OTTIMIZZAZIONE DI GESTIONE DI IMPIANTI DI COGENERAZIONE E TRIGENERAZIONE
Nel seguente caso di studio è illustrata la modalità di ottimizzazione di gestione di impianti di cogenerazione e trigenerazione.
La cogenerazione
La cogenerazione è la produzione combinata di energia elettrica e termica a partire da un’unica fonte primaria, tipicamente di origine fossile. Grandi infrastrutture industriali e civili ricorrono all’utilizzo di macchine frigorifere ad assorbimento alimentate dalla medesima energia termica messa a disposizione dalla cogenerazione. Tali infrastrutture richiedono aria o acqua refrigerata non solo nei mesi estivi ma anche in quelli invernali, per controbilanciare carichi endogeni o di processo. Si parla così di trigenerazione, perché da una medesima fonte di energia primaria è possibile ottenere elettricità, calore e aria/acqua refrigerata.
In un sistema in assetto cogenerativo la produzione di energia elettrica e calore deve essere bilanciata. Bilanciata in modo da garantire allo stesso tempo il rendimento più alto e soddisfare contemporaneamente le necessità dell’utenza elettrica e termica. Quest’ultimo fattore rappresenta un limite dei sistemi di cogenerazione in quanto se nei mesi invernali l’utenza termica richiede quantità maggiori di calore, nei mesi estivi questa diminuisce e ciò porterebbe a spegnere del tutto il cogeneratore, massimizzando la produzione di energia elettrica a scapito del rendimento globale che diminuirebbe vista la dissipazione in atmosfera di gran parte del calore prodotto dal processo.
La trigenerazione
La trigenerazione è la tecnica che permette di abbinare il cogeneratore alle macchine frigorifere ad assorbimento. Queste producono potenza fredda a partire da una fonte di calore, quella messa a disposizione dal cogeneratore appunto. In questo modo è possibile ottenere alti rendimenti dai sistemi di cogenerazione anche nei periodi dell’anno in cui la richiesta termica è esigua. Questo perché l’utilizzo del calore prodotto permette di produrre acqua o aria refrigerata.
La sfida più grande che le infrastrutture cogenerative devono affrontare è l’ottimizzazione del processo di produzione combinata di energia elettrica e termica; cioè massimizzare la produzione di energia elettrica quando l’utenza termica diminuisce o viceversa, in modo da poter vendere elettricità e calore (caldo o freddo) al prezzo più vantaggioso, mantenendo alto il rendimento dell’impianto.
Vediamo di seguito come è possibile implementare un sistema di monitoraggio intelligente di un impianto cogenerativo al servizio di una infrastruttura aeroportuale, al fine di supportare l’attività di decision making energetico ed economico dei gestori. Il fine ultimo di tale caso di studio è quello di illustrare come gestire al meglio impianti di cogenerazione e trigenerazione.
IL CLIENTE
Il cliente è una società italiana che gestisce gli impianti di cogenerazione che forniscono energia elettrica, termica e frigorifera a due dei più grandi aeroporti del nostro Paese, cedendo al mercato le eccedenze rispetto ai fabbisogni degli scali.
Il cliente è fortemente attivo nel campo dell’ottimizzazione delle risorse, del risparmio energetico e della salvaguardia ambientale. Inoltre, è impegnato a investire nella ricerca e nell’esplorazione di nuove soluzioni di monitoraggio e diagnostica dello stato delle proprie centrali di produzione. L’obiettivo di tale investimento è quello di creare un’infrastruttura affidabile per intercettare inefficienze e ridurre gli sprechi.
Il committente ha richiesto di implementare un dettagliato sistema di monitoraggio real-time per tenere sotto controllo l’efficienza globale di impianto ed ogni suo singolo componente, nonostante fosse già presente un sistema DCS in grado di acquisire una vasta gamma di misurazioni dal campo.
Infatti, con un normale DCS è possibile verificare se i parametri di sistema rientrano in un intervallo di lavoro corretto, ma è quasi impossibile capire se l’impianto sta producendo energia con la migliore efficienza. Questo diventa un problema quando il costo dell’energia venduta alla rete diminuisce. Per aumentare i ricavi è importante identificare le inefficienze del sistema non appena si verificano per far funzionare l’impianto con il massimo rendimento possibile.
LA SOLUZIONE MIPU
La soluzione MIPU consiste in un sistema di monitoraggio semplice e intuitivo che utilizza i dati raccolti dal sistema DCS e li rielabora per definire quanto l’impianto dovrebbe produrre in ogni momento in base alle condizioni operative e ai set-point del sistema.
Ciò consente di:
- – controllare istantaneamente parametri quali l’energia elettrica e termica prodotta da una parte, quella consumata e venduta all’aeroporto o alla rete dall’altra
- – controllare costantemente il rendimento del sistema e degli asset
I modelli energetici
Il sistema di monitoraggio intelligente semplifica e supporta le decisioni dei tecnici nella definizione dell’assetto ottimale tramite diversi modelli energetici, uno per ogni componente. Tramite i modelli energetici è possibile verificare in ogni momento le prestazioni dell’impianto. Ciò è possibile confrontando i valori reali provenienti dal campo con quelli teorici prodotti dai modelli in base alle condizioni operative e ai set-point del sistema.
L’Asset Optimizer utilizza i modelli energetici e le condizioni operative dell’impianto per selezionare l’assetto di sistema più conveniente dal punto di vista economico. Cioè scegliendo se massimizzare ad esempio la produzione di energia elettrica piuttosto che quella termica, a seconda del prezzo variabile dell’elettricità sul mercato e della richiesta di calore dell’utenza.
La simulazione considera ogni parametro in grado di influenzare il sistema. I risultati vengono confrontati in termini di costi, ricavi e profitti per selezionare l’assetto di produzione più conveniente. Durante la simulazione vengono anche considerati vincoli fisici e operativi, come il numero massimo di avvii e arresti per l’apparecchiatura o il minimo set-up consentito. Altri costi aggiuntivi come la manutenzione e i certificati di carbonio possono essere aggiunti per rendere la simulazione il più precisa possibile.
La funzionalità di gestione remota consente di controllare la piattaforma anche a distanza, dopo un accesso di convalida sicuro. Questo è stato utilizzato in modo particolare subito dopo l’installazione del software per controllare quotidianamente il sistema. E’ stato utilizzato anche per offrire un supporto sulla gestione dell’efficienza dell’impianto e aiutare gli operatori durante il processo di ottimizzazione della piattaforma.
RISULTATI
La soluzione implementata da MIPU consente di monitorare e controllare l’efficienza di un impianto di cogenerazione in tempo reale. La visualizzazione dei risultati dei modelli è fruibile dai monitor SCADA preesistenti, in modo che l’operatore entri subito in confidenza con il nuovo strumento.
Il beneficio economico è stato stimato in 1.200.000 € dopo il primo mese di utilizzo, come differenza tra la gestione dell’impianto prima e dopo l’installazione del sistema. Questo risultato è dovuto principalmente all’ottimizzazione giornaliera del piano di produzione, in quanto il sistema può combinare le competenze degli operatori con un sistema di simulazione che calcola i profitti di ogni possibile scenario. Pertanto, il software ha anche contribuito ad aumentare la conoscenza dell’impianto, rendendo facile comprendere l’effetto di ogni modifica dei parametri di gestione sulle performances.
Il monitoraggio e la diagnostica in tempo reale hanno contribuito a intercettare perdite di prestazioni dell’impianto. Hanno contribuito anche a definirne possibili ottimizzazioni in seguito a sostituzioni di componenti. Ad esempio, MIPU ha intercettato lo sporcamento del compressore della turbina a gas e stimarne i vantaggi economici dovuti alla sua pulizia. Grazie alla piattaforma è stato anche possibile intercettare una perdita iniziale di prestazioni di uno dei generatori di vapore, anticipandone l’intervento di manutenzione alla prima fermata utile ed evitando uno spreco di risorse stimato in 10.000 € / mese.
Come si può notare, la soluzione adottata da MIPU ha permesso di ottimizzare la gestione degli impianti di cogenerazione e trigenerazione.
CONCLUSIONE
Se vuoi approfondire come ottimizzare la gestione degli impianti di cogenerazione e trigenerazione o saperne di più sulle nostre soluzioni software, mettiti in contatto con noi: possiamo organizzare un assessment di maturità digitale o farti vedere una demo.
