’analisi di un’unità di trigenerazione, ovvero un impianto in grado di produrre energia elettrica, termica e frigorifera attraverso lo sfruttamento di un motore primo, un generatore elettrico, un sistema di recupero termico, un sistema di refrigerazione e interconnessioni elettriche. Per dare un carattere più concreto al lavoro, si è inoltre effettuato lo studio di fattibilità di un impianto da 1,2 MW elettrici realizzato da Gruppo AB S.p.A., che mi ha permesso di effettuare un tirocinio presso i loro uffici, per lo stabilimento di produzione di Casone S.p.A., azienda fondata nel 1973 in provincia di Parma, specializzata nella creazione di contenitori in plastica. Ci tengo a ringraziare entrambe le aziende sopra citate per avermi permesso di accedere ai loro dati personali al fine di redigere la mia tesi magistrale. La motivazione che mi ha spinto ad affrontare questo argomento è sicuramente il mio interesse nei confronti del tema dell’efficienza energetica e nei vantaggi che essa genera a livello economico e sociale. La produzione simultanea di energia elettrica e termica, infatti, garantisce una riduzione del combustibile utilizzato rispetto a quello necessario ai classici sistemi di approvvigionamento energetici, ovvero caldaie a gas per l’energia termica e l’acquisto dalla rete per energia elettrica. Tale fenomeno porta alla diminuzione del costo dell’energia e delle emissioni prodotte dalla combustione del gas naturale. La tecnologia applicata a unità cogenerative di taglia superiore a qualche decina di kilowatt ha raggiunto una certa maturità e garantisce un’ottima efficienza, sia elettrica che termica. L’obiettivo del seguente elaborato è quello di dimostrare che, gli impianti di cogenerazione possono rappresentare una valida alternativa alle fonti rinnovabili, tanto spinte dal Governo Italiano nell’ultimo decennio e proposte quasi esclusivamente come l’unica soluzione al problema dell’inquinamento. Il capitolo 1 inizia con la descrizione dello scenario energetico italiano e di come esso sia cambiato nel corso del tempo, facendo una distinzione tra produzione da fonti convenzionali e da fonti rinnovabili. Successivamente, si è passato all’analisi dei meccanismi di incentivazione concessi dallo stato, sia per impianti che sfruttano le fonti rinnovabili, sia per impianti CAR (Cogenerazione Alto Rendimento). Infine, si illustra come gli incentivi a sostegno delle rinnovabili vadano a gravare sulla bolletta elettrica come costo fisso per ogni utente connesso alla rete creando dei problemi di natura economica, specialmente per aziende con elevati consumi elettrici. A questo punto, si dimostra che, per utenti con determinate caratteristiche, la cogenerazione può essere una soluzione valida. Il capitolo 2 inizia con l’analisi dei vantaggi e gli svantaggi di tale tecnologia, illustrandone inoltre i campi di applicazione alla quale essa può essere destinata. Successivamente, si passa alla trattazione del principio di funzionamento dell’impianto, scomposto in ogni sua parte, e alla descrizione dello schema funzionale. Viene infine descritta la procedura da effettuare per connettere il generatore in parallelo alla rete e la modalità di lavoro in isola e Black Out Start. Il capitolo 3 fornisce un’analisi utile a comprendere perché e come effettuare uno studio di fattibilità. Esso infatti descrive tappa per tappa i punti da affrontare per sviluppare una corretta valutazione dei ricavi e dei costi relativi all’installazione dell’impianto. Si definiranno, inoltre, gli indicatori economici utili alla valutazione dell’investimento. Il capitolo 4 consiste nell’analisi economica relativa all’impianto di trigenerazione installato presso lo stabilimento di Casone S.p.A. Si valuteranno sia l’aspetto tecnico (scelta della taglia dell’impianto), sia gli indicatori economici definiti nel capitolo precedente. La conclusione ci mostrerà infine, che la tecnica della cogenerazione/trigenerazione può essere una soluzione per le aziende che vedono nel costo dell’energia elettrica assorbita dalla rete un problema per i propri ricavi.