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La Cornell University punta ad annullare la sua impronta di carbonio attraverso progetti di monitoraggio e controllo gestiti dal software Proficy di GE

Uno dei principali istituti di istruzione del mondo, la Cornell University di Ithaca, nello stato di New York, è una città a sé. Con oltre 34.000 tra studenti e collaboratori nei momenti di picco dell’anno acca-demico, l’università gestisce 260 edifici principali su un terreno di circa 300 ettari (oltre 3 Km2). L’istituto, seppur privato, sorge su un terreno ricevuto in concessione dallo stato di New York, ha una tradizione lunga ormai 145 anni, e vanta una posizione di membro educativamente diversificato della Ivy League.

Il campus consuma fino a 35 MW per alimentare gli edifici che formano il complesso universitario. Nel tentativo di risparmiare energia e abbattere le emissioni di gas serra, l’Università era alla ricerca di un sistema di visualizzazione e controllo per il monitoraggio delle attività e la riduzione dei costi di gestione.

La soluzione è stata individuata nel software Proficy e, in particolare, negli elementi HMI/SCADA – iFIX, Historian e Real-Time Information Portal per il monitoraggio e il controllo degli aspetti principali del campus, vale a dire:

• Il raffreddamento tramite sorgente lacustre • La filtrazione dell’acqua • La generazione di vapore ed elettricità

Risultati• Riduzione dell’80%, pari a quasi 20 MW, del consumo

di energia elettrica per i refrigeratori del campus

• Oltre ad avere un carattere più marcatamente ecologico, le soluzioni GE hanno evitato nuovi investimenti di capitali negli impianti del complesso e ulteriori costi di manutenzione

• L’applicazione per la generazione di energia, basata sul soft-ware Proficy, permette al management universitario decisioni ponderate sui nuovi progetti e valutazioni rigorose sull’efficacia delle azioni intraprese

“Proficy consente la gestione razionale dei costi, mettendo a disposizione del management i dati necessari per poter prendere decisioni ponderate, ed è inoltre possibile gestire le fluttuazioni della domanda più rapidamente e semplicemente rispetto al passato.”

Tim Peer PE, responsabile degli impianti energetici, Cornell University

Cornell University Maggiore efficienza e migliore sostenibilitàSoluzioni per l’ottimizzazione energetica del campus

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Raffreddamento tramite sorgente lacustre

Il progetto di raffreddamento tramite sorgente lacustre (LSC, Lake Source Cooling) rappresenta un potenziamento dell’impianto centrale per il raffreddamento dell’acqua che sfrutta oggi una configurazione più rispettosa dell’ambiente: permette infatti di risparmiare energia sfruttando una risorsa rinnovabile costituita dalle acque fredde e profonde del vicino lago Cayuga. Con una spesa prevista di 58 milioni di dollari, sicuramente superiore a quella per la semplice sostituzione dei vecchi refrigeratori con nuove unità, il progetto ha comportato un investimento significativo. Tuttavia offre all’Università un metodo di raffreddamento che elimina i complessi impianti di refrigerazione e i relativi consumi energetici, influisce positivamente sull’ambiente con una riduzione dei consumi superflui ed eviterà problemi futuri grazie all’utilizzo di nuove generazioni di refrigeranti.

Il sistema di tele-raffreddamento assicura la refrigerazione centralizzata del 40 percento circa del nucleo del campus della Cornell University. Il sistema precedente richiedeva otto macchinari di refrigerazione con un consumo medio di 0,75 kW a tonnellata in un’ora per la produzione di circa 40 milioni di tonnellate-ora di raffreddamento (480 miliardi di Btu). L’impianto dell’acqua di raffreddamento era la principale fonte di consumi energetici del campus e il personale tecnico si rese rapidamente conto che si trattava anche della principale opportunità di riduzione dell’impronta di carbonio. L’introduzione del raffreddamento tramite sorgente lacustre ha permesso all’università di rinunciare a sei macchinari di refrigerazione, mantenendone in servizio soltanto due come riserva e per i picchi di domanda.

Una tecnologia di raffreddamento ben collaudata trasferisce il calore dall’acqua di raffreddamento del campus a quella del lago tramite scambiatori di calore che mantengono separati i due cir-cuiti, e di conseguenza le due acque.

Dato che il calore fluisce spontaneamente dai fluidi caldi a quelli freddi, non occorre energia aggiuntiva oltre a quella necessaria per mantenere in circolazione l’acqua nelle condutture. Il sistema pompa l’acqua fredda (a circa 4 °C) presente sul fondo del vicino lago Cayuga attraverso una serie di scambiatori di calore

collegati al sistema di raffreddamento a circuito chiuso collocato a terra. L’acqua viene successivamente reimmessa nel lago a una temperatura di circa 12 °C e a una profondità intermedia, dove tale temperatura corrisponde al valore naturale. Il monitoraggio del sistema viene effettuato dall’impianto centrale mediante client Proficy remoti, collegati tramite connessioni in fibra ottica. Sono inoltre disponibili telecamere indipendenti per ispezioni visive.

Il software Proficy gestisce sia il monitoraggio, sia il controllo dell’innovativo sistema LSC. L’efficacia viene misurata attraverso i dati messi a disposizione dalla soluzione Proficy mentre l’acquisizione dei dati di rilievo avviene tramite Proficy Historian, che li condivide con altre applicazioni e li esporta per le analisi statistiche.

Questo metodo di raffreddamento, in uso ormai da decenni nel settore della produzione elettrica, rappresenta un’applicazione relativamente recente per quel che riguarda il raffreddamento degli edifici. Utilizzato in questo modo, il raffreddamento tramite sorgente lacustre fornisce a lungo termine un servizio più affidabile ed economicamente vantaggioso, assicurando al tempo stesso notevoli vantaggi per l’ambiente grazie alla riduzione dell’80 percento dei consumi energetici del campus per scopi di raffredda-mento. Il sistema LSC assorbe circa 0,1 kW a tonnellata e consente di ridurre i consumi di energia elettrica al 13 percento rispetto a quelli del precedente impianto di raffreddamento. Questa riduzione si traduce in un risparmio superiore a 20 milioni di kWh all’anno, pari al consumo energetico di circa 2.500 abitazioni private, cui si aggiunge l’abbattimento dell’impatto sull’ambiente a livello sia locale sia globale.

Il sistema LSC è una soluzione a lungo termine per le esigenze di raffreddamento dell’Università. è stato infatti progettato per durare dai 75 ai 100 anni, vale a dire oltre il doppio della durata tipica delle unità di refrigerazione. Rappresenta inoltre una soluzione economicamente vantaggiosa sul lungo periodo, grazie ai risparmi energetici e alla capacità di sostituire gli attuali refrigeratori, ormai obsoleti a causa dell’impiego di refrigeranti vietati.

Lo studio di fattibilità della fase I ha rivelato che, su un periodo di 30 anni, una combinazione formata da un impianto LSC ottimiz-zato (con una capacità iniziale di 18.000 tonnellate, ampliabili fino a 20.000 tonnellate all’aumentare della temperatura dell’acqua di ritorno del campus) e da refrigeratori privi di CFC sarebbe stata più economica sotto il profilo dei costi di gestione rispetto a un sistema basato esclusivamente su refrigeratori. Secondo questo piano, il sistema LSC sarà affiancato, nei momenti di picco, dagli impianti esistenti, vale a dire il serbatoio di accumulo termico e due refrig-eratori ad HFC a circuito aperto. Gli altri sei refrigeratori ermetici a CFC verranno dismessi. Il sistema LSC coprirà quasi per intero le esigenze di raffreddamento a livello centrale, generando la maggior parte dei risparmi energetici, mentre i refrigeratori rimasti fungeranno da unità di riserva e per i periodi di picco della domanda.

Solutions for Campus Energy Optimization

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Proficy iFIX viene utilizzato per il monitoraggio e il controllo delle pompe, dei componenti elettrici e dei rilevatori di pressione all’interno dell’innovativo progetto di raffreddamento. Unitamente ai sensori di precisione, Proficy guiderà gli interventi di manuten-zione preventiva necessari per evitare le riduzioni della portata dovute ad accumulo di detriti e alla crescita di cozze zebra (Dreis-sena polymorpha) presenti nel lago. Proficy garantisce una visibilità completa e un controllo stabile e sicuro dell’intero sistema LSC. La soluzione genera allarmi e avvisi sulle apparecchiature collegate, identificando i punti che necessitano di interventi di manutenzi-one per rimuovere gli accumuli di detriti all’interno delle tubazioni. Proficy iFIX è stato scelto per la sua capacità di interfacciarsi con un’ampia gamma di dispositivi.

“Grazie al suo impegno nel fornire un prodotto aperto e multilivello, aggiungendo continuamente nuove funzioni utili a livello di HMI/SCADA ed ampliando i set di strumenti di livello superiore, GE si posiziona stabilmente al vertice dell’elenco dei fornitori di fiducia dell’Università,” ha dichiarato Bill Richards, progettista senior IT alla Cornell.

Filtrazione dell’acqua e generazione di vapore ed elettricità

Cornell gestisce un impianto relativamente piccolo di filtrazione dell’acqua, situato nel campus e dedicato all’erogazione di acqua potabile ai laboratori e agli edifici del complesso universitario. Il sistema di controllo utilizzato prima dell’introduzione di Proficy, in funzione da oltre 80 anni, prevedeva il monitoraggio manuale delle valvole e delle sostanze chimiche. La necessità di funzioni più precise di controllo, segnalazione e archiviazione dei dati hanno indotto la Cornell University ad aggiornare il sistema con dispositivi di controllo e software al passo con i tempi.

La nuova soluzione consiste in due coppie di sistemi iFIX ridon-danti per monitorare e controllare le pompe e la distribuzione delle sostanze chimiche di un piccolo impianto di trattamento e potabilizzazione dell’acqua situato nel campus. Questa soluzione si interfaccia con una serie di sensori e un sistema di controllo basato su PLC per garantire una visibilità completa sul sistema per l’acqua potabile e una semplice integrazione con altri sistemi Proficy e di terzi. Gli operatori utilizzano le funzioni di visualizzazione generale e trending dei sistemi per garantire la qualità dell’acqua e central-izzare l’impostazione dei valori di regolazione dei processi.

“Proficy ci consente un monitoraggio e un controllo dei sistemi tale da ottimizzare affidabilità ed efficienza,” ha dichiarato Tim Peer.

La Cornell University gestisce inoltre una centrale di cogenerazione di sua proprietà situata all’interno del complesso universitario, il cui obiettivo principale consiste nella produzione di vapore per il riscaldamento degli oltre 270 edifici del campus; come obiettivo secondario, la centrale produce l’energia elettrica necessaria ai gruppi di refrigerazione e agli edifici. La generazione di energia avviene mediante due turbine a gas naturale, due caldaie a car-bone e tre caldaie a gas naturale.

Molti campus continuano a utilizzare il carbone soprattutto a causa del suo basso costo e del fatto che le caldaie a carbone hanno una durata particolarmente lunga. La Cornell University si è impegnata ad eliminare il ricorso al carbone e intende conseguire questo obiettivo entro il 2011. Di recente, è stato inoltre avviato un ampliamento della centrale da 82 milioni di dollari, ampliamento mirato a eliminare l’uso del carbone e a porre i presupposti per un’espansione futura. L’investimento è giustificato a partire dalle informazioni ottenute utilizzando il software Proficy:

• Dati grezzi con cadenza oraria estratti da Proficy Historian in relazione a un periodo pluriennale

• Analisi statistica off-line della produzione di vapore, della gener-azione di energia elettrica e della domanda di acqua refrigerata

• Estrapolazione di un modello relativo a un periodo di 25 anni

• Aumento del grado di sicurezza del personale del campus deri-vante dal livello di visibilità offerto da Proficy.

L’ampliamento include un’ampia gamma di componenti, PLC e attrezzature specifiche di diversi fornitori. Anche in questo caso, l’Università ha adottato Proficy sotto forma di una coppia ridon-dante di server iFIX con 10.000 tag e circa 15 client. La soluzione comprende inoltre un software Proficy Historian con la gestione di 10.000 tag. I dati disponibili nell’Historian vengono condivisi, a supporto delle iniziative di riduzione dei consumi energetici degli edifici.

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La Cornell University mette a disposizione in rete alcune informazioni in tempo reale tramite un portale web. Il pubblico, gli studenti e il personale docente del campus possono accedere a queste informazioni in tempo reale per scopi di analisi dalle API di Proficy Historian.

I dati dal lato del generatore vengono estratti direttamente da Proficy Historian mediante le API. L’acquisizione della maggior parte delle altre informazioni avviene manualmente, ma l’Università sta sperimentando un sistema per la raccolta auto-matica dei dati dai misuratori.

“Grazie all’adozione di elementi di visualizzazione e controllo in grado di fornire dati di produzione non soggettivi, Proficy assec-onda le iniziative ecologiche del campus e l’obiettivo di azzerare l’impronta di carbonio” ha dichiarato Lanny Joyce PE, responsabile della gestione energetica della Cornell University.