L energia da fonti rinnovabili
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- Mariangela Quaranta
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1 L energia da fonti rinnovabili Costante M. Invernizzi ENERGY DAY LE ENERGIE RINNOVABILI E L EFFICIENZA ENERGETICA AZIENDALE Bergamo, 21 maggio 2010 Parco Scientifico Kilometro Rosso
2 Outline 1 Le energie da fonti rinnovabili: definizioni, caratteristiche, metodi di conversione 2 La situazione italiana 3 Esempi di applicazioni
3 Le fonti rinnovabili di energia Definizione Sono considerate fonti rinnovabili di energia le fonti eolica, solare, geotermica, del moto ondoso, maremotrice, idraulica, biomasse, gas di discarica, gas residuati dai processi di depurazione e biogas. In particolare, per biomasse si intende: la parte biodegradabile dei prodotti, rifiuti e residui provenienti dall agricoltura (comprendente sostanze vegetali e animali) e dalla silvicoltura e dalle industrie connesse, nonchè la parte biodegradabile dei rifiuti industriali e urbani. (D.Lgs. 29/12/2003 n. 387, recependo la definizione dell art. 2 della Direttiva comunitaria del Parlamento Europeo e del Consiglio 2001/77/CE)
4 Il sole: sorgente primaria di energia Alcune caratteristiche del sole Per un osservatore terrestre: corpo nero 6000 gradi disponibilità termodinamica 0.93 L energia viene prodotta nella zona più interna del sole, da reazioni di fusione nucleare. Con temperature di milioni di gradi. distanza media terra-sole: km diametro del sole: km diametro della terra: km costante solare: 1367 W per metro quadrato
5 Il sole: sorgente primaria di energia Le fonti secondarie di energia, I Le sorgenti secondarie di energia sono quelle che per lo più assorbono, immagazzinano e poi rilasciano in varie forme l energia solare. I combustibili fossili. a Piante e vegetali. Sono combustibili risultanti da un accumulo a lungo termine dell energia solare. a Il tempo perchè questi combustibili si formino è così lungo che essi sono considerati, di fatto, sorgenti di energia non rinnovabili.
6 Il sole: sorgente primaria di energia Le fonti secondarie di energia, II Le sorgenti secondarie di energia. Energia idraulica. Energia eolica. Energia geotermica. Non è di origine solare: calore naturale proveniente dall interno della terra.
7 Il sole: sorgente primaria di energia Energia solare. La disponibilità energetica, I Potenzialmente le risorse di energia solare sono illimitate, tuttavia la radiazione solare è molto diluita, intermittente e non uniformemente distribuita. A livello del suolo il valore della energia raccolta varia molto con l inclinazione e l orientazione della superficie captante e con la stagione. Inoltre i dispositivi di captazione dell energia solare hanno un rendimento solitamente variabile con la temperatura alla quale lavorano. giorno tipico di ogni mese
8 Il sole: sorgente primaria di energia Energia solare. La disponibilità energetica, II (A) con β = 0.0 : 1337kWh/m 2 (per anno) (B) con β = 40.0 e γ = 0.0 : 1523kWh/m 2 (+14% (A)) (C) con θ = 0.0 (superficie mobile su due assi): 1964kWh/m 2 (+47% (A), +29% (B))
9 Il sole: sorgente primaria di energia Energia solare. La disponibilità energetia, III 1 la bassa concentrazione 2 la irregolarità e la non facile accumubilità rappresentano un forte limite ai fini di un uso industriale delle energie rinnovabili. L energia idraulica è facilmente accumulabile. L energia solare e l energia eolica si possono Solar Tres Project (Potenza 15 MWe): 16 ore, 588 MWh termici. Hot thank: indirettamente accumulare in 565 gradi, 347 stainless steel. Cold in energia elettrica (?) - thank: 288 gradi, acciaio al carbonio. Diametro 19 m, altezza 12.5 m. meccanica - chimica (o termica, quella solare)
10 Il sole: sorgente primaria di energia Energia solare. La disponibilita, IV L energia eolica e del tutto irregolare e spesso imprevedibile. La biomassa: e il risultato naturale dell accumulo di energia solare in energia chimica i rendimenti di cattura e conversione della radiazione in biomassa sono pero assai modesti: % (max 2%)
11 La conversione della energia da fonti rinnovabili I rendimenti di generazione della energia elettrica 1 solare fotovoltaico: 10-12% 2 conversione termodinamica (solare, biomassa, geotermica...): 10-25% 3 eolico: massima potenza estraibile: 60% della potenza disponibile 4 idraulica: 86% (turbomacchina reversibile, 120 MWe)
12 La situazione italiana IMPIANTI, POTENZA INSTALLATA E PRODUZIONE LORDA (al 31 dicembre 2008) Fonte Impianti Potenza Produzione ore/anno (kw) (GWh) ore equivalenti(*) idrica (0.30) eolica (0.18) solare (0.06) geotermico (1.00) biomasse e rifiuti (0.49) (frazione organica) (*) le ore effettive di funzionamento sono superiori. Per esempio: (2008) 50% impianti con ore di funzionamento superiori (a) idroelettrici 3600; (b) geotermici 7900; (c) eolico 1580.
13 La situazione italiana a fine ENERGIA ELETTRICA DA solare fotovoltaico: un incremento del 395% dal 2007 al Puglia 12.3% della produzione (12.4% potenza), Lombardia 10.5% (11.8%), Trentino 10.0% (7.5%). energia eolica: un incremento del 20.5% dal 2007 al 2008 (da a GWh). Puglia 27% della produzione (24.36% della potenza installata), Sicilia 21.5% (22.46%), Campania 20.4% (18.45%), Sardegna 12.7% (12.81%). Bilancio elettrico nazionale 2008 (in TWh) Richiesta Rinnovabile 56.9 (17.7%) Termica (71.5%) Pompaggio Saldo estero 40.0 (11.8%)
14 La situazione italiana L incentivazione del fotovoltaico La normativa, denominata NUOVO CONTO ENERGIA, prevede l erogazione di incentivi sulla base dell energia elettrica lorda prodotta, a monte degli autoconsumi. INCENTIVO (in euro per kilowattora) per impianti fotovoltaici che entrino in esercizio tra il e il L incentivo è erogato con valore costante nel tempo per 20 anni a partire dalla data di riconoscimento della tariffa incentivante. Potenza nominale non parzialmente integrato impianto (kw) integrato integrato > >
15 La situazione italiana L incentivazione delle altre rinnovabili SOLARE TERMICO gode di una detrazione pari al 50% del valore dell opera, recuperabile come detrazione sull imposta lorda in un periodo compreso fra 5 e 10 anni. SOLARE TERMODINAMICO gode di un sistema di incentivazione simile al fotovoltaico: 280 euro/mwh prodotto più il valore della vendita dell energia. La durata dell incentivo è di 25 anni Tutte le altre forme di energia da fonti rinnovabili possono (1) beneficiare dei certificati verdi; (2) optare per delle tariffe vantaggiose di ritiro dell energia immessa in rete: tariffe onnicomprensive, riconosciute per un periodo di quindici anni(a beneficio esclusivo degli impianti entrati in esercizio dopo il 31/12/2007, aventi potenza nominale media annua non superiore ad 1 MW (200 kw nel caso degli eolici)). (
16 Il Piano d Azione Nazionale PIANO D AZIONE NAZIONALE PER LE RINNOVABILI Giugno 2010 Impegno preso con la Comunità Europea: il 17% dei consumi finali di energia da rinnovabili entro il Obiettivi strategici: 1 la sicurezza degli approvvigionamenti energetici 2 la riduzione delle emissioni di gas climalteranti (CO 2, CH 4, NO x, O 3 ) 3 il miglioramento della competitività dell industria manifatturiera nazionale (con sostegno alla domanda e sviluppo di politiche di innovazione tecnologica) Settori di intervento: (1) elettricità (2) calore (3) trasporti
17 Il Piano d Azione Nazionale Consumi di Energia ed Obiettivi da raggiungere CONSUMI DI ENERGIA QUADRO COMPLESSIVO 2005 e Consumi Finali FER/CF Consumi Finali FER/CF Lordi (MTep) (%) Lordi (MTep) (%) CALORE TRASPORTI ELETTRICITA TOTALE FER: Fonti di Energia Rinnovabile, CF: Consumi Finali Lordi. MTep: Milioni di Tonnellate di petrolio equivalente (1 Tep = GJ = MWh termici)
18 Il Piano d Azione Nazionale Modalità di intervento LE LINEE D AZIONE (legislative, amministrative e tecnologiche): incentivazioni procedure amministrative per l autorizzazione degli impianti a fonti rinnovabili Energia Elettrica Riscaldamento/Raffrescamento reti di teleriscaldamento diffusione cogenerazione bio-gas nella rete del metano geotermia, biomassa, solare pompe di calore Settore Trasporti bio-carburanti trasporto elettrico idroelettrico (mini e micro: 10 MW) eolico (onshore + offshore) biomassa solare (fotovoltaico + concentrazione) geotermico sviluppo delle reti sistemi di stoccaggio e accumulo
19 I consumi energetici delle industrie Italia - Dati statistici relativi all anno 2001 per la fabbricazione di prodotti chimici e di fibre sintetiche e artificiali viene utilizzato il 67% circa del totale del calore consumato a fini industriali a livello nazionale (2001); il consumo di energia elettrica acquistata è massimo nell industria della produzione di metalli e loro leghe, della fabbricazione di prodotti chimici e di fibre sintetiche e artificiali e della fabbricazione di prodotti della lavorazione di minerali non metalliferi. Le imprese italiane per le quali (anno 2001) l energia elettrica acquistata costituisce la maggior spesa energetica sono l 81% del totale;
20 I consumi energetici delle industrie Lombardia - Dati statistici relativi all anno 2003 Anno Lombardia, consumi finali di energia: industria 30%, civile 38%. Distribuzione percentuale dei consumi di energia termica ed elettrica. Lombardia - anno industria 2 civile (domestico + terziario) Migliorare l EFFICIENZA ENERGETICA con risparmio e riduzione dei consumi; produzione di energia elettrica e calore di processo anche da fonti rinnovabili
21 I consumi energetici delle industrie Audit Energetico AUDIT ENERGETICO PER LE PICCOLE E MEDIE IMPRESE prof. Lucio Zavanella (lucio.zavanell@unibs.it) Attivato e finanziato dall Assessorato alle Attività Produttive e Lavoro della Provincia di Brescia Il servizio è fornito dal Centro Servizi Multisettoriale e Tecnologico (CSMT), attraverso il sito internet presente sul portale della facoltà di Ingegneria di Brescia Il portale è on-line ed anche le imprese di altre province si possono iscrivere per l autovalutazione (i settori con cui è possibile fare il benckmarking sono però quelli delle pmi della provincia di Brescia)
22 Vi sono settori, per esempio produzione di materiali per l edilizia metallurgia I consumi energetici delle industrie Modalità di intervento nei quali è possibile una razionalizzazione energetica attraverso interventi di innovazione di processo e di prodotto un miglioramento delle prestazioni energetico-ambientali dell intero ciclo produttivo In particolare con l uso di tecnologie per l auto-produzione dell energia la valorizzazione energetica degli scarti industriali una riorganizzazione del processo produttivo per renderlo più efficiente dal punto di vista energetico una valutazione dell accesso dell industria agli incentivi legati al risparmio energetico
23 L uso delle energie da fonti rinnovabili Energia elettrica, I La conversione termodinamica della energia solare - grande scala 1 impianti a concentrazione a torre 2 impianti a concentrazione con collettori parabolici lineari Potenze elettriche: decine di MW
24 La conversione termodinamica della energia solare - piccola scala 1 impianti a concentrazione con collettori parabolici lineari 2 impianti con parabole (concentrazione puntuale) 3 impianti con collettori piani Potenze elettriche: decine di kw L uso delle energie da fonti rinnovabili Energia elettrica, II
25 L uso delle energie da fonti rinnovabili nell industria Esempio La tecnologia fotovoltaica 1 al silicio: monocristallino, policristallino, amorfo 2 a film sottile: con silico amorfo, inorganico, organico pannello policristallino: 8 m 2 /kwp film sottile - silicio amorfo: 30 m 2 /kwp Impianto da 1.8 MWp sul tetto della Manifattura Sigaro Toscano, Lucca metri quadrati di superficie.
26 L uso delle energie da fonti rinnovabili nell industria La generazione di calore di processo Se (a) esiste una sufficiente domanda di calore, con (b) una certa continuità, e (c) a temperatura bassa o media. 1 pre-riscaldamento 2 lavaggi e sterilizzazioni 3 essicazioni 4 pastorizzazioni 5 reazioni chimiche 6 riscaldamento e raffrescamento collettori piani (100 C) a concentrazione ( C) geotermico (pompe di calore?)
27 L uso delle energie da fonti rinnovabili nell industria Esempio La cogenerazione (CHP) con biomassa - Esempi 1 produzione di pellets (essicazione segatura 80 C) 2 produzione di pannelli MDF a (essicazione 100 C + processo 250 C) 3 segherie (essicazione 90 C) a Medium Density Fiberboard. Pannelli di fibra di legno pressato (a) schema di processo per una segheria (b) schema d impianto MDF di Hallein (Austria)
28 Anonimo Statistiche sulle fonti rinnovabili in Italia. Anno GSE Gestore Servizi Energetici, Anonimo Incentivazione delle fonti rinnovabili. Bollettino aggiornato al 30 giugno GSE Gestore Servizi Energetici, Dicembre Anonimo I consumi energetici delle imprese. Anno 2001 ISTAT - Istituto Nazionale di Statistica, Informazioni, n Stefano Consonni Caratteristiche e potenzialità della risorsa energetica biomassa Tecnologie e prospettive della produzione di energia da biomassa - Corso di aggiornamento del Politecnico di Milano, novembre 2006, Sede di Piacenza. Gianfranco Angelino, Costante Invernizzi
29 Binary conversion cycles for concentrating solar power technology Solar Energy, Vol. 82, 2008, Alberto Pasini Collettori solari piani per la produzione di energia elettrica La Termotecnica, Aprile 1992, Autori Vari Maggio Autori Vari Maggio Marco Baresi Executive Summary - Report preliminare sulle potenzialità di recupero di effluenti per valorizzazione elettrica mediante sistemi ORC a livello Nazionale - maggio 2010 Progetto LIFE08 ENVIT Sviluppo di politiche e azioni innovative per la riduzione delle emissioni di CO2 mediante la valorizzazione degli effluenti di processo in Industrie Altamente Energivore H-REII.
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