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rapporti - Deliverable

1.2.1-Impianti con accumulo del freddo per il controllo della domanda di potenza elettrica nel condizionamento estivo.

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1.2.1-Impianti con accumulo del freddo per il controllo della domanda di potenza elettrica nel condizionamento estivo.

Il presente rapporto si riferisce ad attività svolte entro il progetto ECORET, nell’ambito della Ricerca di Sistema – 2° periodo. Il progetto ECORET è finalizzato alla messa a punto di una metodologia per la valutazione dell’efficacia di azioni di Controllo della Domanda nel contrastare l’evoluzione dei carichi in contesti densamente popolati. Il secondo dei workpackage in cui ECORET si articola, denominato CONCA, ha l’obiettivo di evidenziare come la curva di carico vista dalle reti urbane di MT e BT si modifichi a seguito dell’applicazione di tipiche azioni di Controllo della Domanda. A tale tematica è dedicata la prima milestone di CONCA, denominata ACCUMULO, le cui attività si propongono di fornire indicazioni utili su come le applicazioni di sistemi di accumulo del freddo su impianti di condizionamento costituiscano un idoneo strumento di controllo del carico, ossia come le curve di carico per condizionamento vengano modificate dall’applicazione di tali tecnologie. Nel rapporto viene prima illustrata la tecnologia dell’accumulo del freddo applicata ad impianti per il condizionamento degli edifici. Successivamente viene descritta un’analisi tecnico-economica sviluppata per alcune utenze tipiche del terziario. I sistemi di accumulo, con riferimento esclusivamente a quelli di tipo giornaliero, vengono descritti in relazione agli elementi ed alle modalità di utilizzo impiegate. Per quanto riguarda gli elementi utilizzati nei sistemi di accumulo del freddo in commercio, si ricordano quelli: − di tipo sensibile, che sfruttano il salto termico accumulabile nell’acqua contenuta in appositi masconi; − di tipo latente che sfruttano il calore latente di fusione del materiale utilizzato (normalmente ghiaccio o soluzioni di sali eutettici). Gli accumuli di tipo latente, per le applicazioni di interesse del Progetto ECORET, sono preferibili rispetto a quelli di tipo sensibile per i minori volumi necessari a parità di energia accumulata. Per quanto riguarda le tecniche di utilizzo, si sottolinea l’aspetto determinante del ruolo che si intende assegnare all’accumulo e del profilo di carico rappresentativo che, insieme, costituiscono la base per procedere al dimensionamento dell’accumulo ed alla scelta delle modalità di gestione dell’intero impianto. Un altro criterio di classificazione usato per definire gli accumuli giornalieri di freddo è in relazione all’arco temporale di copertura del carico frigorifero dell’utenza; troviamo quindi accumuli dimensionati per il breve,

medio o per il lungo termine. Gli impianti con sistemi di accumulo si possono distinguere ulteriormente per la priorità che viene assegnata al funzionamento dell’accumulo e del chiller. Le soluzioni tecnologiche disponibili sul mercato sono state oggetto di una raccolta di informazioni tecniche che hanno permesso la realizzazione di un data base su foglio elettronico Excel ; il DB comprende accumuli in ghiaccio e con sali eutettici di taglia prevalentemente medio-grande, prodotti da industrie nazionali ed internazionali. Per ogni sistema vengono riportate le principali informazioni tecniche che ne caratterizzano le prestazioni e gli ingombri. Nello studio oggetto del rapporto è stata anche sviluppata una analisi tecnico-economica per determinare da un lato gli effetti producibili sul carico elettrico da condizionamento con impianti dotati di accumulo del freddo, dall’altro per stimare i margini di convenienza economica di queste applicazioni rispetto a soluzioni tradizionali, senza accumulo. I risultati forniscono informazioni utili per stimare la diffondibilità di queste applicazioni nella prospettiva di un loro utilizzo nel contesto di azioni di Demand Side Management per la flessibizzazione della domanda di potenza elettrica sul medio-lungo termine. Nell’analisi sono state privilegiate le soluzioni con sistemi di accumulo dimensionati per il breve-medio periodo (da 2 a 5 ore/giorno), tale da coprire un arco temporale che comprenda una parte significativa delle ore critiche per il sistema elettrico nazionale e, in particolare, per la rete urbana. Il confronto con un impianto tradizionale (solo chiller) avviene utilizzando sia il ghiaccio che i sali eutettici per l’accumulo del freddo. Per la valutazione economica è stata applicata la distribuzione oraria delle fasce definita secondo il CIP 45/90 e non secondo la delibera dell’Autorità per l’Energia Elettrica ed il Gas n.5/04; la scelta è motivata dal fatto che all’inizio dell’attività non era ancora definito quale sarebbe stato il regime di fasce adottato per l’anno 2004 e per gli anni successivi (la determinazione per il 2005 è avvenuta il 23/12/04 – n. 235/04) in quanto tali decisioni erano sottoposte a ricorsi al TAR ed al Consiglio di Stato. Profili tariffari diversi, più favorevoli alla diffusione di accumuli del freddo, potrebbero essere presi in considerazione come ipotesi di lavoro per dare indicazioni ai fornitori di energia elettrica che intendessero favorire queste applicazioni. L’analisi è stata condotta per situazioni rappresentative dell’edilizia urbana del terziario (6 tipologie) ognuna delle quali è caratterizzata dalla presenza di un impianto di condizionamento convenzionale (solo chiller) cui viene associato un profilo di carico elettrico specifico per giorni feriali, festivi e semifestivi. I profili sono stati costruiti sulla base di rilevamenti strumentali ed informazioni sulle modalità di utilizzo delle macchine. Le tipologie esaminate sono 2 per la distribuzione commerciale, 1 utenza rispettivamente ospedaliera, scolastica (Università), uffici e banca. Si tratta di utenze non necessariamente idonee per uno sfruttamento economico ottimale dell’accumulo, ma che costituiscono uno spaccato rappresentativo di molte realtà servite dalla rete elettrica urbana.

L’analisi tecnico-economica ha permesso di evidenziare l’entità delle modifiche prodotte sul profilo di carico elettrico in impianti con accumuli dimensionati per coprire un numero limitato di ore della parte centrale della giornata. L’entità della riduzione di potenza ottenuta nelle ore di fermata del chiller in rapporto a quella complessiva, varia da caso a caso. Ad esempio, per l’utenza commerciale con alimentari, la fermata del funzionamento del chiller nelle ore prestabilite comporta una riduzione relativamente contenuta della potenza totale impegnata, che resta su valori attorno all’83% di quella totale dell’impianto senza accumulo. Nelle utenze con carico per condizionamento più proporzionato rispetto al totale, come l’Università, la potenza impegnata totale dall’impianto con accumulo si riduce invece al 43% di quella totale dell’impianto senza accumulo. Di questi impianti é stata infine evidenziata la convenienza economica. Gli interventi, sulla base dell’ipotesi tariffaria adottata, non trovano una valida giustificazione economica in assenza di incentivazioni. Il tempo di ritorno dell’investimento è sempre superiore a 20 anni in tutte le tipologie di utenza e in tutte le soluzioni impiantistiche esaminate. Il tempo di ritorno si riduce per l’impianto con accumulo di breve termine (2 ore) rispetto al medio termine (5 ore); la riduzione dei costi dell’impianto (minor volume di accumulo) è più determinante rispetto alla riduzione dei risparmi sulla bolletta elettrica (meno ore spostate da fasce orarie di pregio a fasce di minor pregio). Per contro, i tempi di ritorno aumentano con un impianto dimensionato per la massima copertura del carico diurno. Eventuali incentivi che potessero ridurre a tempi di ritorno ragionevoli (5 anni), sono paragonabili agli stessi costi dei sistemi di accumulo. Quindi, con l’assetto tariffario vigente (dicembre 2004), questa soluzione tecnologica non sembrerebbe in condizione di affermarsi sul mercato. Una parziale riduzione del tempo di ritorno potrebbe essere conseguita anche rinunciando al sovradimensionamento del chiller (30%) nell’impianto con accumulo; ciò comporterebbe una riduzione degli extra-costi dell’impianto, probabilmente senza significative conseguenze sui consumi e sui relativi costi energetici. L’impiego dell’eutettico rispetto al ghiaccio non migliora la situazione, in quanto l’intervento presenta dei tempi di ritorno più elevati (circa 1,35 volte). Inoltre tale tecnologia richiede maggiori spazi disponibili per l’accumulo rispetto al ghiaccio (spazi comunque inferiori rispetto all’accumulo con acqua). La valutazione negativa sulla convenienza di questa applicazione tecnologica emersa dall’analisi sviluppata è influenzata in misura significativa dal piano tariffario scelto. Piani tariffari che penalizzino anche la quota di potenza impegnata in relazione alle fasce orarie di utilizzo, come avveniva in passato con le tariffe differenziate per utenze ad alto, medio e basso consumo, permetterebbero una maggior valorizzazione economica del ruolo dell’accumulo e quindi tempi di ritorno più ragionevoli. In generale, la definizione di piani tariffari più favorevoli alla diffusione di accumuli del freddo potrebbe essere presa in considerazione come prossima ipotesi di lavoro, qualora si volessero dare ai fornitori di energia elettrica

indicazioni finalizzate a valorizzare questa applicazione per azioni di flessibilizzazione della domanda sul periodo medio-lungo. Applicazioni dell’accumulo del freddo associate a sistemi di controllo automatizzato e interfacciabile con l’esterno potrebbero, in prospettiva, costituire uno strumento di intervento di flessibilizzazione della domanda sul breve periodo. Per lo svolgimento dell’attività ci si è avvalsi della collaborazione della società CSE di Pavia per quanto riguarda: la determinazione dei profili di carico elettrico orario di utenze tipiche del terziario rappresentative per l’area urbana, la banca dati contenente le informazioni tecniche sui sistemi di accumulo presenti sul mercato nazionale ed internazionale, l’analisi tecnico-economica per le utenze tipiche del terziario.

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