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Efficienza energetica e industria alimentare
Efficienza energetica nell'industria alimentare: le proposte Viessmann per la transizione energetica
Alberto Villa - Viessmann
Sommario
Cosa considerare per ipotizzare un sistema di cogenerazione migliorando l'efficienza energetica?
- Rapporto prezzo specifico della corrente e prezzo specifico del gas elevato;
- Rapporto produzione di calore da CHP e da impianto di riscaldamento o teleriscaldamento;
- Richiesta simultanea e continua di calore e corrente.
Efficienza energetica nell'industria alimentare
Quali tecnologie?
Le tecnologie principalmente coinvolte sono:
- Generatori di vapore;
. Generatori di calore ad acqua calda o ad acqua surriscaldata;
. sistemi di recupero del calore (economizzatori - condensatori o generatori a recupero).
- Cogeneratori;
. Solare termico (per industrie con processi < 100 °C);
. Impianti fotovoltaici;
. Pompe di calore.
Efficienza energetica nell'industria alimentare - generatori di vapore
- Utenze finali: Cottura - Pastorizzazione - Lievitazione - Lavaggio - Sanificazione - sterilizzazione.... il vapore è e sarà sempre presente nel mondo del food&beverage;
- Tipologia generatori - Nella riqualificazione dei siti agroalimentari vengono frequentemente utilizzati generatori di vapore a 3 giri di fumo a fondo bagnato, con potenze da 0,5 a 20 t/h di vapore;
- Rendimenti - Un generatore di vapore di ultima generazione permette un rendimento fino al 96% con economizzatore ed è possibile ottimizzare l'efficienza con ulteriori sistemi di recupero del calore (condensatore - ? >100%);
- Pressioni di bollo - La maggior parte degli impianti sono in media pressione HS (pressione compresa tra 1 e 15 bar), mentre sono rari i casi di applicazione dei prodotti a bassa pressione LS (alcuni caseifici e piccole attività come panetterie).
Generatori di vapore
Come si può fare efficienza energetica?
- Peculiarità di prodotto rispetto allo stato di fatto e rispetto alla concorrenza;
- Scelte progettuali legate alla sola fornitura del generatore (economizzatore a 1 o 2 stadi - condensatore - recupero calore aria comburente);
- Analisi complessiva impianto vapore dello stabilimento ? sinergia col progettista.
Generatore di vapore a tre giri di fumo (focolare e due fasci tubieri).
Più costosa da costruire rispetto alle altre due tipologie, consente però molti vantaggi:
- Sfruttamento ottimale della superficie di scambio grazie al doppio fascio tubiero;
- Fiamma passante e ridotte emissioni NOx,
- Fondo bagnato;
- Ridotte dispersioni termiche;
- Possibilità di funzionare con un ampio rapporto di modulazione del bruciatore;
- Migliore distribuzione dei flussi e conseguente migliore circolazione interna dell'acqua.
Particolari costruttivi
- Assenza di tubi fumo sotto il focolare: migliore distribuzione interna del calore, eliminazione di un punto critico (rischio di
rottura dei tubi in basso dovuto alla scarsa circolazione interna e ai depositi solidi fangosi), manutenzione facilitata;
- Elevata qualità costruttiva e cura dei dettagli: durata nel tempo;
- Boccaglio bruciatore raffreddato ad acqua: riduzioni delle dispersioni termiche in ambiente, miglioramento della combustione;
- Gamma di produzione con ampia scelta di pressioni di bollo: maggiore adattamento alle specifiche esigenze del cliente;
- Isolamento termico integrale (non solo sul corpo cilindrico) e bassissime dispersioni termiche in ambiente: aumento del rendimento stagionale;
- Porte di ispezione frontali apribili senza smontare il bruciatore: minore spazio necessario in centrale termica, manutenzione semplificata, bruciatore sempre ben allineato con il focolare;
- Porte di ispezione con doppia guarnizione di tenuta fumi: sicurezza contro le fuoriuscite di prodotti della combustione in centrale termica.
Dimensionamento - Progettazione
Definizione della pressione di bollo: fondamentale la valutazione del progettista assieme al cliente per riqualificare la centrale termica a vapore anche a seguito della semplice sostituzione di generatore di vapore.
Un generatore di vapore deve lavorare il più possibile con una pressione di esercizio prossima a quella di
bollo.
Pressioni troppo basse rispetto al P di bollo comportano :
- Aumento velocita del vapore alla presa;
- Trascinamenti d'acqua e schiume dal generatore;
- Rumorosità;
- Sollecitazioni su impianto e organi (valvole, scaricatori, ecc);
- Notevole perdita di efficienza e alti consumi.
Definizione della pressione di bollo: ruolo centrale del progettista
La maggior parte degli impianti esistenti ha una Pressione di bollo = 12 bar.
Spesso le utenze finali necessitano di una pressione di 3 o 4 bar
E' sufficiente installare un generatore con pressione di bollo inferiore (6/8 bar)
- Ruolo centrale del progettista.
Va rivista la centrale, qualche linea di distribuzione
- Viessmann propone un catalogo con pressioni di bollo da 6 a 25 ba.
Non si può pensare di sostituire un generatore di vapore con un altro senza valutare attentamente tutte le esigenze del cliente e lo stato di fatto dell'impianto .
Possibilità di ridurre la taglia di bollo per migliorare rendimenti ed emissioni e consentire savings economici al cliente.
Come si può fare efficienza energetica?
- Peculiarità di prodotto rispetto allo stato di fatto e rispetto alla concorrenza;
- Scelte progettuali legate alla sola fornitura del generatore (economizzatore a 1 o 2 stadi - condensatore - recupero calore aria comburente);
- Analisi complessiva impianto vapore dello stabilimento.
Efficienza energetica nell'industria alimentare - Cogeneratori
Analisi preventiva
Prima di effettuare l'analisi che porta al dimensionamento del cogeneratore è fondamentale effettuare una diagnosi preventiva!
Prima - efficientare lo stabilimento o programmare l'efficientamento
Dopo - dimensionamento del cogeneratore
1 - Condurre una diagnosi energetica del sito;
2 - Individuare le soluzioni per efficientare il sito;
3A - Realizzare gli interventi di efficienza energetica: baseline corretto REALE per CHP.
Se non si possono realizzare oggi gli interventi
3B - Programmare gli interventi di efficienza energetica;
3C - Calcolare i benefici attesi: baseline corretto VIRTUALE per CHP;
4 - Dimensionare il CHP.
.....Altrimenti
- Sovradimensionamento elettrico
. Cessione in rete energia elettrica in esubero - ritiro dedicato poco remunerativo rispetto all'autoconsumo:
. In ambito residenziale o < 200 kW - scambio sul posto;
. Apertura alla cogenerazione delle comunità energetiche?? Per ora escluse.
- Modulazione del CHP: problemi tecnici e aumento dei costi di manutenzione.
Sovradimensionamento termico
- Dissipazione con scambiatore di emergenza (dissipatore) del calore in eccesso;
- Vincolo per il futuro a non potere eseguire interventi di efficienza energetica sul sito pena, ad esempio, la perdita del riconoscimento di CAR.
Cogeneratori
Dimensionamento
Calcolo del fabbisogno termico
- Creazione del modello;
- Dati di partenza;
- Fabbisogno mensile;
- Fabbisogno orario;
- Prelievo di gas massimo;
- Prelievo di gas minimo.
Le tecnologie principalmente coinvolte sono:
- Generatori di vapore;
. Generatori di calore ad acqua calda o ad acqua surriscaldata;
. sistemi di recupero del calore (economizzatori - condensatori o generatori a recupero).
- Cogeneratori;
. Solare termico (per industrie con processi < 100 °C);
. Impianti fotovoltaici;
. Pompe di calore.
Efficienza energetica nell'industria alimentare - generatori di vapore
- Utenze finali: Cottura - Pastorizzazione - Lievitazione - Lavaggio - Sanificazione - sterilizzazione.... il vapore è e sarà sempre presente nel mondo del food&beverage;
- Tipologia generatori - Nella riqualificazione dei siti agroalimentari vengono frequentemente utilizzati generatori di vapore a 3 giri di fumo a fondo bagnato, con potenze da 0,5 a 20 t/h di vapore;
- Rendimenti - Un generatore di vapore di ultima generazione permette un rendimento fino al 96% con economizzatore ed è possibile ottimizzare l'efficienza con ulteriori sistemi di recupero del calore (condensatore - ? >100%);
- Pressioni di bollo - La maggior parte degli impianti sono in media pressione HS (pressione compresa tra 1 e 15 bar), mentre sono rari i casi di applicazione dei prodotti a bassa pressione LS (alcuni caseifici e piccole attività come panetterie).
Generatori di vapore
Come si può fare efficienza energetica?
- Peculiarità di prodotto rispetto allo stato di fatto e rispetto alla concorrenza;
- Scelte progettuali legate alla sola fornitura del generatore (economizzatore a 1 o 2 stadi - condensatore - recupero calore aria comburente);
- Analisi complessiva impianto vapore dello stabilimento ? sinergia col progettista.
Generatore di vapore a tre giri di fumo (focolare e due fasci tubieri).
Più costosa da costruire rispetto alle altre due tipologie, consente però molti vantaggi:
- Sfruttamento ottimale della superficie di scambio grazie al doppio fascio tubiero;
- Fiamma passante e ridotte emissioni NOx,
- Fondo bagnato;
- Ridotte dispersioni termiche;
- Possibilità di funzionare con un ampio rapporto di modulazione del bruciatore;
- Migliore distribuzione dei flussi e conseguente migliore circolazione interna dell'acqua.
Particolari costruttivi
- Assenza di tubi fumo sotto il focolare: migliore distribuzione interna del calore, eliminazione di un punto critico (rischio di
rottura dei tubi in basso dovuto alla scarsa circolazione interna e ai depositi solidi fangosi), manutenzione facilitata;
- Elevata qualità costruttiva e cura dei dettagli: durata nel tempo;
- Boccaglio bruciatore raffreddato ad acqua: riduzioni delle dispersioni termiche in ambiente, miglioramento della combustione;
- Gamma di produzione con ampia scelta di pressioni di bollo: maggiore adattamento alle specifiche esigenze del cliente;
- Isolamento termico integrale (non solo sul corpo cilindrico) e bassissime dispersioni termiche in ambiente: aumento del rendimento stagionale;
- Porte di ispezione frontali apribili senza smontare il bruciatore: minore spazio necessario in centrale termica, manutenzione semplificata, bruciatore sempre ben allineato con il focolare;
- Porte di ispezione con doppia guarnizione di tenuta fumi: sicurezza contro le fuoriuscite di prodotti della combustione in centrale termica.
Dimensionamento - Progettazione
Definizione della pressione di bollo: fondamentale la valutazione del progettista assieme al cliente per riqualificare la centrale termica a vapore anche a seguito della semplice sostituzione di generatore di vapore.
Un generatore di vapore deve lavorare il più possibile con una pressione di esercizio prossima a quella di
bollo.
Pressioni troppo basse rispetto al P di bollo comportano :
- Aumento velocita del vapore alla presa;
- Trascinamenti d'acqua e schiume dal generatore;
- Rumorosità;
- Sollecitazioni su impianto e organi (valvole, scaricatori, ecc);
- Notevole perdita di efficienza e alti consumi.
Definizione della pressione di bollo: ruolo centrale del progettista
La maggior parte degli impianti esistenti ha una Pressione di bollo = 12 bar.
Spesso le utenze finali necessitano di una pressione di 3 o 4 bar
E' sufficiente installare un generatore con pressione di bollo inferiore (6/8 bar)
- Ruolo centrale del progettista.
Va rivista la centrale, qualche linea di distribuzione
- Viessmann propone un catalogo con pressioni di bollo da 6 a 25 ba.
Non si può pensare di sostituire un generatore di vapore con un altro senza valutare attentamente tutte le esigenze del cliente e lo stato di fatto dell'impianto .
Possibilità di ridurre la taglia di bollo per migliorare rendimenti ed emissioni e consentire savings economici al cliente.
Come si può fare efficienza energetica?
- Peculiarità di prodotto rispetto allo stato di fatto e rispetto alla concorrenza;
- Scelte progettuali legate alla sola fornitura del generatore (economizzatore a 1 o 2 stadi - condensatore - recupero calore aria comburente);
- Analisi complessiva impianto vapore dello stabilimento.
Efficienza energetica nell'industria alimentare - Cogeneratori
Analisi preventiva
Prima di effettuare l'analisi che porta al dimensionamento del cogeneratore è fondamentale effettuare una diagnosi preventiva!
Prima - efficientare lo stabilimento o programmare l'efficientamento
Dopo - dimensionamento del cogeneratore
1 - Condurre una diagnosi energetica del sito;
2 - Individuare le soluzioni per efficientare il sito;
3A - Realizzare gli interventi di efficienza energetica: baseline corretto REALE per CHP.
Se non si possono realizzare oggi gli interventi
3B - Programmare gli interventi di efficienza energetica;
3C - Calcolare i benefici attesi: baseline corretto VIRTUALE per CHP;
4 - Dimensionare il CHP.
.....Altrimenti
- Sovradimensionamento elettrico
. Cessione in rete energia elettrica in esubero - ritiro dedicato poco remunerativo rispetto all'autoconsumo:
. In ambito residenziale o < 200 kW - scambio sul posto;
. Apertura alla cogenerazione delle comunità energetiche?? Per ora escluse.
- Modulazione del CHP: problemi tecnici e aumento dei costi di manutenzione.
Sovradimensionamento termico
- Dissipazione con scambiatore di emergenza (dissipatore) del calore in eccesso;
- Vincolo per il futuro a non potere eseguire interventi di efficienza energetica sul sito pena, ad esempio, la perdita del riconoscimento di CAR.
Cogeneratori
Dimensionamento
Calcolo del fabbisogno termico
- Creazione del modello;
- Dati di partenza;
- Fabbisogno mensile;
- Fabbisogno orario;
- Prelievo di gas massimo;
- Prelievo di gas minimo.
Video
Efficienza energetica nell'industria alimentare case history
SAN PELLEGRINO
LOC. RUSPINO, SAN PELLEGRINO TERME
- Anno di realizzazione 2020;
- Riqualificazione completa della centrale termica esistente (2001) + nuova centrale cogenerazione;
- Riduzione della potenza vapore installata (esistente = n.3x16 t/h senza esenzione 72h);
- Installazione di n.2 generatori di vapore Vitomax HS M93 alimentati a gas metano da 4t/h (2,98 MW) a 13 bar cadauna e n.1 generatore di vapore Vitomax HS M95 da 6 t/h (4,46 MW) a 13 bar;
- Economizzatori tipo ECO2;
- PLC per interfaccia BMS del cliente - gestione priorità su set point pressione (12 bar CHP - 9 bar caldaie);
- Risparmio per ETS (30 ?/tCO2) < 20 MW;
- Risparmio per conduzione 24h/24h.
MAINA PANETTONI - FOSSANO (CN)
- Revamping centrale termica esistente;
- Mantenimento di un generatore di vapore esistente;
- Installazione di un cogeneratore Vitobloc 200-EM 530/660 alimentato a gas metano abbinato a una caldaia a vapore speciale a recupero di calore Vitomax AHK da 400 kg/h a 6 bar;
- Produzione combinata di energia elettrica, acqua calda e vapore;
- L'intero impianto è gestito da un sistema intelligente ASPEC (Albasystem) che ottimizza i processi di utilizzo di energia elettrica e termica, adeguandoli al fabbisogno del ciclo produttivo;
- Payback 3 anni.
RIVOIRA Giovanni & Figli Spa
VERZUOLO (CN)
- Impianto fotovoltaico da 1 MWp integrato con la cogenerazione a GNL mediante il sistema di gestione ASPEC;
- Il cogeneratore fornisce il 30% del fabbisogno elettrico residuo e il 95% del fabbisogno termico, con un risparmio di energia primaria di circa 220 TEP/anno e un risparmio operativo di 310.000 euro/anno;
- Centrale termica composta da 2 caldaie Viessmann Vitocrossal da 620/575 kW gestite dalla regolazione Vitotronic e un cogeneratore Viessmann Vitobloc 200-EM da 401/549 kW completo di drycooler;
- Il sistema ASPEC abbinato alla centrale energetica consente di soddisfare i fabbisogni termici ed elettrici dell'utenza ottimizzando il funzionamento;
- La centrale è predisposta per l'inserimento di un ulteriore cogeneratore che consenta di raddoppiare la produzione elettrica, portando la copertura del fabbisogno a oltre il 60%.
Conclusioni
Dal punto di vista del consumo energetico, il settore alimentare presenta consumi molto elevati: secondo il Rapporto annuale sull'Efficienza Energetica dell'Enea 2020, circa l'11 % del totale dei consumi energetici industriali.
L'agroalimentare è dunque il comparto più energivoro dopo quello meccanico, siderurgico e chimico, ma forse quello in cui vi è la maggior possibilità di adottare soluzioni di efficientamento capaci di abbassare notevolmente costi e consumi.
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Fonte: mcTER Alimentare - Verona ottobre 2021 Strumenti e innovazione: soluzioni di efficientamento energetico nell’industria alimentare
Settori: Cogenerazione, Efficienza energetica industriale, Energia, Rinnovabili, Riscaldamento, Teleriscaldamento, Termotecnica industriale
Mercati: Alimentare e Beverage
