Prove svolte di Energetica elettrica

MIGLIORO LA CENTRALE

eccesso d'aria 1.95 =11.7/6 troppo elevato

impongo eccesso d'aria 1.2 condizioni stechiometriche

Ipotizzo Tambiente=25°C

perdite per incombusti 16.39% =0.437*(Tmedia_fumi-25)/(6*100)

rendimento 1 83.61% =1-perdite_incombustione

new CO2 9.75% =11.7/1.2

impongo Tfumi ottimale 130°C

perdite fumi 5.13% =0.476*(Tfumi_ottimale-25)/(9.75*100)

rendimento 2 94.87% =1-perdite_fumi

consumo attuale 17626.038 Smc/anno =consumo_annuo_GN*rend1/rend2

risparmio GN 2373.9622 Smc/anno =consumo_annuo_GN-consumo_attuale

energia risparmiata 22790.037 kWh/anno =risparmio_GN*PCI_GN

FC 1068.283 $/anno =risparmio_GN*costo_GN

VAN 6052.3174 $ =FC*FAi,n-costo_manutenzione

SCAMBIATORE 1 FUMI_FORNO/GEN1(OLIO_DIATERMICO)

SCAMBIATORE 2 ACQUA/GEN2(OLIO_DIATERMICO)

eccesso aria 1.0636364 =11.7/11 indice che è conforme alle norme

indice aria 1.063636364 =11.7/11

T1 500°C potenza recuperata 125.58 kW =4.186*portata_acqua[L/s]*(Trefrig_forni-Tolio-∆T)

∆T 25°C tra gas di scarico

(forno) e olio diatermico ∆Tml 10.82021281 =((Trefrig-Tolio)-∆T)/LN((Trefrig-Tolio)/∆T)T2 110 °C sup scambio 49.81140082 mq =pot_rec*1000/(trasmittanza_H2O_olio*∆Tml)portata fumi forno 2461.86 Smc/h =consumo_orario_GN*(1+2+7.58*eccesso_aria+2.01*(eccesso_aria-1)) prezzo scambiatore 12452.85021 $ =superficie_scambio*costo_scambiatorepotenza recuperata 302.02 kW =cal_spec_fumi*portata_fumi*(Tfumi-(Tolio+∆T))/3600 perdite fumi 5.08% =0.486*(Tfumi_atmosfera-Tambiente)/11/100∆ 132.85912 =((T1-T2)-∆T)/LN((T1-T2)/∆T) rendimento 94.92% =1-perdite_fumiTmlsuperficie di scambio 39.881626 mq =pot_rec*1000/(trasmittanza_gas_olio*∆Tml) portata 51.57901626 Smc/h =pot_termica_media/(PCI_GN*rendimento)prezzo scambiatore 1 9970.4064 $ =superficie_scambio*costo_scambiatore risparmio gn 10672.3736 Smc/anno =pot_rec*%_ore_lavoro*ore_lavoro/(PCI_GN*rend)perdite fumi gen 1 5.08% =0.486*(Tfumi_atmosfera-Tambiente)/11/100 FC 4802.56812 $ =risparmio_GN*costo_GNrendimento 1 94.92%

=1-perdite_fumi_gen_1 VAN no tax 23747.1113 $

=FC*FAi,n-prezzo_scambiatoreportata gn 76.819811 Smc/h pot_termica_media/(PCI_GN*rend1) VAN tax 17282.00556 $

=(1-tasso)*FC*FAi,n-prezzo_scamb+(prezzo_scamb/na)*FAR,n*tassorisparmio gn 32084.084 Smc/anno

=pot_rec*%_ore_lavoro*ore_lavoro/(PCI_GN*rend1) VAN/I0 1.387795186

=VAN_tax/prezzo_scambFC 14437.838 $

=risparmio_GN*costo_GN TAR 2.873799496

=(LOG10(FC/(FC-prezzo_scamb*i)))/LOG10(1+i)Fai,n 7.54 TIR 37% funzione TIR.COSTFAR,na 5.21VAN tax 74517.886 $

=(1-tasso)*FAin*FC-prezzo_scamb+(prezzo_scamb/na)*FAR,n*tassoVAN/I0 7.4739065

=VAN_tax/prezzo_scambVAN no tax 98856.612

=FC-FAi,n-prezzo_scambTIR 145% funzione TIR.COSTTAR 0.7232193

=(LOG10(FC/(FC-prezzo_scamb*i)))/LOG10(1+i)0 -9970.4064 0 -12452.85021500°C 90°C1 14437.838 1 4802.568122 14437.838 2 4802.568123 14437.838 3 4802.568124 14437.838 4 4802.568125 14437.838 5 4802.568126 14437.838 6 4802.56812DeltaT=25°C DeltaT=25°C7 14437.838 7 4802.56812110°C 70°C8

14437.838 8 4802.568129 14437.838 9 4802.5681210 14437.838 10 4802.56812

Simulazione dell’esame di Energetica Elettrica – 14 maggio 2021

COMPITO

In base alle informazioni e ai dati di seguito presentati, si dovranno individuare opportunità di risparmio di energia termica per i generatori di calore e dimensionare un recupero termico.

Per il generatore di calore per riscaldamento ambienti si dovrà calcolare:

1. il risparmio energetico
2. VAN
3. VAN/I 0
4. TIR
5. TRA

Per lo scambio termico:

6. VAN con ammortamento e tassazione
7. VAN/I 0
8. TIR
9. TR e TRA
10. percentuale di copertura della potenza termica totale.

CONTESTO: PMI METALMECCANICA

Ore di lavoro: 1 turno di 8 h per 11 mesi/anno, sabato e domenica chiuso, 22 giorni/mese.

Calore di processo: la potenza termica richiesta nelle ore lavorative si può ritenere costante.

Riscaldamento degli ambienti: centrale, erogato da una centrale termica comune. Distribuzione a mezzo di

operatività 75%

potenza termica media erogata dal generatore di calore 250 kW

temperatura olio diatermico nel bagno 70 °C

temperatura dei fumi dal generatore all'atmosfera 120 °C

temperatura aria ambiente: 20 °C

contenuto di CO nei fumi (%) 11%

Per gas naturale

CO Costante Hassenstein

24 0,4185

25 0,4276

26 0,4377

27 0,4478

28 0,4579

29 0,466

30 0,476

31 0,486

PCI del GN: 9,6 kWh/Sm , 34,5 MJ/Sm

CO max per il GN: 11,7%

Per uno scambio di calore olio diatermico/acqua si può assumere un ΔT di 7 °C, ed una trasmittanza di 213ΔTottimale2W/(m K).

Perdite per incombusti e per irraggiamento da generatori di calore: trascurabili.

Ulteriori informazioni

1) La Società ha un fido aperto con la Industrial Invest Bank, su cui paga un interesse dell'8,0%.

2) Il tasso di inflazione è prevedibile che sia del 1% annuo, mentre l'energia (gas naturale) è prevedibile che aumenterà di prezzo ad un tasso dell'1,5%/anno rispetto

1) Il costo del gas naturale è di 0,3 €/Sm.

2) Effettuare un'operazione di manutenzione straordinaria e di regolazione del generatore di calore costa 2000 €.

3) Il costo di uno scambiatore liquido-liquido è di 250 €/m; opere varie (trasporto, installazione e avvio) costano il 15% del costo dello scambiatore.

4) Scambiatori di calore hanno una vita tecnica di 10 anni.

5) Il coefficiente di tasse per la società è del 24%. Gli scambiatori di calore sono ammortizzati fiscalmente in 7 anni.

Le situazioni impiantistiche prima e dopo l'intervento di recupero termico sono illustrate nelle seguenti figure.

Bagno a 70 °C generatore GN Bagno a 70 °C Acqua a 90 °C generatore GN

Ore di lavoro 1936 i 5.50%

CENTRALE TERMICA: 1 generatore a gn R 8% T media fumi 250 ⁰C f 1% CO2 6% f'gn 1.50% consumo di GN 20000 Sm3/a costo GN 0.3 $/Sm3 T aria ambiente 20 ⁰C C manutenzione generatore 2000 $ ore di lavoro centrale 1100

h/a C scambiatore 250 $/m2

PORTATA A PERDERE (acqua) 5 l/s

costi vari 15% dello scambiatore di calore

T 90 ⁰C

n 10 anni

T 24%

TRATTAMENTI SUPERFICIALI (olio diatermico) na 7 anni

FAT costante 70 ⁰C 7.537626i,n

FA% ore di lavoro di operativita 75% 5.20637R,na

P gen di calore 250 kW

fumi 120 ⁰C

CO2 fumi 11%

PCI gn 9.6 kWh/Sm3

CO2 max 11.7%

∆T ottimale olio/acqua 7 ⁰C

U olio/ acqua 213 W/M2k

perdite per incombusti e irraggiamento trascurabili

MIGLIORO CENTRALE TERMICA

1. eccesso aria 1.95 troppo elevato
2. impongo eccesso aria 1.2
3. impongo temperatura fumi 120 ⁰C
4. nuovo CO2 9.75% =11.7/1.2 [%] che è circa 10%
5. Ks1 0.437 per il 6% di CO2
6. Ks2 0.476 per il 10% di CO2 -2000
7. rendimento ante 0.832483333 =1-Ks1*(250-20)/6/100 748.7303
8. rendimento post 0.951179487 =1-Ks2*(120-20)/9.75/100 748.7303
9. potenza generatore 145.3061818 kW =rend_Ks_ante*consumo_GN*PCI_GN/ore_lavoro 748.7303
10. nuovo consumo gn 17504.23226 Sm3/a =pot_gen*ore_lavoro/(rend_post*PCI_GN) 748.7303
11. energia risparmiata 23959.37028 kWh/a

=(consumo_GN-nuovo_consumo_GN)*PCI_GN 748.7303gn risparmiato 2495.767738 Sm3/a =consumo_GN-nuovo_consumo_GN 748.73032) VAN 3643.649009 $ =FC*Fai,n-costo_manutenzione 748.7303FC 748.7303213 $/a =GN_risparmiato*costo_GN 748.73033) VAN/I0 1.821824504 =VAN/costo_manutenzione 748.73034) TIR 36% =TIR.COST(I28:I38) 748.73035) TRA 2.96776724 =(LOG10(FC/(FC-costo_man*i)))/LOG10(1+i)ALTRO METODO PER MIGLIORARE LA CENTRALE1) eccesso aria 1.95 =11.7/6 troppo elevatoimpongo eccesso aria 1.2 condizioni stechiometricheKs1 0.437 per il 6% di CO2Ks2 0.476 per il 10% di CO2perdite per incombusti 16.39% =0.437*(Tmedia_fumi-25)/(6*100)rend1 83.61% =1-pedite_incombustinew CO2 9.75% =11.7/1.2/100impongo temperatura fumi 120 °Cperdite fumi 4.64% =0.476*(Tfumi_ottimale-25)/(9.75*100)rend2 95.36% =1-perdite_fumiconsumo attuale 17535.80148 Smc/anno =consumo_GN*rend1/rend2risparmio GN 2464.19852 Smc/anno =consumo_GN-consumo_attualeenergia risparmiata 23656.30579 kWh/anno =risparmio_GN*PCI_GNFC 739.259556