Biomasse per il settore domestico

Transcript

1 Biomasse per il settore domestico Ing. Matteo Prussi, PhD CREAR /RE-CORD - Centro Ricerca Energie Alternative e Rinnovabili Dipartimento di Energetica S.Stecco Università degli Studi di Firenze Energia Ogni azienda, abitazione o processo produttivo necessita di 2 risorse energetiche.. ENERGIA ELETTRICA Illuminazione, Movimentazione macchine, comunicazione ENERGIA TERMICA Riscaldamento, Processi di lavorazione, Servizi sanitari 1

2 In che modo consumiamo l energia? EU-27 il 32% cons. En. TOT(2006) in TRASPORTI ITALIA: 165 Mtep di energia dall'estero, pari a quasi l'80% della domanda energetica nazionale: è il secondo Paese al mondo per importazione di energia elettrica 2

3 Budget Energetico della EU-25 Energy import dependence around 70 % in 2030 (EC Green Paper) Quanto pesano le rinnovabili a livello mondiale? Source: based on IEA, 2006; and IPCC, BIOENERGY A SUSTAINABLE AND RELIABLE ENERGY SOURCE - A review of status and prospects - IEA BIOENERGY: ExCo: 2009:05 3

4 Energia elettrica da rinnovabili - EU Previsioni produzione da Rinnovabili EIA Escluso fonte idroelettrica 4

5 Elettricità da fonti rinnovabili non tradizionali in Italia Anni (GWh) 5

6 Biomassa: definizione Per BIOMASSA si intende tutto ciò che ha matrice organica, ovvero il materiale organico costituito o derivato da organismi vegetali o animale o loro componenti, utilizzabile in processi di trasformazione termochimica o biochimica. La biomassa ha origine: da prodotti principali o da residui del settore agro-forestale; da sottoprodotti e da scarti di lavorazioni agro-alimentari; dalla parte biodegradabile dei rifiuti; dal comparto zootecnico; da "coltivazioni dedicate". Biomassa: Vantaggio Ambientale Il principale vantaggio ambientale conseguente allo sfruttamento della risorsa biomassa per fini energetici consiste nel non contribuire direttamente all'effetto serra, poiché la quantità di anidride carbonica (CO 2 ) rilasciata durante la decomposizione, sia che essa avvenga naturalmente, sia per effetto della conversione energetica, è equivalente a quella assorbita durante la crescita della biomassa stessa. 6

7 Biomassa: Vantaggio Ambientale Non vi è, quindi, un contributo netto che generi aumento del livello di CO 2 nell'atmosfera; questo è vero a meno delle emissioni da fonti fossili correlate alle operazioni di taglio, trattamento e trasporto della biomassa ed allo smaltimento delle ceneri. Un esempio del ciclo di emissioni è presentato in figura. Uso energetico della biomassa - Vantaggi Fonte di Energia Rinnovabile Immagazzinabile-Stoccabile Può essere convertita in combustibili solidi, gassosi o liquidi Numerose tecnologie di conversione ben sviluppate e note Tecnologie di conversione disponibili in un ampio campo di potenze a differenti livelli di sofisticazione Produzione del combustibile e tecnologie di conversione indigene nei PVS Non emette (emissioni nette) CO 2 La produzione produce più lavori domestici degli altri sistemi ad energia rinnovabili della stessa taglia 7

8 Uso energetico della biomassa - Svantaggi La produzione genera competizione nell uso del territorio Necessarie grandi aree a causa della bassa densità energetica La produzione può richiedere elevati volumi di fertilizzanti ed irrigazione Sistema di gestione (logistica) complesso per assicurare la costante fornitura della risorsa Problemi di trasporto, stoccaggio e movimentazione a causa della bassa densità (bulk density) Produzione soggetta a variazioni legate alle condizioni ambientali/meteo Alcune tecnologie di conversione non sono ancora completamente sviluppate Produzione non costante durante l anno Biomassa: contributo al consumo energetico Energy from biomasses, % on total energy harvested Africa 55 Asia 38 Oceania 35 Sud America 26 Centro America 14 Nord America 4 Europa 3 Principalmente da sistemi naturali Principalmente da residui e colture dedicate 8

9 Biomassa: sostenibilità dell uso energetico La biomassa è una risorsa rinnovabile a condizione che venga impiegata con un tasso di utilizzo non superiore alle capacità di rinnovamento biologico. Per Sviluppo Sostenibile si intende uno sviluppo che risponda alle necessità del presente senza compromettere la capacità delle generazioni future di soddisfare le proprie esigenze Queste parole sono tratte dal report Our Common Future (conosciuto anche come Brundtland Report) e rappresentano la definizione di Sviluppo Sostenibile preparata dalla "World Commission on Environment and Development". (Commissione Mondiale sull'ambiente e lo sviluppo). Italia: utilizzi attuali delle biomasse Riscaldamento domestico, individuale e collettivo (teleriscaldamento) Calore di processo e/o elettricità in cogenerazione presso siti industriali (industria del legno, distillerie ecc.) Produzione di elettricità (o elettricità e calore in cogenerazione) da impianti dedicati alimentati con biomasse, oli vegetali, biogas Biocarburanti per i trasporti (biodiesel, bioetanolo...) 9

10 Previsione utilizzo BM al Toscana e biomasse La Toscana è la regione Italiana con il più alto potenziale per lo sfruttamento della biomassa legnosa

11 TIPOLOGIE DI BIOMASSA SOLIDA 21 Biomasse erbacee o legnose Forestali legnose: - Residuali - Dedicate Agricole: - Residuali - Dedicate 11

12 Biomasse erbacee Colza Mais Girasole etc 23 Biomasse erbacee Colture dedicate Colture erbacee Es. Sorgo a fibra, Canapa, Arundo Donax, Colture zuccherine (ed amidi) Es. Barbabietola da zucchero, Sorgo zuccherino, Patata Piante acquatiche: Es. macro e micro alghe Piante Oleaginose Es. Colza 12

13 Biomasse legnose SRF Manutenzione bosco Etc 25 La filiera del legno La biomassa viene tagliata e stoccata per la fase di essiccamento

14 La legna da ardere La cippatura del legno La cippatura permette la riduzione delle dimensioni e l utilizzo in caldaie a cippato. A questa fase può seguire la ulteriore riduzione: pellettizzazione

15 Cippato di legno La cippatura del legno Pellets Cal. spec. 4.7 kwh/kg Peso spec. 650 kg/m 3 APPLICAZIONI Abitazioni private Uso industriale 15

16 Forme di addensamento della biomassa Pretrattamento - Compattazione della biomassa Varie tipologie di compattazione A seconda dell uso Varia il consumo energetico per la produzione 16

17 TECNOLOGIE PER L USO DOMESTICO 33 Definizioni La biomassa può essere convertita in energia mediante processi di convezione TERMO-CHIMICA. Il più noto processo è la COMBUSTIONE. Esistono poi la PIROLISI e la GASSIFICAZIONE Radiazione Solare Nutrienti BIOMASSA Zuccheri, Olii, Amidi, Farine, Proteine 6 CO H 2 O 6 O 2 + C 6 H 12 O 6 6 CO H 2 O + ENERGIA + CENERE Bioss.di Carbonio Acqua Clorofilla Ossigeno Glucosio Combustione Calore - Elettricità - Energia mecc

18 Caldaie a cippato Gli elementi principali di un impianto (a cippato) sono: Caldaia Contenitore o deposito per stoccaggio cippato Sistema di movimentazione del combustibile Centralina di regolazione Accumulatore inerziale e bollitore per acqua sanitaria 35 Schema dei componenti principali 36 18

19 Centrale termica a cippato Al fine di facilitare le operazioni di scarico del cippato dai mezzi di trasporto, il silo è situato spesso al di sotto del piano stradale 37 Manuali fiamma rovesciata 38 19

20 griglia fissa) 39 Regolazione sonda Lambda 40 20

21 Locale caldaia Ai fini della normativa sulla sicurezza viene considerata la potenza termica complessiva di tutte le caldaie presenti nello stesso locale, che possono essere accese in contemporanea. Se si installa una caldaia a legna da 20 kw e accanto a questa ne viene posta una a gas da 20 kw, viene superata la soglia dei 35 kw, e si rientra nella normativa su questa categoria di impianti. 41 Vano combustibile Il silo di stoccaggio del cippato dovrebbe essere posto in un locale adiacente al locale caldaia o situato nelle immediate vicinanze di questo. Il silo va dimensionato sulla base della potenza e del rendimento della caldaia, delle caratteristiche del combustibile e dell autonomia richiesta. Indicativamente, il potere calorifico netto del cippato è compreso tra 600 e 900 kwh/m3, a seconda del tipo di legno e del contenuto di umidità. La densità è compresa tra i 200 e i 400 kg/m

22 Sistemi di estrazione Sul fondo del silo viene posizionato l estrattore del cippato, che preleva il combustibile e lo convoglia nel canale della coclea di trasporto. Nei piccoli impianti, per potenze fino a kw, e capienze fino a circa 100 m3, viene generalmente usato un estrattore a braccio rotante, che richiede una sezione del silo circolare o quadrata. Per impianti di maggiore potenza vengono usati estrattori a fondo mobile, costituiti da una o più rastrelliere parallele ad azionamento idraulico che, con un lento movimento avanti e indietro spingono il cippato nel canale della coclea. 43 I passi verso la scelta dell impianto Riassumiamo i passi necessari per decidere se installare o meno un sistema di riscaldamento a biomassa. Ancora prima di pensare al dimensionamento dell impianto ed alla scelta della caldaia da installare, è necessario inquadrare l intervento nel suo contesto globale, valutandone la convenienza economica e assicurandosi che la biomassa necessaria ad alimentare l impianto sia disponibile attraverso un sistema di fornitura certo ed affidabile. SOURCE: Is a Biomass-fired Heating System Right for Your Facility? 44 22

23 Stima preliminare Lo scopo di questa fase è quello di valutare se installare un sistema di riscaldamento a biomassa abbia più o meno un senso nella struttura in esame. Se si tratta di una struttura di grandi dimensioni (Scuole, Uffici Pubblici, Condomini) è necessario valutare la disponibilità del personale addetto alla gestione degli impianti energetici ad essere di supporto alla scelta. Si deve inoltre effettuare una rapida analisi economica in grado di stimare i costi ed il risparmio potenziale annuale. Diventa quindi necessario avere a disposizione tutte le informazioni possibili circa le spese energetiche dei precedenti anni, oltre ad un quadro esaustivo dei costi dell energia. Si deve inoltre raccogliere informazioni sulla taglia di impianto da sostituire. 45 Ricerca Informazioni Se l'ipotesi sembra valida, è il momento di saperne di più sui sistemi di riscaldamento a biomassa. Raccogliere informazioni circa i principali produttori ed installatori di impianti. Se possibile andare a visitare una Fiera dedicata; esempi: Fieragricola Verona - Forlener Valutare la possibilità di visitare impianti analoghi a quello previsto possibilmente in zona. Saranno utili per evidenziare i pro ed i contro dell intervento

24 Valutare la risorsa locale di biomassa Ricercare informazioni sul costo e sulla disponibilità di combustibile da biomassa nella tua zona, tenendo presente che aumentare la distanza di approvvigionamento fa aumentare i costi di trasporto. Ricerca di potenziali fornitori che possono offrire cippato o pellet, a seconda della taglia di impianto prevista. La scelta del fornitore potenziale deve partire dal valutarne i seguenti parametri : affidabilità e serietà; disponibilità di Biocombustibile che rispetti le normative di riferimento (ÖNORM, DIN, PelletGold etc.); possibilità di stilare contratti di fornitura, anche 47 pluriennali; compatibilità dei veicoli per il trasporto con il sistema di Stabilire la taglia d'impianto Un sistema di riscaldamento a biomassa deve essere dimensionato sulla base dell'analisi dei carichi, specialmente del carico di punta. Rispetto ad un sistema sottodimensionato, un sistema di grandi dimensioni non funzionerà altrettanto bene, sarà meno efficiente, e avrà maggiori emissioni. Nella maggioranza dei casi si avrà bisogno di una caldaia supplementare alimentata con un combustibile convenzionale, dimensionata per far fronte al carico di punta. Una caldaia a biomassa di taglia compresa tra 50 e 80% del carico di punta sarà in grado di soddisfare fino al 95% del carico annuale

25 Stabilire la taglia d'impianto Per risolvere i problemi del carico di punta e del dimensionamento della caldaia, si può affiancare una caldaia di backup a combustibile tradizionale, da utilizzare per: integrare le punte di richiesta: es. 10 giorni peak load annui; emergenza: es. blocco alimentazione cippato; stagioni di basso carico: es. produzione estiva di acqua calda sanitaria (ACS) o di altri servizi in misura insufficiente per mantenere in marcia vantaggiosamente la caldaia a legna Nel caso in cui si attui un intervento di sostituzione di impianto, basterà mantenere allacciato il vecchio bruciatore. 49 Se si tratta di un impianto nuovo, il costo di una caldaia di backup può essere messo in conto poiché risulta di un ordine di Qualità e movimentazione del biocombustibile La qualità della biomassa dipende dalle sue dimensioni, dal suo contenuto di umidità e dall'assenza di materiali estranei (quali piccoli sassi nel cippato). Il biocombustibile legnoso (cippato, pellet, briquette) dovra rispettare i parametri fissati dal costruttore dell'impianto. Si deve dare la preferenza all'acquisto di combustibile con il più basso tenore di umidità possibile; nel caso che ciò non sia, si deve tenere di conto del tasso di umidità nel calcolo del prezzo di acquisto La presenza di sporcizia (caso cippato) può causare danni al sistema di alimentazione ed alla camera di combustione, e deve pertanto essere evitata, prestando particolare attenzione alle 50 25

26 Valutazione economica Fare un analisi costi-benefici dell'uso della biomassa per riscaldamento. Confrontare i costi capitale, comprese tutte le modifiche alla costruzione, ed i costi di gestione (su base annua) dell'impianto con quelli relativi ad un omologo impianto tradizionale. Decidere se procedere con l'intervento Una volta raccolte le informazioni decidere se procedere con l'intervento. 51 Soddisfa le esigenze dell'utenza? Esiste la convenienza economica? Promuovere una discussione pubblica Se l'impianto è di taglia medio grande e in particolare è prevista l'installazione in edifici pubblici, è bene coinvolgere sia gli amministratori locali sia l'opinione pubblica già in sede di programmazione e via via che i contorni dell'intervento diventano chiari. Spesso non esiste la consapevolezza dei benefici apportati dall'uso della biomassa, né dei vantaggi associati. Promuovere incontri con la cittadinanza per illustrare i benefici ambientali Prevenire la edsindrome economici N.I.M.B.Y. dell intervento

27 VALUTAZIONI ECONOMICHE 53 Andamento dei prezzi 27

28 Centro Tutela Consumatori Utenti Alto Adige 20/10/2011 Confronto combustibili Combustibile Prezzo unitario Valore energetico Prezzo per kwh Gasolio 0,908 /l 10 kwh 0, % Gas liquido (in cisterna) 1,861 /kg 12,8 kwh 0, % Gas metano 0,788 /m³ 9,8 kwh 0,080 88% Pellets 0,2173 /kg 4,8 kwh 0,045 49% Minuzzoli di legno 0,215 /kg 4,2 kwh 0,039 43% Legna spezzata (mista) 0,120 /kg 4,3 kwh 0,028 30% Confronto % Teleriscaldamento (incl. eventuale tassa fissa annuale) 0,086 /kwh 1 kwh 0,086 95% Marzo Centro Tutela Consumatori Utenti Alto Adige 55 Manutenzione Combustibile Investimento 56 28

29 Esempio di confronto legna-gpl Fonte: Energia da legno. Indicazioni per partire con il piede giusto AIEL Fonte: Energia da legno. Indicazioni per partire con il piede giusto AIEL 29

30 The End Ing. Matteo Prussi, PhD CREAR /RE-CORD - Centro Ricerca Energie Alternative e Rinnovabili Dipartimento di Energetica S.Stecco Università degli Studi di Firenze 30