Energy audit of a steel mill and feasibility analysis of a cogeneration system

To face the problem of air pollution, a task made more urgent considering the growth in emissions and the rapid decarbonization required to limit the impacts of climate change, energy efficiency, combined with renewable energy and other measures, is indispensable to achieving global climate targets. Energy efficiency is the first fuel of a sustainable global energy system, which can mitigate climate change, improve energy security and grow economies while delivering environmental and social benefits. The goal of the present work is to provide possible solutions achievable in the field of energy efficiency for the industrial sector, by means of the Energy Audit implementation for two case studies. This Energy Audit allows to analyse the energy management and how the energy vectors are used from purchase point to final usage. By doing so, there is a great opportunity to identify waste, to reduce costs of bill and improve energy efficiency. In the following of the work it will be presented the analysis for two sites of a steel mill describing the overall consumption divided for each energy vector. Data for the Audit have been directly taken by the company. With the rank of large-consuming utilities, it could be identified the weak areas of the company in terms of energy management and by doing so, it can be a push to invest into the field of efficiency. Finally, for one of the two sites, it has been implemented a feasibility study of a cogeneration system to be installed in order to exploit the waste heat related to the simultaneous electric power production. The analysis is made by means of a model developed for CHP pre-sizing. Through this system, it can be accomplished environmental and reliability-related benefits but also economic profitability.

La diagnosi energetica è lo strumento più qualificato per analizzare il quadro della gestione energetica di un’attività (settore industriale, dei servizi, primario e terziario) e rappresenta una valutazione sistematica di come sia utilizzata l’energia dal punto in cui essa viene acquisita al suo punto di utilizzo finale. In particolare, la diagnosi energetica identifica come i vettori energetici entrano nell’impianto, come sono ripartiti e utilizzati, e come potrebbero essere usati in maniera più efficiente. L’obiettivo del presente lavoro di tesi è stato quello di realizzare la diagnosi energetica per due siti produttivi in ambito industriale, al fine di proporre interventi di efficientamento energetico. Nei due casi studio vengono riportati i consumi attribuibili alle utenze, suddivisi in attività principali, servizi ausiliari e servizi generali per tutti i vettori energetici utilizzati in azienda. In seguito, l’analisi si concentra sulla ricerca di indicatori energetici per la valutazione dei consumi specifici rispetto alla quantità di prodotto realizzato. I dati utilizzati per la diagnosi, sono stati forniti direttamente da contatti con i Responsabili dello stabilimento e da strumenti di misura già installati negli anni precedenti. Tra i possibili interventi di miglioramento, è risultato di particolare interesse l’installazione di un’unità cogenerativa all’interno di uno dei due siti in esame. A sostegno di questa possibilità, è stata analizzata la fattibilità tecnico-economica tramite un modello che tenga conto dei carichi elettrici e termici richiesti e della logica di funzionamento ottimale. Lo strumento di calcolo considera in ingresso dati di targa adimensionali, in modo tale da avere come output delle simulazioni l’effettiva taglia della macchina con l’obiettivo di ottimizzare il ritorno economico. Il risultato finale, sottolinea come l’intervento proposto, rappresenti una buona possibilità per l’Impresa di ridurre il consumo annuale di risorse energetiche e, conseguentemente migliorare la propria situazione economica.