SVILUPPO DEI PROGETTI DI TELERISCALDAMENTO

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1 SVILUPPO DEI PROGETTI DI TELERISCALDAMENTO Ing. CARLO PIEMONTE Università degli Studi di Brescia Studio Associato di Ingegneria - Milano Unione Geotermica Italiana Piancastagnaio, 11 dicembre 2012

2 POSSIBILI SORGENTI FREDDE PER POMPE DI CALORE ACQUA-ACQUA CORSI D ACQUA SUPERFICIALI (FIUMI, ROGGE, ETC.) LAGHI E BACINI IDRICI ACQUA DI MARE ACQUA DI FALDA ACQUE GEOTERMICHE ACQUA DI ALIMENTAZIONE DELLE RETI DI DISTRIBUZIONE DI ACQUA POTABILE COMUNALE ACQUA IN USCITA DA IMPIANTI DI DEPURAZIONE ACQUE LURIDE DA SISTEMI FOGNARI CITTADINI ACQUA DI CIRCUITO LAVAGGIO FUMI DI FORNI INCENERITORI ACQUA DI CIRCUITI DI TORRE DI RAFFREDDAMENTO ACQUA DI CIRCUITI DI RAFFREDDAMENTO DI CENTRALI ELETTRICHE (COGENERATIVE E NON)

3 VANTAGGI DI UTILIZZO DI RISORSE SUPERFICIALI LE RISORSE SUPERFICIALI SONO FACILMENTE ACCERTABILI ASSENZA O COMUNQUE RIDUZIONE DEL RISCHIO MINERARIO MINORI COSTI DI INVESTIMENTO PER L APPROVVIGIONAMENTO ASSENZA DI RISCHIO DI DEPRIMERE CON L EMUNGIMENTO ALTRE ATTIVITÀ (AD ESEMPIO, ATTIVITÀ TERMALI) CHIMISMO IN GENERE MENO PROBLEMATICO PROCEDURE AUTORIZZATIVE PIÙ SEMPLICI POSSIBILITÀ DI COMPENSARE IL MINOR SALTO TERMICO RECUPERABILE DALLA SORGENTE FREDDA CON UNA MAGGIORE DISPONIBILITÀ DI PORTATA

4 MOTIVAZIONI PER UN PREVEDIBILE SVILUPPO DI SISTEMI DI TELERISCALDAMENTO GEOTERMICI AMPIA DISPONIBILITÀ SUL TERRITORIO NAZIONALE DI RISORSE GEOTERMICHE TENDENZA A UN CONSISTENTE SVILUPPO DEL TELERISCALDAMENTO PER LA NECESSITÀ DI FIDELIZZAZIONE DEL CLIENTE FINALE DISPONIBILITÀ DI POMPE DI CALORE CHE POSSONO EROGARE ACQUA CALDA ALLA TEMPERATURA DI 90 C TREND DI CRESCITA DEL PREZZO DELL ENERGIA ELETTRICA INFERIORE A QUELLO DEI COMBUSTIBILI FOSSILI CONTRIBUTO A FONDO PERDUTO (CREDITO D IMPOSTA) PER SISTEMI DI TELERISCALDAMENTO GEOTERMICI PARI A 0,0258 EURO/kWht IN CONTO ESERCIZIO E 20,66 EURO/kWt IN CONTO CAPITALE (SOLO PER ZONE CLIMATICHE E ED F)

5 FLUIDI DI LAVORO PER CICLI A POMPA DI CALORE R 134a R 245fa (per applicazioni particolari) R 1234ze (per applicazioni particolari)

6 CAMPI DI APPLICAZIONE DEI DIVERSI TIPI DI COMPRESSORE PER POMPE DI CALORE

7 TEMPERATURA MASSIMA ( C) COMPRESSORE A PISTONI COMPRESSORE A VITE TEMPERATURE MASSIME OTTENIBILI PER L ACQUA CALDA CON CICLI A POMPA DI CALORE BISTADIO COMPRESSORE CENTRIFUGO (SOLO CON R245fa O R1234ze) COMPRESSORE CENTRIFUGO COMPRESSORE CENTRIFUGO COMPRESSORE A VITE O CENTRIFUGO POTENZA TERMICA (kw)

8 NUMERO STADI DELLA POMPA DI CALORE UNO PER SALTO TERMICO MAX DI 40 C TRA CONDENSATORE ED EVAPORATORE DUE PER SALTO TERMICO FINO A 85 C TRA CONDENSATORE ED EVAPORATORE

9 VALORI INDICATIVI DI COP (COEFFICIENTE DI PRESTAZIONE) PER POMPE DI CALORE CON COMPRESSORE CENTRIFUGO TEMPERATURA SCARICO SORGENTE FREDDA TEMPERATURA USCITA ACQUA CALDA COP 8 C 80 C 2,9-3 8 C 90 C 2,65-2,8

10 POMPE DI CALORE CENTRIFUGHE BISTADIO DI GRANDE POTENZA Teleriscaldamento AEM Milano di Famagosta e Canavese, Italia In funzione solo durante il periodo di riscaldamento Numero di unità 1xFamagosta 1xCanavese Refrigerante R134a Sorgente di calore Acqua di falda Dati tecnici Singola unità Potenza frigorifera kw Temp. in/out acqua fredda 15.0 / 7.6 C Portata acqua fredda m3/h Temp. in/out acqua telerisc / 90.0 C Portata acqua telerisc. 546 m 3 /h Potenza ele. compressore kw Potenza termica kw COP 2.68

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13 UNITA PACKAGE CENTRIFUGHE Teleriscaldamento per Vaertan, Stoccolma Numero di unità 6 Refrigerante Potenza termica totale R134a / R kw Temp. in/out acqua telerisc. 50 / 80 C Sorgente di calore Temp. in/out sorgente calore Acqua di mare, diretta 3.5 / 1.7 C Värtan 6 unità in funzione con successo dal 1985 Serbatoio di accumulo acqua calda

14 Teleriscaldamento per Vaertan, Stoccolma Rielaborazione grafica

15 POMPE DI CALORE DI GRANDE POTENZA COMBINATE CON PRODUZIONE FRIGORIFERA Centrale di teleriscaldamento/teleraffreddamento Katri Vala, Helsinki, Finlandia IL PIU GRANDE IMPIANTO AL MONDO PER LA PRODUZIONE COMBINATA DI ENERGIA TERMICA E FRIGORIFERA

16 POMPE DI CALORE DI GRANDE POTENZA COMBINATE CON PRODUZIONE FRIGORIFERA Teleriscaldamento/teleraffreddamento Katri Vala, Helsinki, Finlandia Progetto Pronta per la coibentazione

17 POMPE DI CALORE DI GRANDE POTENZA COMBINATE CON PRODUZIONE FRIGORIFERA Centrale di teleriscaldamento/teleraffreddamento Katri Vala, Helsinki, Finlandia Numero di unità 5 Estate Inverno 5 Refrigerante R134a R134a Sorgente fredda Acqua teleraff. Acq. fognatura, indiretta Potenza frigorifera kw kw Temp.in/out acqua fredda / / 4.0 C 4.0 C Portata acqua fredda m3/h / 62.0 C m3/h m 3 /h Temp.in/out acqua telerisc / 88.0 C kw Portata acqua telerisc kw m 3 /h Potenza ele. compresore kw Potenza 5 unità termica in funzione con successo dal kw COP 2.96

18 SISTEMA DI TELERISCALDAMENTO AL SERVIZIO DEL POLO UNIVERSITARIO DI ZURIGO CON POMPE DI CALORE AD ACQUA DI FIUME

19 SISTEMA DI TELERISCALDAMENTO AL SERVIZIO DEL POLO UNIVERSITARIO DI ZURIGO CON POMPE DI CALORE AD ACQUA DI FIUME

20 Morbegno recupero di calore dal circuito di raffreddamento di motori a gas Sistema di teleriscaldamento al servizio di Morbegno (SO), Italia Numero di unità 1 Tipo Potenza termica UNITOP 33 CY kw Temp. acqua tlr in/out 60 / 84 C Temp. acqua raffr.motori in/out 46 / 40 C COP [riscaldamento] 4.294

21 Morbegno recupero di calore dal circuito di raffreddamento di motori a gas Installazione della pompa di calore di SEM Morbegno

22 SISTEMI DI TELERISCALDAMENTO DA 73 MWt E TELERAFFREDDAMENTO DA 23 MWf A SERVIZIO DI UNA IMPORTANTE CITTÀ IN FRANCIA

23 CONFIGURAZIONE DEI POZZI DI ACQUA DI FALDA PER IL PROGETTO DI TELERISCALDAMENTO GEOTERMICO PER UNA IMPORTANTE CITTÀ FRANCESE Implantation des 18 puits pour l estimation du potentiel géothermique de la Craie Etats de saturation thermique de la Craie (en froid à gauche - en chaleur à droite)

24 POMPE DI CALORE REVERSIBILI CON SORGENTE FREDDA COSTITUITA DA ACQUA DI FALDA PER IL PROGETTO DI TELERISCALDAMENTO GEOTERMICO A SERVIZIO DI UNA IMPORTANTE CITTÀ FRANCESE Friotherm UNITOP 33/28CPY- 8149U Friotherm UNITOP 23/22BY- 7097U Fluido refrigerante R134a R134a Funzionamento Invernale Invernale Sorgente fredda Acqua di falda Acqua di falda Potenza termica sottratta a sorgente fredda kw kw Temp. sorgente fredda in/out 14/5 C 14/5 C Sorgente calda Acqua TLR Acqua TLR Potenza termica ceduta a sorgente calda kw Temp. sorgente calda in/out 65/80 C 65/80 C Funzionamento Estivo Estivo Sorgente fredda Acqua gelida Acqua gelida Potenza termica sottratta a sorgente fredda kw kw Temp. sorgente fredda in/out 14/4,5 C 14/5 C Sorgente calda Acqua di falda Acqua TLR Potenza termica ceduta a sorgente calda kw kw Temp. sorgente calda in/out 16/32 C 65/80 C

25 ESEMPIO APPLICATIVO DI POMPA DI CALORE PER RISORSE GEOTERMICHE PROFONDE (ACQUA CALDA A ALTA TEMPERATURA) 68,2 C 424,6 t/h CONDENSER + SUBCOOLER kw 79,8 424,6 CONDENSER + SUBCOOLER kw C 79,8 C 90,0 C t/h 424,6 t/h 424,6 t/h DISTRICT HEATING CONDENSER CONDENSER 67,8 C 212,3 t/h ELECTRICAL MOTOR kw M ELECTRICAL MOTOR kw M SUBCOOLER 68,5 C 212,3 t/h SUBCOOLER DISTRICT HEATING ,6 HEAT PUMP 1 HEAT PUMP 2 C 65 C 3,65 COP 65,0 C 4,74 COP t/h 212,3 t/h 212,3 t/h GROUND WATER ,0 C t/h EVAPORATOR kw ,0 C 44 C 60 C t/h 250,0 t/h 250,0 t/h EVAPORATOR kw GROUND WATER ,0 C t/h

26 TELERISCALDAMENTO GEOTERMICO DA 35 MWt A SERVIZIO DI UNA IMPORTANTE CITTÀ IN SPAGNA

27 PROVINCIA DI SASSARI TELERISCALDAMENTO DI SANTA MARIA COGHINAS, VIDDALBA E VALLEDORIA BACINO D UTENZA

28 PROVINCIA DI SASSARI TELERISCALDAMENTO DI SANTA MARIA COGHINAS, VIDDALBA E VALLEDORIA RISORSE GEOTERMICHE

29 PROVINCIA DI SASSARI TELERISCALDAMENTO DI SANTA MARIA COGHINAS, VIDDALBA E VALLEDORIA RISORSE GEOTERMICHE

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33 SISTEMA INTEGRATO POMPA DI CALORE + MOTORE A GAS RECUPERO TERMICO DAL MOTORE ENERGIA TERMICA ENTRANTE ENERGIA ELETTRICA ENERGIA TERMICA UTILE SORGENTE FREDDA GRATUITA

34 Potenza termica (kw) COPERTURA DELLA CURVA DI DURATA DEL CARICO TERMICO Durata (h/anno) Potenza termica alla punta: Fabbisogno termico totale: kw MWh/anno

35 CASO CON IL SOLO MOTORE COGENERATIVO Energia termica da motore cogenerativo: MWh/anno (20%) Energia termica da caldaie: MWh/anno (80%)

36 CASO CON MOTORE COGENERATIVO E POMPA DI CALORE Energia termica da motore cogenerativo: MWh/anno (40%) Energia termica da pompa di calore: MWh/anno (45%) Energia termica da caldaie: MWh/anno (15%)

37 POMPA DI CALORE BISTADIO CONVENZIONALE

38 SOLUZIONE CON POMPA DI CALORE BISTADIO CON RECUPERO DI CALORE AGGIUNTIVO INTERSTADIO

39 ESEMPI DI PRESTAZIONI DI POMPE DI CALORE CON SORGENTE TERMICA ACQUA DI FALDA CASO A B C Taglia piccola media grande Fluido lavoro Potenzialità termica (kw) R134a COP 2,95 2,75 2,68 Sorgente fredda Fluido acqua in uscita dal depuratore Portata (m3/h) Temperatura ingresso ( C) Temperatura uscita ( C) 8 5,9 6 Sorgente calda Fluido acqua teleriscaldamento Portata (m3/h) Temperatura ingresso ( C) Temperatura uscita ( C)

40 POMPE DI CALORE CON SORGENTE FREDDA COSTITUITA DA ACQUA CIRCUITO RAFFREDDAMENTO MOTORI PRIMI CASO A B C Taglia piccola media grande Fluido lavoro Potenzialità termica (kw) 939 R245fa COP 3,76 5,25 6,09 Sorgente fredda Fluido acqua circuito raffreddamento Portata (m3/h) Temperatura ingresso ( C) 40 47,2 47 Temperatura uscita ( C) ,9 Sorgente calda Fluido acqua teleriscaldamento Portata (m3/h) ,6 793 Temperatura ingresso ( C) ,1 Temperatura uscita ( C)

41 ESEMPIO DI PREFATTIBILITA VOLUMETRIA m3 POTENZA TERMICA 10 MW CENTRALE COMPOSTA DA: n.1 pompa di calore ad acqua di falda da 3 MW n. 1 motore a gas cogenerativo da 1,5 MW n. 2 caldaie a gas di integrazione e riserva da 5,5 MW COSTO IMPIANTO Centrale Rete TEMPO DI RITORNO DELL INVESTIMENTO 6 anni

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