Analisi di fattibilità di sistemi energetici centralizzati e in assetto auto-trigenerativo per un presidio tecnologico

Diversificazione degli impianti tecnici in un complesso presidio tecnologico
 
1 PREMESSA E OBIETTIVI
Il comprensorio che ospita il presidio tecnologico oggetto dell’analisi è composto da tre complessi edilizi aventi destinazioni d’uso civile (immobili adibiti ad ufficio, denominati “E1” e “E2”) e di processo (fabbricato adibito a servizi ICT, denominato “I1”), comprensivi dei rispettivi locali tecnici e della mensa generale.
L’obiettivo dello studio è quello di fornire alla Società una serie di valutazioni di fattibilità preliminare in termini di ampliamento e diversificazione degli impianti tecnici al servizio del comprensorio, attraverso l’auto-produzione centralizzata dei vettori energia elettrica e acqua calda/fredda, a parziale copertura dei fabbisogni energetici di utenza.
Tutto ciò, analizzando le configurazioni degli impianti elettrici e termo-frigoriferi nella situazione attuale e in quella proposta, sia sotto l’aspetto tecnico, sia sotto quello economico, anche attraverso l’eventuale ricorso ad una società specializzata in lavori e servizi energetici (Energy Service Company, Energy Performance Contracting e Finanziamento Tramite Terzi, “FTT”).
 
2 CARATTERIZZAZIONE DEI SISTEMI TECNICI ESISTENTI
2.1 DESCRIZIONE DELL’IMPIANTO ELETTRICO E TERMO-FRIGORIFERO
La fornitura di energia elettrica avviene attraverso un allaccio alla rete in MT e la trasformazione in bassa tensione nelle rispettive cabine MT/bt al servizio degli edifici E1 e E2. La continuità della fornitura elettrica per le utenze privilegiate, in caso di black out della rete di distribuzione, viene garantita dai gruppi elettrogeni collegati in parallelo alla rete. La power quality e l’alimentazione elettrica dovuta alle mini/micro-interruzioni è garantita dai sistemi statici di continuità (UPS).
Le centrali frigorifere producono acqua fredda mediante chiller (condensati ad acqua ed alimentati dall’energia elettrica di rete)1, che viene veicolata attraverso circuiti idronici presso le utenze, rappresentate dalle batterie “fredde” delle unità di trattamento dell'aria primaria (“UTA”) al servizio degli ambienti, dal raffreddamento locale dell'aria in prossimità delle apparecchiature ICT di I12, dai ventilconvettori al servizio dei locali ad uso ufficio.
 
L’impianto termico è centralizzato, a livello di singolo edificio (E1 e E2), e l’acqua calda prodotta nelle centrali alimenta le linee dei fan-coil (riscaldamento) degli uffici, i servizi igienico sanitari (acqua calda sanitaria) e la mensa generale.
 
2.2 ANALISI DEI CONSUMI ENERGETICI
I consumi energetici storici, desunti dalla media dei dati di fatturazione relativi alle ultime tre annualità, ammontano rispettivamente a circa 30 GWhe/anno e 500.000 m3/anno.
Gli assorbimenti elettrici, desunti dai dati aggregati mensili del distributore, presentano un andamento all’incirca costante nell’arco annuale, ad eccezione di un lieve incremento nei mesi estivi, dovuto al condizionamento degli ambienti civili. L’analisi delle curve di prelievo, incrociata con i profili di effettivo utilizzo degli ambienti di lavoro, consente di ripartire preliminarmente i consumi elettrici (50% ICT di I1; 20% alimentazione degli impianti di condizionamento; 30% E1 e E2)
 
Un ulteriore approfondimento sui “profili di carico” disponibili, relativi ai consumi effettivi dell’energia elettrica mensile (suddivisa per fasce orarie di consumo), all’energia frigorifera ripartita per I1 e E1, E2 (ottenuta da calcolo analitico), ed al profilo orario di “freddo” di I1 (campagna di misura spot e ricostruzione analitica dei prelievi energetici) consente di stimare i fabbisogni frigoriferi ed elettrici3 di I1, al fine di porre le basi per un dimensionamento di massima di un impianto di auto-produzione energetica in assetto trigenerativo (costruzione approssimata delle curve di durata, come rappresentato graficamente nel successivo paragrafo 4.2).
 
Il riscaldamento di E1 e E2 segue la normale curva termica stagionale degli edifici civili, i cui consumi di gas sono concentrati nelle ore lavorative dei mesi invernali, mentre in quelli estivi emerge il contributo legato all’acqua calda sanitaria (che può essere considerato costante durante l’arco annuale).
 
3 AMPLIAMENTO E DIVERSIFICAZIONE DEGLI IMPIANTI TECNOLOGICI
3.1 IPOTESI DI INTERVENTO SULLE SEZIONI DI PRODUZIONE E DISTRIBUZIONE DELL’ENERGIA
Gli interventi esaminati, volti a garantire una ridondanza ed un’elevata affidabilità nelle forniture dei vettori energetici alle utenze, sono relativi alle sezioni di produzione e distribuzione dell’energia (elettrica e termo-frigorifera). In particolare, essi consistono nella realizzazione di:
 
> un impianto di cogenerazione (“CHP”);
> una centrale frigorifera ad assorbimento (“ABS”);
> revamping, ottimizzazione e ampliamento dell’anello di distribuzione idronica (piping, valvole, collettori, by pass);
> connessioni alla rete di distribuzione elettrica principale;
> opere civili accessorie.
 
Una schematizzazione semplificata del layout impiantistico di produzione/trasformazione e distribuzione dell’energia nella configurazione esistente e in quella ipotizzata, è riportata in figura seguente, dove i “blocchi” di colore grigio rappresentano gli stabili (ovvero le utenze E1, E2, I1), quelli di colore verde rappresentano gli attuali impianti elettrici, quelli di colore rosa e celeste rispettivamente gli attuali impianti termici e frigoriferi, mentre le linee di connessione rappresentano i rispettivi circuiti idronici caldo e freddo/cavi elettrici (a tratto continuo nella configurazione attuale e con linea tratteggiata in quella proposta).

Figura 1 - Schema a blocchi del layout impiantistico elettrico (a sinistra) e termo-frigorifero (a destra), nella situazione attuale (tratto continuo) e in quella proposta (linea tratteggiata) 

1 Potenza frigorifera di 1,8 MWf/chiller ed EER≈4, potenza termica delle torri evaporative esterne di 2 MWt/unità.
2 Sono presenti anche unità di raffreddamento autonome suppletive ad espansione interna, alimentate elettricamente.

3 Tuttavia, tali dati non costituiscono una base sufficientemente precisa per la verifica dei fabbisogni effettivamente richiesti dalle utenze (I1, E1, E2), in quanto andrebbero analizzati in dettaglio i profili di assorbimento con frequenza oraria.

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