Tecnologie per l efficienza e lo stoccaggio di calore ed elettricità: un opportunità per un uso sostenibile ed economico dell energia

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1 Alma Mater Studiorum Università di Bologna ASTER - Rete Alta Tecnologia dell Emilia Romagna Progetto Tecnopoli Tecnologie per l efficienza e lo stoccaggio di calore ed elettricità: un opportunità per un uso sostenibile ed economico dell energia Ing. Francesco Melino CIRI Energia e Ambiente Ravenna, 10 Gennaio 2014

2 ORGANIZZAZIONE Responsabile Scientifico Prof. Ing. Michele Bianchi Prof. Francesco Luca Basile Dipartimento di Chimica Industriale «Toso Montanari» Prof. Ing. Michele Bianchi Prof. Ing. Antonio Peretto Dipartimento di Ingegneria Industriale Prof. Ing. Valerio Cozzani Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica, Ambientale e dei Materiali Prof. Ing. Carlo Alberto Nucci Dipartimento di Ingegneria dell Energia Elettrica e dell Informazione «Guglielmo Marconi» Prof. Ing. Cesare Saccani Dipartimento di Ingegneria Industriale

3 I LABORATORI Laboratorio Processi catalitici sostenibili - Prof. Francesco Luca Basile Produzione di Biomonomeri da glicerolo e altre biomasse Produzione e sistemi di separazione di Idrogeno (H2Bo) Laboratorio LISEP - Prof. Ing. Carlo Alberto Nucci Sviluppo di algoritmi per le operazioni di controllo della distribuzione di energia prodotta da idrogeno in connessione con le reti elettriche residenziali. Il laboratorio implementa la ricerca nelle aree della produzione, trasmissione, distribuzione e utilizzo di elettricità con particolare riferimento alle Smart Grids. Laboratorio (EX DICMA) DICAM Analisi Filiere - Prof. Ing. Valerio Cozzani Analisi e definizione di filiere alternative per la conversione energetica di biomasse attraverso processi termochimici Analisi e valutazione quantitativa di filiere di riferimento attraverso approcci di tipo LCA e di sostenibilità ambientale Laboratorio (EX DIEM) DIN Impianti - Prof. Ing. Cesare Saccani Sistema di campionamento PM Filtrazione, miscelazione e trasporto per flusso multifase Impianto di monitoraggio e controllo Gestione delle operazioni

4 I LABORATORI Laboratorio Cogenerazione e Accumulo (EX DIEM) DIN Macchine Research Team 2 Full Prof.: M. Bianchi, A. Peretto 2 Reaserchers: A. De Pascale, F. Melino 1 Post doc: L. Branchini Several Phd Students 1 Emeritus Prof. : G. Negri di Montenegro Produzione di energia elettrica e termica per mezzo di sistemi energetici innovativi Sistemi di accumulo di energia da fonti rinnovabili

5 BACKGROUND Il ripensamento delle politiche energetiche a vari livelli istituzionali, conseguenza di una crescente attenzione e sensibilizzazione verso i temi della tutela dell ambiente e del risparmio energetico, ha fortemente intensificato il ruolo delle fonti rinnovabili nei sistemi di produzione di energia - 20% di emissioni di CO 2-20% di consumo di energia primaria + 20% di energia da fonti rinnovabili Le fonti di energia rinnovabile (FER) non si esauriscono per effetto del loro utilizzo Impianti fotovoltaici Impianti geotermici FONTI NON PROGRAMMABILI Impianti eolici Impianti di produzione di biogas Impianti di produzione idroelettrici fluenti Rifiuti solidi urbani FONTI PROGRAMMABILI Biomasse Impianti idroelettrici a serbatoio e bacino Impianti assimilati alimentati da combustibili fossili, combustibili di processo o residui

6 BACKGROUND ANNO 2008 ANNO 2011 Incremento della % di produzione di energia eolica e solare, in Italia, dal 2008 al 2011 (Fonte GSE)

7 BACKGROUND PREVISIONE DELLA DOMANDA DI ENERGIA ELETTRICA NAZIONALE NUOVO SCENARIO PRODUTTIVO crescente incidenza delle FER non programmabili sulla produzione di EE necessità di sviluppare nuove modalità di gestione della rete (FonteTerna) PROBLEMI CONSEGUENTI ISTITUZIONI come erogare energia in modo continuativo? come soddisfare la domanda in qualsiasi momento della giornata? IMPRESE/PRIVATI quando conviene acquistare energia sul mercato? quando conviene vendere il surplus di energia prodotta autonomamente? VINCOLO EE non è stoccabile produzione e consumo sono simultanei RICERCA INDUSTRIALE SOLUZIONI TECNICHE regolazione impianti a combustibile fasce orarie differenziate educare l utenza ad un uso consapevole accumulo

8 ATTIVITA DI RICERCA Sistemi di accumulo per la programmabilità delle fonti energetiche non programmabili OBIETTIVI (1): Studio comparativo tra i diversi sistemi di accumulo oggi commercialmente disponibili o in fase di sviluppo, con particolare riferimento ai sistemi elettrochimici e a quelli di accumulo ad idrogeno ACCUMULO ELETTROCHIMICO POMPAGGIO IDRAULICO ENERGIA ELETTRICA ACCUMULO H 2 PRODUZIONE STOCCAGGIO CONVERSIONE ENERGIA ELETTRICA CAES e altri sistemi innovativi

9 ATTIVITA DI RICERCA Sistemi di accumulo per la programmabilità delle fonti energetiche non programmabili OBIETTIVI (2): Progettazione di un prototipo di sistema integrato di generazione ed accumulo che preveda la presenza di una batteria elettrochimica, di un sistema ad idrogeno e di un microgeneratore a fonte rinnovabile

10 ATTIVITA DI RICERCA Sistemi di accumulo per la programmabilità delle fonti energetiche non programmabili OBIETTIVI (2): Progettazione di un prototipo di sistema integrato di generazione ed accumulo che preveda la presenza di una batteria elettrochimica, di un sistema ad idrogeno e di un microgeneratore a fonte rinnovabile

11 ATTIVITA DI RICERCA Sistemi di accumulo per la programmabilità delle fonti energetiche non programmabili OBIETTIVI (3): messa a punto di una metodologia di controllo dell intero sistema ottimizzata nell ottica di una massimizzazione dell energia elettrica prodotta da fonte non-programmabile, in risposta ai carichi elettrici richiesti Sviluppo di un software per la progettazione e per l ottimizzazione energetico economica al variare: - carichi dell utenza; - scenario tariffario; - condizioni al contorno;

12 ATTIVITA DI RICERCA Sistemi di accumulo per la programmabilità delle fonti energetiche non programmabili OBIETTIVI (3): messa a punto di una metodologia di controllo dell intero sistema ottimizzata nell ottica di una massimizzazione dell energia elettrica prodotta da fonte non-programmabile, in risposta ai carichi elettrici richiesti NDD [-] kwp 4 kwp 5 kwp NDD [-] kwp 4 kwp 5 kwp kwp PV = 1 kwp kwp PV = 1 kwp 0.10 CASE# Battery Max Storable Energy [kwh] CASE# H2 tank Max Storable Energy [kwh] EE PR EE SO EE ST EE SC EE SC EE SC EE LO EE PU EE UT total produced electrical energy produced electrical energy towards the network produced electrical energy to the storage system produced electrical energy to the utility produced electrical energy from the storage system to the utility Total fraction of produced electrical energy consumed by utility EE SC = EE SC + EE SC fraction of the stored electrical energy not used for the utility and/or lost due to the efficiency of the storage EE ST = EE LO + EE SC electrical energy from the network utility electrical energy demand EE U = EE PU + EE SC + EE SC

13 APPLICAZIONI INDUSTRIALI Istituzioni Multiutilities In situazioni «Stand-Alone» Settore Nautico Vantaggio economico Produttori (cogenerativi) Industria e terziario «energivoro» Applicazioni domestiche

14 Contatti Prof. Ing. Michele Bianchi - Responsabile U.O. Bioenergie Alma Mater Studiorum Università di Bologna Viale del Risorgimento, Bologna michele.bianchi@unibo.it Studio Web site Ing. Francesco Melino Alma Mater Studiorum Università di Bologna Viale del Risorgimento, Bologna francesco.melino@unibo.it Studio