Distretto Produttivo Meccatronica Biomasse: L ora della Riscossa? Ragusa 23 Marzo 2012

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1 Biomasse: L ora della Riscossa? Ragusa 23 Marzo

2 AGENDA PAC PSR LA MICROCOGENERAZIONE A BIOGAS LA TRIGENERAZIONE GLI IMPIANTI ORC MECCATRONICA: PROGETTO EDIMEC 2

3 PREMESSA Negli ultimi decenni il manifestarsi di nuovi processi sociali ed economici causati da fenomeni quali la globalizzazione e la ricerca scientifica e tecnologica ha profondamente modificato il rapporto dell agricoltura con la società, i mercati e i territori Il settore agricolo ha affrontato questi fenomeni più come minacce che come concrete opportunità di crescita. Pertanto, uno dei principali compiti delle istituzioni è proprio quello di affiancare l imprenditore e l impresa agricola e di assisterla nella sfida competitiva dei mercati nazionali ed internazionali. 3

4 Com è noto uno dei cardini della nuova PAC è costituito dalla condizionalità degli aiuti al rispetto di parametri ambientali, nonché da misure innovative intese a rafforzare la sostenibilità dell attività agricola. E pertanto necessario per l impresa agricola cominciare ad affrontare con sempre maggiore attenzione aspetti quali: 1.LA TUTELA AMBIENTALE 2.LE FONTI RINNOVABILI Proprio partendo da queste considerazioni il P.S.R. ha previsto al suo interno alcune specifiche misure destinate alla produzione di energia da fonti rinnovabili 4

5 IL P.S.R. Il 18 febbraio 2008 la Commissione Europea ha approvato il Programma di Sviluppo Rurale (PSR) della Sicilia per il periodo Il PSR consentirà l attuazione degli interventi necessari a sostenere lo sviluppo del settore agricolo, alimentare e forestale, nonché la conservazione e valorizzazione dell ambiente e lo sviluppo sostenibile dei territori rurali della regione nei prossimi 7 anni. La strategia regionale persegue, da un lato, il rafforzamento del sistema produttivo e il suo rilancio competitivo, dall altro l integrazione delle componenti territoriali, sociali economiche e ambientali, e la valorizzazione del ruolo multifunzionale dell agricoltura. Il Programma si articola su quattro Assi e circa 30 Misure, che definiscono gli ambiti dell intervento regionale per le aree rurali. 5

6 GLI ASSI DI INTERVENTO PRIMO ASSE: MIGLIORAMENTO DELLA COMPETITIVITA DEL SETTORE AGRICOLO E FORESTALE Ha l obiettivo di favorire la realizzazione di interventi per accrescere la competitività del settore agricolo e forestale. SECONDO ASSE: MIGLIORAMENTO DELL AMBIENTE E DELLO SPAZIO RURALE Ha l obiettivo di valorizzare il ruolo che l agricoltura svolge per l ambiente e lo spazio naturale. 6

7 GLI ASSI DI INTERVENTO TERZO ASSE: QUALITÀ DELLA VITA NELLE ZONE RURALI E DIVERSIFICAZIONE DELL ECONOMIA RURALE Migliorare la qualità di vita nelle zone rurali e a promuovere la diversificazione delle attività economiche, per creare e consolidare l occupazione. QUARTO ASSE: ATTUAZIONE DELL APPROCCIO LEADER Asse metodologico, attraverso il quale la Regione punta a favorire la maggiore integrazione delle iniziative, sia a livello territoriale che di filiera. 7

8 I BENEFICIARI DEL PROGRAMMA I beneficiari del programma sono gli agricoltori, gli operatori del sistema agroalimentare e forestale, gli imprenditori aspiranti imprenditori che operano nei territori rurali, sia in forma singola che associata, gli enti e le istituzioni pubbliche, i soggetti prestatori di servizi di formazione, di consulenza e assistenza alle imprese, i partenariati locali. 8

9 RISORSE FINANZIARIE A livello finanziario, il PSR Sicilia ha a disposizione per la realizzazione degli interventi 2 miliardi e 100 milioni di euro di risorse pubbliche. La ripartizione delle risorse tra gli Assi di intervento è la seguente 9

10 PPSR Mis 311 Azione B Misure per la diversificazione dell economia rurale Beneficiari delle agevolazioni Imprenditori agricoli singoli e associati, in forma di cooperative o di società di persone o di società di capitali, per la conduzione e gestione di una o più aziende agricole, anche in forma consortile mista, così come definite nelle Disposizioni attuative e procedurali Nel caso di richiedente diverso dall imprenditore agricolo, l avvio della nuova attività potrà comportare: La nascita di una nuova impresa, con apertura di partita IVA ed iscrizione alla camera di commercio. Il consolidamento di una impresa agricola già esistente, che intende avviare la nuova attività. In entrambi i casi la nuova attività dovrà essere insediata all interno dell azienda agricola. Nel caso di soggetti associati, tutti I soci dovranno essere imprenditori agricoli o loro parenti 10

11 PPSR Mis 311 Azione B Investimenti Ammissibili Impianti di raccolta, cippatura, pallettizzazione e stoccaggio di biomasse agro-forestali. Centrali Termiche con caldaie alimentate prevalentemente a cippato e pellets; aventi potenza max di 1 MW termico Impianti di produzione e stoccaggio di bio-combustibili Impianti per la produzione di biogas dai quali ricavare energia elettrica o termica (aventi potenza max. di 1 MW Termico. Impianti di produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili (fotovoltaico e minieloico) aventi potenza max. di 30 KW. Impianti ausiliari finalizzati alla realizzazione di impianti di cogenerazione per la produzione combinata di energia elettrica e calore Realizzazione e/o adeguamento di volumi tenici e strutture necessarie all allacciamento alle linee elettriche 11

12 PPSR Mis 311 Azione B Localizzazione L azienda agricola nella quale si intende realizzare gli interventi deve avere sede legale e ricadere nelle macro aree C e D così come definite nel PSR Sicilia Macro aree C: Aree Rurali Intermedie Macro aree D: Aree Rurali con problemi complessivi di sviluppo 12

13 PSR Mis 121: Stato di Attuazione Sono state avviate Quattro Sottofasi di presentazione domande dal Luglio 2009 al Giugno 2011 Dotazione finanziaria del bando: (su previsti) I Sottofase: Conclusa a Dicembre 2009 Totale domande presentate : Totale domande ammissibili: 568 Totale domande non ricevibili: 552 Totale domande non ammissibili: 36 Contributo richiesto:

14 PSR Mis 121: Stato di Attuazione II Sottofase: Conclusa a Luglio 2010 Totale domande presentate : Istruttoria in corso, si chiude a Novembre 2010 Contributo richiesto: Dotazione finanziaria per I e II fase < della richiesta complessiva 14

15 LIMITI DELLE MISURE Misura 121: Ammissibili impianti di capacità inferiore a 1 MW o con prevalente approvvigionamento aziendale e commisurati ai fabbisogni energetici di autoconsumo Misura 123: Non ammissibili gli investimenti per la realizzazione di impianti per la produzione di energia da fonti rinnovabili, non commisurata alle esigenze dell impresa Misura 311 : esclusa la zona B, perchè considerata area agricola ad alta intensità Centrali Termiche possono avere max potenza 1 MW Termico Fotovoltaico e minieolico potenza Max 30 Kw Nel caso di soggetti associati, tutti i soci devono essere imprenditori agricoli. 15

16 I DATI DEL GSE SULLA PRODUZIONE DA BIOMASSE AGGIORNAMENTO LOMBARDIA 22,9% LAZIO 4,9% SARDEGNA 3,0% PUGLIA 13,4% CALABRIA 13,2% SICILIA 1,3 % 16

17 L AGRICOLTURA SICILIANA E LE FONTI RINNOVABILI Distretto Produttivo Meccatronica Principali Province e Comuni per tipologia di Area Rurale A-Aree Urbane Province Comuni Agrigento Agrigento Caltanissetta Catania Enna Ragusa Ragusa Siracusa Siracusa B-Aree Ruarali ad agricoltura intensiva e specializzata Province Comuni Agrigento Menfi-Ribera-Sciacca Caltanissetta Mazara del Vallo-Gela Catania Enna. Ragusa Acate-Comiso-Vittoria Siracusa Augusta-Floridia.Lentini- Melilli-Priolo Gargallo 17

18 L AGRICOLTURA SICILIANA E LE FONTI RINNOVABILI Distretto Produttivo Meccatronica Principali Province e Comuni per tipologia di Area Rurale C-Aree Rurali Intermedie Province Comuni Agrigento Caltanissetta Catania Enna Ragusa Chiar.Gulfi-Ispica-Modica Siracusa Avola-Carlentini-Palazzolo Acreide-Noto-Rosolini-Sortino D-Aree Rurali con problemi complessivi di sviluppo Province Comuni Agrigento Acquaviva.. Caltanissetta Butera Catania Adrano. Enna Agira. Messina Acquedolci Palermo Alia.. 18

19 COMUNE SUP. VITATA (ha) SUP. AGRICOLA UTILIZZATA TARA (ha)(ha) Camp. Di Mazara Castelvetrano Marsala Mazara del Vallo Paceco Petrosino Menfi Ribera Sciacca TOTALE

20 L AGRICOLTURA IN SICILIA E I COMBUSTIBILI RINNOVABILI: Superficie Agricola Vitata e Superficie Agricola Utilizzata TARA (ha); SUP. VITATA (ha); SUP. AGRICOLA UTILIZZATA (ha);

21 : Distretto Produttivo Meccatronica Prodotti e Sottoprodotti Distillati nella campagna Vitivinicola Q.li di sottoprodotto per la distillazione Provincia N Ditte VINACCIA FECCIA Agrigento Caltanissetta catania Enna Messina Palermo Ragusa Siracusa Trapani Altre TOTALE

22 L AGRICOLTURA IN SICILIA E I COMBUSTIBILI RINNOVABILI: Aree Rurali in Sicilia N Comuni Superficie Totale Tipo aree n % ha % A-Aree Urbane 13 3% % B-Arre rurali ad agricoltura intensiva 22 6% % C- Aree rurali intermedie % % D- Aree rurali con problemi complessivi di sviluppo % % TOTALE % % 22

23 Cogenerazione a biogas La produzione del biogas si ha principalmente negli impianti per il trattamento delle acque reflue, nelle discariche, negli allevamenti di bestiame ed in agricoltura. Poiché il biogas viene prodotto normalmente nel trattamento dei rifiuti organici di scarto, il funzionamento delle unità di cogenerazione con questo combustibile risulta economicamente ancora più conveniente. Il calore prodotto dalla cogenerazione mediante scambiatori fumi/acqua viene utilizzato per il riscaldamento dei digestori. Inoltre, la nuova legislazione garantisce agli impianti cogenerativi a biogas un meccanismo di incentivazione che permette di raggiungere dei tempi di ritorno dell investimento anche inferiore a 3 anni (Certificati Verdi, Feed-in Omnicomprensivo 0,18 / 0,28 Euro/kWh immesso in rete). 23

24 La Tecnologia Distretto Produttivo Meccatronica FUMI Recuperatore ACQUA COMBUSTIBILE BIOGAS COMBUSTORE ENERGIA ELETTRICA ARIA Generatore Scambiatore Fumi - Acqua ENERGIA TERMICA Compressore Turbina 24

25 La Tecnologia Distretto Produttivo Meccatronica La cogenerazione Le microturbine Capstone generano contemporaneamente energia elettrica e termica sotto forma di acqua calda da inviare alle utenze. Funzionamento della turbina: l'aria prodotta viene compressa dal compressore e quindi inviata in camera di combustione nella quale avviene il processo di ossidazione del combustibile. Capstone è, ad oggi, l unico costruttore di microturbine ad offrire sul mercato internazionale sei taglie modulabili di potenza elettrica prodotta: C30, C65, C200, C600, C800, C1000, da 30 a 1000 kwe. Out Recuperator Combustor Generator Comp Turbine In 25

26 La Tecnologia Distretto Produttivo Meccatronica Exhaust Outlet Generator Air Intake Recuperator Combustor Compressor Turbine 26

27 Vita da progetto > ore Bassa manutenzione Alta Affidabilità Distretto Produttivo Meccatronica Le microturbine a gas ΩR Axial direction Aerofoil Circumferential direction Beam Bearing cartridge Air Bearings Air Bearings Turbine l s l b1 t b l s0 h b l b2 Permanent Magnet Rotor Thrust Air Bearings Compressor 27

28 La trigenerazione La trigenerazione L acqua calda prodotta può essere utilizzata anche per alimentare un frigorifero ad assorbimento che produce acqua refrigerata da utilizzare nell impianto di condizionamento. Queste macchine, alimentate dal calore recuperato dal cogeneratore, sfruttano un ciclo frigorifero basato su trasformazioni di stato in cui il fluido refrigerante (acqua) in combinazione la sostanza assorbente raggiunge le temperature di un tradizionale impianto di refrigerazione kw caldi 700 kw freddi COP = 0,70 28

29 Impiego con diversi combustibili L alimentazione degli impianti è possibile: con combustibili liquidi o gassosi sia fossili gas naturale, propano, gasolio, kerosene che rinnovabili biogas, biodiesel, olio vegetale 1. Modello Capstone 65 kwe: Biogas da digestore o discarica Efficienza 29% elettrica > 25% a 33 kwe 80% totale cogenerativa Consumo 224 kw 43 Sm3/h di biogas al 55% di CH4 (min. digestore) 68 Sm3/h di biogas al 35% di CH4 (min. discarica) Gas Naturale Efficienza 29% elettrica > 25% a 33 kwe 80% totale cogenerativa Consumo 224 kw 23 Sm3/h di gas naturale 29

30 I principali vantaggi dei sistemi energetici Capstone Completa assenza di liquidi lubrificanti e di raffreddamento Tutela dell ambiente grazie alla ridotta emissione di gas nocivi (NOx e CO) Elevata resistenza agli agenti corrosivi: H2S < 5000 ppmv Modulazione da 0 a 100% della potenza elettrica data la velocità di rotazione variabile in funzione dell energia elettrica prodotta Bassi costi di manutenzione Dimensioni e peso ridotti Modularità e scalabilità del sistema Assenza di vibrazioni e basse emissioni sonore Installazione rapida e semplificata, consentita anche all esterno e in ambienti non industriali Power Quality dell energia elettrica autoprodotta analoga a quella ottenibile con i tradizionali gruppi di continuità (UPS) Affidabilità, sicurezza e continuità grazie alla possibilità del funzionamento in isola in caso di black-out Dotazione di software per il controllo da remoto e di dispositivi per la visualizzazione dei data di funzionamento anche via web. 30

31 Il sistema di trattamento del biogas Deve essere previsto un sistema di trattamento del biogas prodotto da u n digestore o da una discarica. Il biogas infatti deve essere filtrato, deumidificato e compresso affinché le sue caratteristiche qualitative siano adatte ad alimentare un impianto di cogenerazione con turbina a gas. 31

32 Esempio composizione biogas 32

33 Impianti ORC Distretto Produttivo Meccatronica Il Ciclo Rankine Organico (ORC - Organic Rankine Cycle) è un ciclo termodinamico senza surriscaldamento che impiega un fluido di lavoro organico per generare elettricità. Il fluido di lavoro (esempio: propano, pentano, metilbenzene, HFC-R245fa) viene scaldato fino al punto di ebollizione (caratterizzato da temperature più basse rispetto a quelle del punto di ebollizione per l acqua). Il vapore generato viene fatto espandere in una turbina (Capstone). Questa turbina può essere impiegata per trascinare un generatore che converte il lavoro di espansione in elettricità. A fine espansione, il vapore viene condensato e rimesso in circolo per generare nuovo lavoro. Attualmente, gli impianti ORC sono oggetto di valutazione per: migliorare l efficienza degli impianti di cogenerazione; generare energia elettrica sfruttando fonti di calore naturali (geotermiche o solari); recuperare il calore di scarto di processi industriali e trasformarlo in energia utilizzabile. Altre applicazioni includono l'utilizzo della biomassa o di biogas come combustibile

34 Impianti ORC CAPSTONE Nell impianto in oggetto, l energia termica necessaria per il funzionamento del sistema ORC verra ottenuta dalla combustione di biomasse di scarto da processi industriali o da colture agricole reperibili 34 34

35 Impianti ORC CAPSTONE Lay Out della caldaia a Biomassa 35 35

36 Applicazioni Distretto Produttivo Meccatronica Il dispendio di calore è una risorsa inutilizzata in qualsiasi ambito, per esempio: Motori fissi Turbine e Pistoni Dispendio di calore da camicia d acqua Dispendio di calore dallo scarico Ammassi di Gas Industriali Raffinerie Inceneritori Smaltitori Biomasse Discariche e digestori Bruciatori Gassogeni Impianti solari termici Impianti Geotermici Impianti geotermici per l acqua calda Vapore Geotermico 36 36

37 Integrated Power Module (IPM) Speed Sensor Sensor 2 Actuator 1 Actuator 2 Sensor 1 L IPM migliora l efficienza generale del sistema eliminando perdite gearbox (incluse perdite secondarie come le pompe dell olio) ed eliminando I blocchi meccanici aumentando la semplicità e l affidabilità del sistema

38 Configurazioni Distretto Produttivo Meccatronica Il sistema può essere configurato per catturare il calore da qualsiasi fonte multipla di calore Scarichi diretti Flusso d acqua calda Camicia d acqua Olio Diatermico Vapore Il sistema può essere configurato per espellere calore usando fonti di refrigerazione Il sistema è progettato in modo che l ORC non intacchi le operazioni sull impianto originale 38 38

39 Caratteristiche Tecniche Ogni singolo modulo ORC richiede in ingresso 980kWth sottoforma di acqua surriscaldata al 100% del carico. Il sistema consentirà di produrre 125 kw elettrici lordi che si riducono a circa 105 kw elettrici netti disponibili per l utenza o per la cessione in rete ai fini di accedere alla tariffa incentivante prevista in questo caso. La potenza termica da smaltire mediante la torre evaporativa e pari a 821 kwth

40 Caratteristiche tecniche Profilo di utilizzo ORC 800 Ore di funzionamento Mesi Produzione En. Elettrica 40 40

41 Caratteristiche tecniche e Prezzi La quantita di biomassa necessaria per un anno e di circa 2900 tonnellate. Il gruppo ORC produrra 105 kw elettrici netti che e possibile immettere in rete o utilizzare per consumi locali a seconda del meccanismo incentivante che verra adottato. Nel caso tutta l energia elettrica prodotta venga ceduta in rete la tariffa incentivante omnicomprensiva prevista dal GSE per questo tipo di fonte rinnovabile e di 0,28 Euro per kwh elettrico netto ceduto alla rete. Fornitura, installazione e messa in servizio di N 1 sistema ORC alimentato con caldaia a biomassa: Valore totale: ,00 (IVA esclusa) 41 41

42 Caratteristiche tecniche e Prezzi Tariffa omicomprensiva incentivante: 0,28 Euro/kWh PCI biomassa: 3000 kcal/kg Ore anno funzionamento: 8030 Consumo annuale biomassa 2900 tonnellate Utile economico annuo: Euro CO2 evitata annua: 511 tonnellate Energia primaria risparmiata per anno: 181 TEP Payback impianto: 6,5 anni 42 42

43 BILANCIO ECONOMICO Periodo di riferimento: 1 anno - Impianto: ORC Capstone Clean Cycle 125 Parametri tecnici PCI biomassa (kcal/kg) Rendimento caldaia biomassa 0,80 Contenuto ceneri 3,5% Parametri economici Tariffa incentivante Energia Elettrica immessa in rete ( /kwh) IVA esclusa 0,280 Costo trasporto biomassa ( /kg) IVA esclusa 0,020 Costo conferimento ceneri ( /kg) IVA esclusa 0,120 Prestazioni impianto Potenza elettrica lorda prodotta (kw) 115 Potenza elettrica netta prodotta (kw) (al netto degli ausiliari della caldaia e del ORC) 105 Potenza termica netta prodotta dalla caldaia a biomassa (kw) Potenza elettrica ceduta in rete 105 Consumo totale biomassa in kg/h 358 n. ore annuali di funzionamento previste Valori economici prodotti Energia elettrica = Potenza elettrica netta prodotta x (Tariffa Incentivante kwh medio ) x ore funzionamento impianto Valore economico totale Spese di gestione impianto ORC Costo di trasporto biomassa al sito Costo di trasporto e conferimento ceneri Spese di gestione totali Risultato economico operativo Utile operativo Utile operativo totale

44 RIEPILOGO BILANCIO ECONOMICO & PAYBACK Energia elettrica prodotta e ceduta in rete (kwh) Valori Economici Prodotti: Valore energia elettrica prodotta dal sistema ORC Capstone Costi sistema di cogenerazione Capstone: Costo di trasporto biomassa al sito Costo di manutenzione dell'impianto ORC Costo di conduzione impianto ORC Tonnellate CO2 risparmiate non immesse in atmosfera 511 TEP di energia primaria equivalente risparmiate 181 Utile economico operativo Fornitura macchinari Installazione in sito Rientro operativo investimento (anni) 6,5 note: 1) IVA è esclusa nel bilancio 2) Il calcolo è stato eseguito ipotizzando il funzionamento medio a pieno carico del gruppo ORC per le ore di funzionamento previste 44 44

45 Il ruolo del DistrettoProduttivo Meccatronica nello sviluppo della filiera delle energie rinnovabili in Sicilia 45

46 Il Piano di Sviluppo di Filiera: EDIMEC 46

47 Predisposto nel giugno 2010, con riferimento al Bando dei Piani di Sviluppo di Filiera di cui al PO FESR 2007/2013 Linee di intervento aziende partecipanti Investimenti previsti per circa 25 milioni di Euro Agevolazioni previste per circa 15 milioni di Euro Avvio entro la fine del 2011 (in attesa di pubblicazione del decreto) 47

48 Il Piano di sviluppo di filiera prevede l attivazione di servizi comuni e la conduzione di investimenti in connessione ad attività di ricerca e sviluppo da realizzare all interno di cluster. 48

49 Social Network di Distretto Piattaforma user-oriented Progetto in continuità con Sicilia Meccatronica Partner realizzativo: Engineering Ingegneria Informatica SpA Consulenza scientifica: DTMPIG UNIPA Centro Servizi del Distretto Servizi comuni Piattaforma di progettazione ed assistenza alla produzione (CAD/CAM/CAE) Staff di supporto (meccanica, elettronica, materiali/processi) Laboratorio di prototipazione meccatronica Supporto manageriale e gestione del progetto Partner realizzativi: Consorzio ARCA Start-up tecnologiche insediate presso l Incubatore ARCA Federazione dei Distretti Italiani 49

50 Cluster R&D e filiera delle rinnovabili Sensoristica innovativa per il tererilevamento e il monitoraggio degli impianti FER Moduli FER di piccola/media taglia solare a concentrazione minieolico Applicazioni innovative delle FER dissalazione solare 50

51 1. Utilizzo di droni leggeri per l ispezione e il telerilevamento di impianti FER Combinazione di competenze in campo meccatronico (meccanica/elettronica/informa tica) Collaborazioni nazionali ed internazionali Mercato in sviluppo 51

52 Piattaforma multisensore per mini-uav Thermography / photogrammetry / proximity remote sensing 52

53 Analisi termografica di campi solari 53

54 Analisi visiva ravvicinata di campi eolici 54

55 Web Mapping 55

56 2. Tecnologie solari a concentrazione: CSP/CPV Partnership con ENEA e imprese coinvolte nella realizzazione della centrale Archimede di Priolo Ricerca su applicazioni civili e industriali di medi/piccola scala del solare a concentrazione termodinamico: poligenerazione (elettricità, caldo e freddo), integrazione con altre fonti, conduzione di processi chimici attivati termicamente. Sviluppo di concentratori fotovoltaici ad alte prestazioni e basso costo (obiettivo 1 /Wp) 56

57 Il progetto del laboratorio solare presso il Consorzio ARCA Collettore parabolico da 12 metri Macchina ad assorbimento per la produzione di freddo Sistemi di accumulo 57

58 Moduli CPV ad alta efficienza studi preliminari 58

59 Microeolico la progettazione Sviluppo di geometrie ibride/variabili per l adattamento a regimi di vento discontinui. 59

60 Microeolico la prototipazione 60

61 Applicazione del solare termico alla dissalazione e purificazione dell acqua Tecnologia innovativa basata sulla distillazione a membrana (MD) che utilizza fluidi di scambio a bassa temperatura (< 90 ) Know-how consolidato in attività di ricerca internazionali. 61