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Diagnosi energetica, sistemi di gestione energia ed analisi energetica

IL CONTESTO LEGISLATIVO

Uno dei tanti strumenti messi in campo dall'Unione Europea per tentare di ridurre i consumi energetici ovvero il loro impatto sull'ambiente sono le diagnosi energetiche ed i sistemi di gestione dell’energia. Il principale richiamo a questi strumenti si trova nella direttiva EED 2012/27/UE sugli “usi finali dell’energia”, che prevede l’obbligo per le “grandi imprese” e le imprese energivore di ricorrere a diagnosi energetiche periodiche ripetute ogni 4 anni oppure a sistemi di gestione dell’energia.

Si tratta di strumenti flessibili, in grado di adattarsi alla varietà delle situazioni riscontrabili nell’industria. La prima ondata di diagnosi fu prodotta nel dicembre 2015, ora sono appena state consegnate quelle della seconda ondata.

L’Italia ha recepito questa direttiva con il Dlgs 102/14, aggiornato successivamente con il Dlgs 141/16.
La vicenda si presta a qualche osservazione. In primo luogo rendere obbligatorie le diagnosi espone a rischi di banalizzazione e decadimento della loro qualità, come già avvenuto con gli APE. In secondo luogo la formazione obbligatoria degli EGE (domande d’esame) sembra un po’ sbilanciata verso aspetti tariffari piuttosto che di tecnica di uso razionale dell’energia. In terzo luogo si è creato l’ennesimo gruppo chiuso in quanto per poter redigere le diagnosi a fini di legge occorre essere EGE abilitati.

LA DIAGNOSI ENERGETICA

La definizione di diagnosi energetica data nella Direttiva 2012/27/UE EED è la seguente:
Procedura sistematica volta

1. a fornire un'adeguata conoscenza del profilo di consumo energetico di un edificio o gruppo di edifici, di una attività o impianto industriale o di servizi pubblici o privati 
2. ad individuare e quantificare le opportunità' di risparmio energetico sotto il profilo costi-benefici
3. e riferire in merito ai risultati

Si tratta di una definizione estremamente sintetica ma molto efficace. La diagnosi energetica richiede come primo passo l’identificazione, comprensione e giustificazione del consumo energetico reale di un edificio, attività o processo industriale. Ciò significa non solo conoscere il consumo reale ma anche la sua genesi. Nel caso di un’attività produttiva, significa saper ricostruire i consumi energetici (letture del contatore) sulla base dell’attività produttiva svolta, cioè avere un modello energetico dell’attività.

Una volta note le ragioni del consumo energetico, si devono ricercare e valutare possibili interventi che riducano i consumi energetici. Non basta però individuare interventi che riducano il consumo reale di energia: occorre anche valutarne la convenienza economica. Si devono tener in conto il costo di realizzazione, le eventuali variazioni nei costi di gestione (anche di natura diversa da quella energetica come, ad esempio, eventuali maggiori o minori costi di manutenzione) e la variazione dei costi di approvvigionamento dell’energia. Si noti che i costi di approvvigionamento dell’energia potrebbero anche aumentare, pur riducendosi il consumo di energia primaria, qualora si faccia ricorso a vettori energetici costosi.
Il fatto che le raccomandazioni proposte debbano essere economicamente sostenibili è condizione necessaria di sopravvivenza nell'ambito di un libero mercato. Le Direttive europee ne tengono conto ed il concetto di efficacia sotto il profilo dei costi è presente in tutta la legislazione europea in tema di efficienza energetica (ma non in quella ambientale).

Dopo aver individuato e quantificato le opportunità di risparmio energetico, occorre “riferire in merito ai risultati”, cioè rendere queste informazioni disponibili al committente della diagnosi, che deve essere messo in condizioni di decidere se e quali raccomandazioni attuare.

La finalità vera e l’elemento qualificante della diagnosi sono proprio le raccomandazioni per la riduzione dei consumi energetici, l’identificazione del consumo e la sua modellizzazione sono solo degli strumenti. Se una diagnosi è di qualità:

• sono individuate e qualificate dal punto di vista energetico ed economico le raccomandazioni significative;
• non sono passate inosservate opportunità significative di risparmio energetico;
• le opportunità e le loro proprietà sono espresse in maniera chiara e comprensibile al committente
• è definita una modalità per la verifica dell’efficacia della misura di risparmio energetico una volta realizzata.

L’attività di diagnosi energetica è descritta anche nella norma EN 16247. Questa norma però si concentra più sugli aspetti procedurali piuttosto che su quelli tecnici.
Realizzare una diagnosi nell'industria richiede numerose competenze:

• capacità organizzative, per condurre la diagnosi sul terreno
• conoscenze tecniche, per eseguire le misure e svolgere i calcoli necessari
• conoscenza del processo oggetto di diagnosi
• conoscenza delle tecniche di utilizzo dell’energia.

La diagnosi energetica non è uno strumento molto impattante. Al termine rimane solo un “buon consiglio” ed è facoltà del Committente metterlo in atto oppure no.

I SISTEMI DI GESTIONE DELL’ENERGIA

Si intende per “sistema di gestione dell’energia” un insieme di strumenti, procedure, azioni per tener sotto controllo e ridurre al minimo l’utilizzo di energia in una qualsiasi attività o processo. Logicamente un tale sistema dovrà comprendere almeno:

• la strumentazione e le procedure per identificare e monitorare i consumi energetici correnti;
• metodi di calcolo e riferimenti statistici per valutare i consumi energetici monitorati;
• un modello energetico per prevedere i consumi futuri in modo da pianificare l’approvvigionamento energetico ed avere un riferimento per la valutazione dei consumi correnti;
• un metodo per identificare le aree di possibile miglioramento dove ricercare delle opportunità di miglioramento della prestazione energetica;
• un metodo per attivare, gestire e verificare la realizzazione delle opportunità identificate;
• un metodo per attività collaterali come la sensibilizzazione e la formazione degli operatori responsabili del consumo di energia, il coinvolgimento della direzione, ecc.

In sintesi, un sistema di gestione dell’energia è una diagnosi energetica continua di una attività, completata dal sistema di attuazione e verifica delle opportunità di miglioramento dell’efficienza energetica.
La norma ISO EN 50001 fornisce la definizione formale di un sistema di gestione dell’energia, che applica i concetti base della qualità alla gestione dell’energia.

L’ANALISI ENERGETICA

Questa attività è lo strumento fondante sia della diagnosi energetica che dei sistemi di monitoraggio dell’energia. L’analisi energetica non solo deve spiegare i consumi energetici correnti ma deve anche consentire di prevedere quelli futuri sulla base di scenari produttivi. L’analisi energetica comprende anche la definizione e calcolo di indicatori per misurare l’efficienza energetica dei processi aziendali (i KPI, Key Performance Indicatori) e l’identificazione delle aree di potenziale miglioramento.
Le differenze fra analisi energetica finalizzata alla diagnosi oppure al monitoraggio dell’energia stanno solo nei seguenti aspetti:

• probabilità di uso continuo del modello matematico identificato:
• nel caso delle diagnosi il modello viene utilizzato sicuramente per l’analisi del passato ma se nessuno mette in pratica i suggerimenti della diagnosi il modello non verrà più utilizzato, salvo forse essere riesumato alla diagnosi successiva (diagnosi obbligatorie con cadenza quadriennale);
• nel caso del sistema di monitoraggio dell’energia, il modello costruito dovrà essere utilizzato in maniera continuativa per monitorare e per pianificare i consumi energetici dell’azienda
• soggetto che utilizza il modello:
• nel caso della diagnosi, è utilizzato dall'auditor, che una volta finita una diagnosi si occuperà di un altro caso;
• nel caso dei sistemi di gestione dell’energia, il personale dell’azienda stessa.

Non sono differenze concettuali ma solo di modalità di utilizzo. In entrambi i casi serve uno strumento pratico e standardizzato per supportare matematicamente l’analisi energetica:

• nel caso della diagnosi, l’uso saltuario non permette tempi di apprendimento lunghi
• nel caso dei sistemi di monitoraggio dell’energia, per l’uso intensivo serve uno strumento efficiente.

Nel caso dei sistemi di monitoraggio dell’energia vi sono requisiti pratici aggiuntivi o più stringenti come:

• la connessione del bilancio energetico ad una previsione di attività produttiva in continua evoluzione;
• il collegamento a sistemi automatici di acquisizione dati.

UN PUNTO DI PARTENZA: IL MODELLO ENEA

Il modello proposto dall'ENEA nel foglio di calcolo riassuntivo da presentare assieme alle diagnosi obbligatorie è un buon punto di partenza che riassume la base di un’analisi energetica.
Il modello parte dai consumi energetici dei singoli punti di utilizzo. Questo vengono aggregati (sommati) prima per “reparto” e poi per l’intero sito produttivo come esemplificato in figura n.1.

Il modello ENEA considera i vettori energetici che vengono acquistati dall'esterno ed a ciascuno di essi viene associato un “peso” energetico espresso in TEP, cioè tonnellate equivalenti di petrolio, che ha lo stesso ruolo dell’energia primaria non rinnovabile nel calcolo della prestazione energetica degli edifici.
Con riferimento alla produzione, si considera la produzione totale del sito, utilizzata come base per tutti i consumi specifici.
Il modello del foglio di calcolo ENEA è utile per fare da collettore finale delle informazioni ma per l’uso come supporto dell’analisi energetica soffre di alcune limitazioni, coerenti con lo scopo per cui è stato prodotto:

• nei siti produttivi e negli edifici vengono distribuiti anche vettori energetici “derivati” o “secondari”, come l’acqua calda, l’acqua refrigerata, il vapore o l’aria compressa, ai quali si devono associare l’energia e le risorse utilizzate per produrli;
• il modello ENEA è una mera fotografia dei valori medi su un certo arco temporale;
• le produzioni possono essere molteplici e ci possono essere servizi comuni i cui costi energetici vanno correttamente allocati
• ci sono molti metodi per pesare i consumi di vettori energetici, come il costo economico la cui valutazione è necessaria in sede di diagnosi energetica o sistema di monitoraggio energia
• si dovrebbero definire per ogni utenza dei profili temporali di consumo per poter valutare eventuali picchi di potenza richiesta, fattore rilevante nel dimensionare le reti
• occorre anche fare una tabella di priorità per identificare i punti di utilizzo più bisognosi di immediata attenzione.

Nel seguito vediamo come superare questi limiti nel costruire un’analisi energetica.

I PUNTI DI UTILIZZO

I punti di utilizzo sono le macchine o i gruppi di macchine considerate individualmente nell'analisi energetica. Il grado di risoluzione adottato dipende dallo stato di avanzamento dell’analisi energetica e dall'interesse nel dettagliare l’analisi. Le macchine più grosse, almeno quelle che generano le utilities ovvero vettori secondari, vengono considerate individualmente. Anche intere linee produttive potrebbero essere convenientemente analizzate come singole punti di utilizzo.
Più avanti si riportano altre considerazioni sui punti di utilizzo che richiedono preventivamente ulteriori concetti e definizioni.

I PROFILI TEMPORALI DI PRODUZIONE E DI CONSUMO ENERGETICO

Le unità elementari del calcolo dell’analisi energetica non sono dei valori di energia singoli o dei valori di potenza costante ma dei profili temporali di produzione e/o utilizzo di vettori energetici.
Nel fare un’analisi energetica di un sito, si dovranno necessariamente aggregare i dati disponibili, che potranno avere risoluzioni temporali diverse. Per fare questo occorre riportarli tutti allo stesso intervallo temporale di base. L’intervallo temporale di base orario potrebbe essere idoneo per molte attività ma poiché è consuetudine determinare la potenza elettrica contrattuale sulla base del valore massimo sui 15 minuti, questo dovrebbe essere assunto come intervallo di base per i calcoli.

Dati con risoluzione diversa dovranno essere adattati. Non è un problema aggregare dati con intervallo più breve, il problema può essere spalmare dati relativi ad intervalli temporali lunghi. Ci sono due possibilità: considerare una potenza costante oppure imporre un profilo di uso tipico, di fatto pesando la quota di consumo complessivo in ciascun intervallo elementare.

Se non interessano valutazioni di carico massimo, l’approccio della potenza costante è sufficiente. In caso contrario dipende dall'intervallo temporale. Per passare da orario a 15 minuti potrebbe bastare la potenza costante ma per un valore giornaliero o settimanale servirà un profilo per distribuire l’energia totale del periodo nei singoli intervalli elementari. Questo profilo può essere costruito a tavolino con considerazioni di buon senso oppure rilevato una tantum durante un ciclo tipico di utilizzo.

Riportare tutti i dati alla medesima base temporale è il modo per risolvere in maniera sistematica il problema di dati asincroni provenienti da monitoraggi indipendenti.

Sarà opportuno preparare dei profili tipici in termini di percentuale oraria o sui 15 minuti di un valore di picco o di riferimento, tenuto come parametro distinto in modo da poter riutilizzare facilmente il profilo con macchine di taglia diversa.

I VETTORI ENERGETICI

I consumi energetici dei punti di utilizzo sono espressi in termini di quantità di uno o più vettori energetici assorbiti. Ogni vettore energetico è caratterizzato da:

• una quantità, con unità di misura in funzione del vettore: kWh elettrici, Sm³ di gas naturale, kg di vapore, ecc.;
• un contenuto specifico di energia primaria espresso in TEP/quantità unitaria;
• un costo specifico espresso in Euro/quantità unitaria;
• un’emissione specifica di CO2 espresso in kgCO2/quantità unitaria;
• altri indicatori ponderati.

Il contenuto specifico di energia tal quale non è rilevante e non verrà utilizzato perché non univoco, fatto che sarà più chiaro quando saranno noti i concetti di vettore energetico secondario.

Nello schema Enea vengono considerati i vettori energetici acquistati dall'esterno e distribuiti tal quali ai punti di utilizzo, che verranno chiamati “vettori primari”. Ciò è (quasi) corretto per l’energia elettrica perché le perdite di energia elettrica lungo la rete di distribuzione di un sito o attività produttiva sono di solito trascurabili.

Esistono anche distribuzioni di metano ad apparecchi utilizzatori (come forni, essiccatoi e sistemi di riscaldamento localizzati, ecc.) ma più spesso vengono distribuiti acqua calda e/o vapore prodotti con il metano (e un po’ di energia elettrica!). Vapore ed acqua calda sono esempi di vettori energetici chiamati “secondari”, in quanto generati all'interno del sito in esame a partire da vettori “primari” acquistati dall'esterno.

In generale, i vettori energetici “secondari” vengono generati all'interno del sito da un punto di utenza particolare:

• alimentato da uno o più vettori “primari” (o anche secondari);
• che produce all'uscita il “vettore secondario”, la cui quantità dipende dalla somma dei punti di utilizzo collegati alla rete di distribuzione dedicata.

In base alle caratteristiche del sistema che genera il vettore secondario, se ne possono valorizzare per gli stessi parametri del vettore primario:

• la quantità (kg di vapore, m³ di aria compressa, kWh di energia frigorifera, ecc.)
• il contenuto specifico di energia primaria espresso in TEP/quantità unitaria, che sarà la somma delle TEP contenute nei vettori energetici utilizzati per produrre il vettore secondario, divisa per la quantità di vettore secondario generata
• il costo specifico espresso in Euro/quantità unitaria, ed altri indicatori specifici, ottenuti utilizzando lo stesso ragionamento applicato per le TEP.

 

L’indicatore “energia in kWh” contenuta in una quantità unitaria di un vettore energetico non ha significato pratico in quanto ciascuno trasporta forme di energia diverse. Ciò che importa è il costo energetico ponderato in termini di TEP, costo economico ed emissioni di CO2, ecc.

Ad ogni flusso di un vettore energetico si associa quindi un flusso di energia primaria (TEP), un flusso economico, un flusso di emissioni di CO2. In questo modo si può valutare il costo energetico di ciascun punto di utilizzo, qualunque sia il mix di vettori utilizzati.

E L’ENERGIA ELETTRICA REATTIVA ? 

Il modello ENEA prende in considerazione solo l’energia elettrica attiva.
Uno degli aspetti dell’analisi energetica applicata alla distribuzione elettrica è il rifasamento. Ciò può essere preso in considerazione tenendo conto dei flussi di energia attiva e reattiva, come se fossero due flussi energetici non interagenti.

Ogni punto di utilizzo elettrico avrà quindi sia un consumo di energia elettrica attiva che reattiva ed occorrerà tener conto nella rete di generatori di energia reattiva per il rifasamento. Ad esempio, nel modello di un motore elettrico asincrono si dovrebbe tenere conto sia di un prelievo di energia attiva che reattiva, in funzione della taglia del motore, del carico applicato e del livello di efficienza IE.

LE PERDITE DELLE RETI DI DISTRIBUZIONE DEI VETTORI ENERGETICI

In generale, le perdite di distribuzione ed i consumi di energia elettrica ausiliaria (ad esempio, dispersioni di una rete di distribuzione del vapore, perdite di aria compressa, consumo elettrico delle pompe di circolazione dell’acqua refrigerata) sono significative nel caso dei vettori energetici secondari. Per modellizzarle sono possibili due opzioni di base:

• dispersioni o consumi ausiliari costanti, per esempio le dispersioni di una rete di distribuzione del vapore che funziona sostanzialmente a pressione quindi a temperatura costante;
• dispersioni o consumi ausiliari proporzionali al servizio fornito, per esempio l’energia elettrica delle pompe di una rete di distribuzione di acqua refrigerata (in questo caso dovremo addirittura considerare l’energia elettrica di pompaggio sia come energia ausiliaria sia come dispersione equivalente in quanto l’energia di pompaggio si trasforma in riscaldamento dell’acqua refrigerata).

Le perdite delle reti di distribuzione possono essere trattate in due maniere diverse, che non cambiano il risultato totale ma solo il modo di presentarlo:

• considerarle come un’utenza fittizia e presentarle separatamente dai consumi delle utenze. In questo caso le proprietà specifiche del vettore energetico non variano lungo la rete
• considerarle come una perdita di quantità del vettore energetico lungo il percorso, quindi il loro effetto è integrato nei consumi delle utenze. In questo caso le proprietà specifiche del vettore energetico variano lungo la rete ed i costi dei vettori energetici ai vari punti di utenza sono diversi.

ARTICOLAZIONE DELLA RETE DI DISTRIBUZIONE DI UN VETTORE ENERGETICO

Le reti di distribuzione dei vettori energetici sono nella maggior parte dei casi a stella. Alcune reti possono essere magliate per questioni di affidabilità del servizio. Ai fini dell’analisi energetica possono essere considerate come due mezze maglie in parallelo. La tipica gerarchia della distribuzione (punto di utilizzo, reparto 1° livello, reparto 2° livello, contatore) è stata illustrata nella figura n° 1.

Nel caso delle reti elettriche i livelli gerarchici coincidono con i quadri elettrici di distribuzione (reparto, 1° livello) e le cabine di distribuzione (reparto, 2° livello).

I punti di utilizzo di maggiore importanza possono essere alimentati direttamente da nodi di livello più alto.

Per esempio per le apparecchiature elettriche principali potrebbe essere prevista una connessione dedicata nella cabina elettrica di distribuzione principale.

Può essere utile attribuire delle dispersioni oppure dei consumi ausiliari ai punti di diramazione della rete. È il caso delle cabine elettriche dove i trasformatori hanno tipicamente un consumo a vuoto (perdite nel ferro) e delle perdite proporzionali al quadrato della corrente assorbita (perdite nel rame).

L’articolazione in reparti con punti di diramazione è molto utile anche per creare un riferimento per i monitoraggi. Molto spesso le misure sono disponibili all'arrivo o sulle partenze di una diramazione.

Nel caso dei monitoraggi è anche un utile riferimento per verificare la copertura dei consumi. Un criterio è quello di coprire col monitoraggio almeno l’80% dei consumi totali (od altra percentuale) per ciascun vettore energetico. In realtà occorre anche precisare a che livello di dettaglio (livello di reparto o di utenza) si arriva e questo viene indicato naturalmente nella struttura gerarchica individuata. 

ANCORA SUI PUNTI DI UTILIZZO DELL’ENERGIA

Ora che sono meglio noti i dati del problema possiamo tornare ai punti di utilizzo dell’energia.
In generale nei punti di utenza deve essere individuato un profilo di consumo di vettori energetici primari e/o secondari. Questo può essere fatto:

• direttamente in termini di quantità di vettore energetico;
• in base ad un profilo di produzione del punto di utilizzo, tenendo conto di un modello che calcoli il consumo di ciascun vettore energetico (un modello per ciascun vettore utilizzato).

I modelli più semplici, quelli di base, sono quelli polinomiali, in particolare lineari: il consumo di ciascun vettore è dato da una portata di base costante più una quantità proporzionale alla produzione.

Nel caso dei punti di utenza che generano i vettori secondari, l’unica differenza è che il ruolo di dato di produzione è svolto dalla quantità di vettore secondario prodotto.

Oltre ai modelli standard, si possono predisporre modelli specifici per le tipologie di punti di utilizzo più comuni che incorporino informazioni o dati qualificanti della specifica tipologia di macchina o apparecchiatura.

Alcuni esempi:

• per i motori elettrici, uno dei carichi elettrici più comuni, si possono ricavare facilmente i consumi di energia attiva e reattiva in funzione di:
• potenza di targa;
• fattore di carico;
• classificazione di efficienza energetica del motore (classificazione IE1…IE4) o dati di targa;
• per le caldaie si possono utilizzare perdite e consumi elettrici ausiliari in parte costanti ed in parte proporzionali all'energia utile richiesta;
• per le pompe centrifughe si può calcolare la potenza meccanica assorbita in funzione della velocità di rotazione e della portata fluente e poi utilizzare questo dato come ingresso del modello di un motore elettrico;
• per un compressore si avranno soprattutto consumi proporzionali alla quantità di aria compressa prodotta ma si possono immaginare modelli dettagliati che tengano in conto la pressione di mandata del compressore e la temperatura dell’aria in ingresso, due parametri che spesso possono essere ottimizzati o modificati,

e così via.

ESECUZIONE DELL’ ANALISI ENERGETICA

Per eseguire l’analisi energetica occorrerà, in sequenza:

• identificare i punti di utilizzo e le reti di distribuzione dei vettori energetici
• valorizzare i profili di consumo dei punti di utilizzo
• calcolare i consumi energetici per reparto e per sito
• calibrare il modello, confrontando i consumi energetici calcolati con le misure disponibili
• verificare il grado di copertura del monitoraggio
• identificare i consumi significativi, tenendo conto sia del consumo che della probabilità di trovare misure di risparmio energetico;
• analizzare i consumi significativi di energia;
• generare opportunità di risparmio energetico.

INVENTARIO DEI PUNTI DI UTILIZZO ED IDENTIFICAZIONE DELLE RETI DI DISTRIBUZIONE DEI VETTORI ENERGETICI

Questo compito è relativamente “meccanico“ in quanto occorre fare l’elenco di tutte le utenze e identificare le reti di distribuzione dei vettori energetici disponibili nel sito.

Si parte naturalmente dai punti di utilizzo più consistenti e se ne identificano le potenze (o portate) nominali.
Per le reti il grosso del lavoro sarà realizzare e/o validare un flow-sheet di stabilimento per identificare correttamente la struttura della distribuzione di ciascun vettore energetico.

Per un lavoro di sgrossatura progressiva, interi reparti o servizi (per esempio, illuminazione esterna) possono essere considerati inizialmente come un singolo punto di utilizzo e poi successivamente suddivisi ulteriormente a mano a mano che crescono le esigenze di precisione dell’analisi energetica.

PROFILI DI CONSUMO DEI PUNTI DI UTILIZZO

Per ogni punto di utilizzo occorre definire il profilo di utilizzo, tipicamente un carico nominale e la frazione del carico nominale che viene utilizzata nel tempo.

Per le macchine più grosse sarà utile qualche misura mentre per le macchine più piccole si faranno stime del tipo frazione della potenza nominale utilizzata e durata di utilizzo giornaliero, settimanale o annuale.

Di regola, l’intervallo temporale aggregato più interessante è la settimana. L’utilizzo degli edifici è tipicamente un ciclo settimanale ma anche i cicli produttivi sono molto correlati alla settimana lavorativa. L’uso del mese comporta alcuni problemi subdoli: per esempio un report di “consumo di energia mensile” farà vedere delle fluttuazioni fino al 10% dovute anche solo al numero di giorni nel mese, che può andare da 28 a 31 il che fa 10% di differenza. A questo problema si può ovviare mostrando delle potenze medie mensili.

Tuttavia anche le potenze medie mensili saranno perturbate, questa volta dal numero di week-end nel mese.

CONSUMI ENERGETICI PER VETTORE, PER REPARTO E PER SITO

Questo calcolo serve per due scopi:

• generare i dati utili alla calibrazione del modello;
• individuare le aree critiche di consumo, per fissare delle priorità di intervento.

Si tratta di un calcolo semplice finché c’è un singolo vettore energetico acquistato dall'esterno: definiti i punti di utenza ed i relativi profili di uso, si tratta di sommare progressivamente i consumi delle varie diramazioni.

Il calcolo può essere più complesso e dare luogo a difficoltà quando si ha a che fare con vettori secondari, in quanto devono essere calcolati per primi per avere i dati di ingresso necessari per il punto di utenza che fa da generatore del vettore secondario.

Un’ulteriore difficoltà nasce in presenza di fonti multiple per il singolo vettore energetico: un caso tipico è la cogenerazione, dove occorre tenere conto della strategia di gestione del cogeneratore.

CALIBRAZIONE DEL MODELLO

Per poter produrre previsioni affidabili qualsiasi modello va “calibrato”, cioè confrontato con una situazione nota. Una volta definiti la rete, i punti di utilizzo ed i profili di utilizzo, il risultato di calcolo deve essere confrontato con i consumi misurati dai contatori generali e dai contatori disponibili nei nodi e/o nei punti di utilizzo più importanti di ciascuna rete di distribuzione di vettori energetici.
Solo dopo aver calibrato il modello, questo potrà essere utilizzato per la previsione dei consumi alimentandolo con dei profili previsionali di produzione oppure modificando le caratteristiche dei punti di utilizzo e/o delle reti e/o delle produzioni in accordo con le misure di efficienza energetica proposte in sede di diagnosi energetica o di sistema di gestione dell’energia.

Un'interessante discussione dettagliata delle modalità di verifica degli effetti delle misure di efficienza energetica si può trovare nel protocollo IPMVP (https://evo-world.org/en/ oppure http://fire-italia.org/ipmvp/).

VERIFICA DEL GRADO DI COPERTURA DEL MONITORAGGIO

Di regola non si identificano tutti i punti di utenza, ci si accontenta di quelli più significativi e alla fine della lista rimane sempre qualcosa che si chiama “vari” o “altri carichi”. Ad ogni livello (globale, di reparto, ecc.) è corretto tenere traccia di quale parte dei consumi sia stata identificata puntualmente (misurata o stimata) e quale invece sia rimasta indistinta. Questo indicatore è utilizzato per valutare il grado di completezza dell’analisi energetica.

IDENTIFICAZIONE DEI CONSUMI SIGNIFICATIVI DI ENERGIA

Questo passo serve a dare delle priorità nell'analisi dei singoli consumi energetici e nella ricerca di misure di efficientamento. Per ogni vettore energetico, si fa una lista dei punti di utilizzo o dei gruppi di punti di utilizzo identificati e gli si attribuisce un punteggio in base a:

• incidenza del consumo specifico sul totale del sito;
• livello di adeguatezza tecnologica;

in quanto vale la pena iniziare ad intervenire (o cercare di intervenire) sui consumi:

• rilevanti in valore assoluto, perché anche piccoli miglioramenti avranno un impatto significativo sul sito;
• su impianti di livello tecnologico inferiore perché è più probabile che vi siano opportunità di miglioramento.

Ad esempio, si possono costruire due tabelle di valutazione con i seguenti criteri:

La sigla BAT sta ad indicare “Best Available Techniques”, cioè migliore tecnologia disponibile. Per “disponibile” si intende qui che sia competitiva sul mercato, cioè la sostenibilità economica è parte di questa valutazione. Le BREF sono un ottimo riferimento per questa valutazione. Questi documenti, prodotti dal centro di ricerca comune della Commissione Europea allo scopo di supportare l’applicazione della direttiva IPPC (quella che disciplina le autorizzazioni integrate ambientali), trattano di singoli settori industriali (BREF “verticali” come la BREF sulla produzione del vetro) o di aspetti comuni (BREF “orizzontali” come l’efficienza energetica) ed identificano per ogni processo industriale le migliori tecnologie disponibili ed i relativi livelli di riferimento (https://eippcb.jrc.ec.europa.eu/reference/).

Una delle BREF è dedicata proprio all’efficienza energetica in generale mentre nelle BREF verticali potrete trovare utili informazioni per moltissimi settori industriali.

Una volta attribuiti i due punteggi (incidenza ed adeguatezza) a ciascun punto di utilizzo, si genere un indice di significatività (SIG), per esempio facendo il prodotto dei due punteggi di incidenza (INC) ed adeguatezza (ATE): INC = SIG x ATE.

Le possibili combinazioni per ciascun punto di utilizzo sono:

Una volta preparata questa tabella, si definiscono “consumi significativi” quelli che hanno un punteggio di significatività maggiore di una soglia (ad esempio, 50 punti) che verrà decisa di volta in volta dall’azienda. Si partirà all’inizio con soglie elevata per concentrarsi sui consumi dove è più probabile intervenire efficacemente ed utilmente e poi si abbasserà la soglia a mano a mano che si realizzano gli interventi di efficientamento energetico.

I punteggi delle valutazioni di incidenza ed adeguatezza nonché la soglia di significatività sono valori che vanno decisi caso per caso, in base alle caratteristiche del sito. Non è neanche detto che il punteggio massimo debba essere lo stesso per i due indici di base INC e ATE (ci si potrebbe concentrare sui consumi più elevati o sulle attività meno efficienti) né che la significatività debba essere il prodotto piuttosto che la somma di SIG e ATE. L’importante è che si crei una lista di priorità ragionevole e si proceda sistematicamente con opere di efficientamento. La lista di vuoterà progressivamente (perché a seguito di efficientamento INC ed ATE dovrebbero diminuire) e si provvederà a “ricaricarla” abbassando progressivamente la soglia di significatività.

ANALISI DEI CONSUMI SIGNIFICATIVI DI ENERGIA

Una volta individuati, i consumi significativi vanno analizzati identificando per ciascuno di essi:

• i fattori di influenza, cioè le grandezze da cui dipende il loro consumo energetico (ad esempio, pezzi prodotti, temperatura esterna, ecc.);
• un indicatore di prestazione energetica EnPI, cioè un indice di consumo energetico che sia il rapporto fra l’energia utilizzata e la produzione utile (ad esempio, Wh per m³ di aria compressa prodotta oppure Wh per m³ di acqua pompata, ecc.);
• il valore storico dell’EnPI, che richiede la conoscenza non solo del consumo energetico ma anche della produzione e dei fattori di influenza corrispondenti;
• dei valori di riferimento dell’EnPI: valori per impianti simili, valori BAT, limite teorico, ecc.
• un consumo di riferimento (previsione di consumo) che permetta di valutare se il consumo corrente è congruo;
• il personale critico per quel consumo energetico (cioè le persone che con le loro azioni determinano quel consumo energetico), che dovrà essere informato e formato sull’uso dell‘energia;
• i sistemi di monitoraggio disponibili per il monitoraggio della produzione e dei consumi energetici;

allo scopo di:

• consentire una gestione controllata dell’energia;
• supportare l’identificazione delle possibili misure di efficientamento e la verifica della loro implementazione.

IDENTIFICAZIONE DELLE MISURE DI EFFICIENZA ENERGETICA

Si possono fare molte teorie e si possono produrre molti dati per aiutare l’identificazione delle misure di efficientamento ma resta il fatto che nessuna procedura né formula matematica darà mai come risultato una misura di efficienza energetica. A parte i casi banali (come “sostituire le lampadine ad incandescenza con LED”), per trovarle occorre conoscere a fondo sia il processo che l’utilizzo dell’energia in generale, ed avere l’idea giusta. Buona caccia.

IL SUPPORTO DI EC716 DIAGNOSI INDUSTRIALE

Il software di analisi energetica EC716 Diagnosi industriale fornisce gli strumenti di base per la definizione e l’utilizzo del modello energetico del sito.
Permette in fatti di:

• definire dei punti di utenza, sia quelli ordinari che di produzione di vettori secondari, indicando i vettori energetici di cui necessitano;
• definire la topologia delle reti di distribuzione dei vettori primari e secondari, con la possibilità di introdurre due livelli di ramificazione delle reti (cabine elettriche, collettori servizi, ecc.);
• definire le eventuali perdite e fabbisogni ausiliari connessi all'esercizio delle reti;
• immettere dei profili di produzione o di consumo per definire degli scenari;
• ricavare i flussi di vettori energetici e le grandezze associate (TEP, costi, emissioni di CO2) per singolo punto di utenza, ai vari nodi delle reti ed ai contatori.

Una volta creato il modello, può essere utilizzato

• per verificare l’impatto delle misure di efficientamento su consumi e costi energetici del sito;
• per compilare scenari di consumo per la pianificazione degli approvvigionamenti di energia o la gestione dei carichi.