Analisi economico-ambientale e modellizzazione del funzionemento di un sistema di trigenerazione per il raggiungimento dell'ottimo industriale: Il caso Dayco

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Abstract 
 
  Ad oggi la soluzione impiantistica individuata nel cogeneratore o nel trigeneratore si sta facendo 
sempre più spazio in un panorama aziendale, per quel che riguarda l’autoproduzione di energia 
elettrica e termica. 
Significativo in questo contesto è l’individuazione di un modello che possa simulare la produzione 
di energia da cogeneratore, non solo per comprendere a pieno quanto dei carichi termo-elettrici 
possano essere soddisfatti dall’impiego di questa tecnologia, ma anche per andare a definire le 
probabili anomalie che potrebbero verificarsi durante il funzionamento del cogeneratore, inoltre 
attraverso un’analisi del comportamento del cogeneratore, secondo condizioni di carico differenti, 
che saranno discusse nella presente trattazione, sarà possibile individuare il punto di funzionamento 
ottimale secondo le richieste dell’attore principale (il committente), sarà infatti lui a definire quelle 
che saranno le voci da ottimizzare. 
Scopo di questa tesi è infatti fornire un modello di semplice applicazione che le aziende possano 
utilizzare sia in una fase antecedente alla messa in servizio del sistema (qualora i dati di consumo 
non siano disponibili) che in una fase successiva alla messa in servizio dello stesso (qualora siano 
presenti dati storici). 
Per fare questo verranno analizzati i due scenari al fine di conferire al lettore un’idea più ampia e 
chiara di come applicare la metodologia e quindi il modello sviluppato. 
Il primo scenario applicativo sarà caratterizzato da un funzionamento del cogeneratore secondo 
approccio di inseguimento termico, questo tende a massimizzare il soddisfacimento dei carichi 
termici richiesti dalle utenze, il secondo invece avrà un modo di funzionamento secondo tecnica di 
inseguimento elettrico, che invece tende a massimizzare il soddisfacimento dei carichi elettrici. 
 
È stato scelto lo stabilimento Dayco, con sede a Chieti, come oggetto del modello, uno stabilimento 
altamente energivoro che ha permesso di analizzare i suddetti scenari.  
A termine delle simulazioni, che sono state atte a massimizzare il profitto economico, ma anche a 
minimizzare l’impatto ambientale, si è visto che il miglior funzionamento del cogeneratore è 
secondo inseguimento elettrico, essendo che i carichi termici pesano per il 30% circa sui consumi 
totali dello stabilimento, invece quelli elettrici hanno un peso pari al complemento ad uno di quello 
termico, quindi di entità di gran lunga superiore rispetto ai primi. 
Grazie all’impiego di una tecnologia CCHP (Combined Cooling Heating and Power) è stato possibile 
moderare le emissioni ambientali e diminuire il costo di approvvigionamento energetico 
dell’impianto.
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1 Introduzione 
 
  La generazione combinata di diversi tipi di energia è diventata una delle applicazioni più diffuse per la 
produzione distribuita nell’ultimo decennio. I dimostrati vantaggi relativi alla cogenerazione, la rendono 
applicabile in impianti industriali su larga scala, nonché fruibile in applicazioni commerciali o addirittura 
residenziali[24]. Gli ultimi progressi rendono la tecnologia trigenerativa, che sfrutta come energia 
primaria un combustibile fossile per produrre elettricità e calore ad alta e bassa temperatura, sempre 
più vantaggiosa in termini economici, di affidabilità, efficienza e con un minor impatto ambientale 
rispetto ad una produzione centralizzata. 
La progettazione di un sistema di trigenerazione ha come scopo il dimensionamento e la determinazione 
delle variabili principali coinvolte nell’ottimizzazione multivariabile, che tenga in considerazione non solo 
aspetti di carattere economico, ma anche una riduzione a livello di impatto ambientale e al contempo 
un efficientamento del sistema di generazione di energia, generando così vantaggi competitivi. 
Infatti, ad oggi, nonostante i plurimi progressi scientifici, in direzione di un efficientamento per quel che 
riguarda la produzione di energia, la realtà industriale italiana fa registrare quest’ultima come una delle 
voci di spesa che gravano maggiormente sull’economia dell’azienda[25]. 
Un problema così sentito, da far nascere la figura dell’Energy Manager il quale ha tra gli obiettivi 
fondamentali l’individuazione delle azioni, degli interventi, delle procedure e quanto altro necessario 
per promuovere l'uso razionale dell'energia
1
. 
In tal senso il lavoro di tesi si rivolge ad un pubblico che cerchi un metodo affidabile e di semplice 
applicazione che abbia come scopo l’ottimizzazione di un cogeneratore per il soddisfacimento del 
fabbisogno energetico di uno stabilimento industriale, secondo delle variabili scelte arbitrariamente. 
Utilizzare un sistema simile si traduce in una convenienza che risiede non solo nella semplificazione di 
modelli che altrimenti richiederebbero studi accurati da parte del personale ( minori tempi tecnici per la 
formazione del capitale umano e la possibilità di inserimento di una figura anche non altamente formata 
in termini di approccio software.), ma e soprattutto in una convenienza in termini di fruibilità al “grande 
pubblico” inteso come aziende che potrebbero inserirlo come step base di controllo, nel loro Sistema di 
Gestione dell’Energia. Un sistema efficace ed efficiente, oltre che di semplice applicazione. 
Per comprendere appieno il perché si è deciso di affrontare tale argomento, si partirà con la definizione 
dello scenario energetico italiano, nel primo capitolo, dove verranno affrontati in dettaglio i problemi 
relativi alla fornitura energetica nel settore industriale e come si colloca l’energia da cogenerazione, 
verrà poi identificato il quadro normativo atto a regolamentare la produzione di energia nel settore 
industriale, in particolar modo quella da cogenerazione, infine verranno identificati nello specifico gli 
obiettivi della tesi. 
Il secondo capitolo sarà orientato ad un’accurata definizione dello stato dell’arte relativo alle attuali 
soluzioni impiantistiche principalmente utilizzate per le applicazioni industriali e le nuove soluzioni in 
fase di sviluppo, per chiudere poi con un’analisi delle tecniche di modellizzazione utilizzate. 
Il terzo capitolo, cuore della tesi, dove verrà ampiamente discussa la metodologia utilizzata, 
considerando i due scenari già citati nell’abstract (in presenza o in assenza di dati storici), che terminerà 
per ambedue le metodologie con una procedura di ottimizzazione secondo variabili scelte a monte del 
modello proposto. 
Il quarto capitolo vedrà il modello applicato in uno scenario, quale il sito industriale di Chieti, uno degli 
stabilimenti produttivi di Dayco. I risultati verranno analizzati e discussi nel capitolo quinto e aiuteranno 
a capire come applicare la metodologia, quali criticità e quali pregi convivono nel modello e inoltre in 
 
1
 D.L. 10/91, art.19, comma 3
10 
questo capitolo sarà discusso come operare la scelta di settaggio del cogeneratore di prossima 
installazione nel sito suddetto, per ottimizzarne le prestazioni.
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2 Consumi energetici nazionali 
2.1 La produzione energetica in Italia 
L’Italia risulta essere uno dei maggiori paesi che sta mettendo in gioco investimenti rilevanti per 
l’istallazione di impianti alimentati da FER (fonti a energia rinnovabile) in grado di soddisfare, almeno in 
parte, il fa bisogno energetico nazionale, vantando l’ottavo posto a livello Globale, secondo la classifica 
stilata da IRENA (International Renewable Energy Agency) che fa riferimento alle capacità installate fino 
al 2018. 
Se si analizza con attenzione il consumo energetico totale, calendarizzato all’anno 2018, per il sistema 
Paese Italia esso risulta pari a 321,9 TWh, di cui circa il 35% soddisfatto pienamente da energie 
rinnovabili (Fig.1). 
 
Figura 1: Ripartizione delle fonti energetiche utilizzate per coprire il fabbisogno energetico del sistema Paese nell'anno 2018[1] 
Questa forte predisposizione del nostro paese, verso la ricerca di fonti alternative a quelle tradizionali, 
non è dettata unicamente dalla necessità di allinearsi con le direttive europee che impongono 
un’implementazione del parco rinnovabile, ma e soprattutto è la risposta di un paese, quale l’Italia, 
povero di fonti fossili, che per far fronte al proprio fabbisogno energetico ha dovuto diversificare quanto 
più possibile le proprie fonti di approvvigionamento. 
Ad oggi l’Italia volge lo sguardo verso quelle che sono la chiave per diminuire gli sprechi, ovvero 
l’efficientamento energetico e la produzione distribuita, in questo panorama trova terreno fertile la 
cogenerazione da cui si ottiene una produzione di energia termica, oltre che elettrica, e che a parità di 
fluido d’alimentazione rispetto ad un impianto di sola produzione elettrica, risulta essere più 
conveniente in termini di efficienza globale dell’impianto, arrivando a valori di rendimento di 
conversione veramente elevati e che ha visto un largo impiego a livello industriale per quel che riguarda 
l’autoproduzione di energia elettrica e termica[22]. 
Facendo riferimento al grafico in fig.1 risulta evidente come l’Italia, nonostante i suoi sforzi, sia ancora 
strettamente legata a fonti di origine fossile per la produzione energetica, tuttavia a partire dal 2007, si 
è messo in atto un costante declino dell’apporto di energia termoelettrica, fino a giungere ad un 63% 
nel 2014 (il punto di partenza era un 78% circa di produzione elettrica da fonte fossile). 
43%
9%
13%
7%
15%
2%
5%
6%
35%
Energy mix nazionale nell'anno 2018
Gas Naturale
altre fonti
Carbone
fotovoltaico
idroelettrico
geotermico
eolico
bioenergie
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Negli ultimi anni si è registrata, però, una ripresa che nel 2017 raggiunge il 69,8% (fig.2) [2]. 
Questo fenomeno è da attribuirsi alla caratteristica intrinseca che contraddistingue le fonti rinnovabili, 
rispetto alle fonti energetiche tradizionali: l’imprevedibilità. Infatti, per esempio, il contributo della fonte 
idroelettrica, fonte rinnovabile più diffusa in Italia, presenta fluttuazioni legate al regime pluviometrico. 
 
Figura 2: Produzione di energia da centrali termoelettriche che sfruttano fonti di origine fossile dal 1990 al 2017[2] 
Delineato ora lo scenario in cui ci troviamo, risulta oggi necessario lo sviluppo di un approccio che tenga 
conto di aspetti non solo meramente economici, ma anche e soprattutto di aspetti legati ad uno 
sfruttamento ragionato e calibrato delle fonti energetiche, tenendo conto i key driver del cambiamento, 
tra cui vi è il PIL. Infatti è da tempo noto che ad una crescita del PIL, corrisponde una crescita diretta del 
consumo energetico, risulta infatti che per paesi in via di sviluppo (Cina, India ) il consumo energetico 
stia avendo un picco, rispetto ai paesi occidentali già “sviluppati”. In un contesto internazionale risulta 
ancor più necessario lo sviluppo di modelli che ottimizzino lo sfruttamento delle risorse energetiche 
secondo principi di sostenibilità ambientale e di competitività, oltre che resiliente ai cambiamenti 
geopolitici dei vari Stati. Se l’Italia riuscirà a farsi promotrice di ciò avrà una royalty che difficilmente 
passerà inosservata [3]. 
  
0.0
50.0
100.0
150.0
200.0
250.0
300.0
1990 1995 2000 2005 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017
TWh
Axis Title
Produzione elettrica lorda di origine termica per combustibile
Solidi Gas naturale Gas derivati
Prodotti petroliferi Altri combustibili Totale da combustibili