PIANIFICAZIONE ENERGETICA DI UN COMUNE DI PICCOLE DIMENSIONI

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1 Tesi di laurea in INGEGNERIA ENERGETICA PIANIFICAZIONE ENERGETICA DI UN COMUNE DI PICCOLE DIMENSIONI RELATORE : PROF. PAOLO COPPA A. A CORRELATORE: ING. ANTONIO MORETTI CANDIDATO: ANDREA BENIGNI 28 APRILE 2016

2 COSA E UNA PIANIFICAZIONE ENERGETICA E la progettazione dei possibili interventi sulla filiera energetica: l approvvigionamento, la generazione, la distribuzione e il consumo. Viene attuata prestando particolare cura all utilizzo di fonti di energia rinnovabile e agli interventi nel campo dell efficienza dell utilizzo di energia da parte del consumatore, sia esso uno stato, una provincia o una città. In 6 passi: Definizione degli obiettivi Formazione della squadra di lavoro Definizione della situazione energetica attuale e possibili proiezioni future Elaborazioni delle soluzioni Scelta della soluzione migliore e valutazione economica Attuazione del piano, verifiche e successive modifiche

3 Caso di studio: ROCCELLA IONICA (RC) Ø Ø Popolazione: circa 7100 abitanti Senza obbligo di fare una pianificazione energetica MOTIVAZIONI ED OBIETTIVI Necessità di diminuire le spese dovute agli elevati consumi elettrici del paese e alla gestione dei rifiuti solidi urbani e dei fanghi del depuratore consortile Dimostrare la virtuosità nell approvvigionamento e consumo di energia Si vuole ottenere tramite impianti per la produzione di energia da fonti rinnovabili, che sfruttino le risorse presenti nel paese e che riducano le emissioni di CO2

4 IMPIANTO PER LA PRODUZIONE DI BIOGAS DA DIGESTIONE ANAEROBICA La prima risorsa energetica del paese considerata sono le biomasse prodotte. Si valuta la presenza della frazione organica dei rifiuti urbani e i fanghi di depurazione 1100 ton/anno 150 ton/anno Stima della resa in biogas: Substrato Sostanza secca (%) Sostanza volatile(%) FORSU Da 40 a 75 Da 50 a 70 Resa in biogas (m3/ton di SV) Da 400 a 600 Fanghi di depurazione cer Da 20 a 30 Circa 80 Da 250 a 350

5 Il processo di digestione ha le seguenti caratteristiche: Ø Digestione a secco Ø Condizioni di lavoro di termofilia Ø Processo Dranco Il dimensionamento del digestore avviene tramite il parametro OLR che nel caso di studio viene preso pari a 7,5 kgsv/m3 giorno. Avendo a disposizione una portata giornaliera di 1121,7 kgsv/giorno si ottiene un volume del digestore pari a 150 m3 Considerando un potere calorifico del biogas pari a kj/nm3 si ottiene in media una potenza termica di 118,7 kw

6 IMPIANTO DI GASSIFICAZIONE 378,4 ton/anno Plastiche miste 35 ton/anno Digestato essiccato Si adotta per la valorizzazione energetica di questa frazione di RSU, un impianto di gassificazione che trasforma i rifiuti solidi in un gas di sintesi, costituito da CO, idrogeno, azoto, CO2 e metano Di seguito si ha il potere calorifico del syngas prodotto con aria:

7 L impianto di gassificazione è costituito da: 1. Unità di riscaldamento aria 2. Gassificatore 3. Unità di trattamento fumi Dai valori di portata di rifiuti e potere calorifico del syngas ottenuto, si ha in media una potenza termica di 247,3 kw Sfruttando l unità microcogenerativa mostrata e considerando un rendimento elettrico pari a 0,3, si hanno le seguenti potenze elettriche per i due impianti: IMPIANTO BIOGAS PEL = 35,92 kw IMPIANTO GASSIFICAZIONE PEL = 74,19 kw

8 IMPIANTO FOTOVOLTAICO Il comune ha individuato questo terreno non coltivato per l installazione di un impianto fotovoltaico. L area disponibile è pari a circa 5468 m2 Il pannello scelto è un modulo in silicio monocristallino da 290 Wp Si è scelto di dimensionare un impianto a terra fisso, e tramite l applicativo PVGIS, l angolo di tilt ottimale scelto è stato di 30 I principi adottati per la disposizione dei pannelli sono stati la necessità di orientarli verso il sud geografico e la necessità di rispettare tra un pannello e l altro una distanza minima per evitare autoombreggiamento.

9 I pannelli che possono essere disposti nel campo sono 1538, equivalenti ad un campo di 446 kwp. Il campo è stato diviso in tre sottogruppi tramite tre inverter da 155 kw dal lato del generatore fotovoltaico Si è considerato il rendimento legato al pannello pari al 17% e il rendimento dell impianto pari al 79,6 %, Infine utilizzando l applicativo PVGIS, si è stimata la producibilità annua dell impianto kwh Prod. annua kwh febbraio aprile giugno agosto ottobre dicembre gennaio marzo maggio luglio settembre novembre

10 IMPIANTO MINI EOLICO All interno del comune è presente un porto turistico da 450 posti barca e con un molo lungo 675 metri Attraverso l atlante eolico italiano si è ottenuta la velocità media del vento durante l anno della zona. E stata presa in considerazione una velocità media di 5 m/s. Per avere la distribuzione di frequenza delle varie velocità si è adottata la distribuzione di Weibull. d istribu z io n e d i freq u en z a 0,25 0,2 0,15 0,1 0, velocità (m/s)

11 Viene scelta una turbina con diametro da 19,2 metri e con potenza nominale di 50 kw. Per avere una stima della produzione di energia elettrica, si combinano i valori di potenza disponibile ad ogni velocità con i rispettivi valori di distribuzione di frequenza. Le turbine che possono essere disposte sul molo sono 7. Prod. annua singola turbina kwh

12 IMPIANTO MINI IDROELETTRICO Il comune presenta un depuratore consortile posto a 70 mslm e si ha una portata di effluenti depurati che vengono scaricati verso mare. Il depuratore lavora continuamente e si ha quindi una portata costante di circa 50 l/s Dato che si ha un salto medio e una portata bassa, viene scelta la turbina Pelton.

13 La potenza idraulica disponibile considerando le perdite distribuite è di circa 34 kw. Dovendo rispettare la velocità di rotazione imposta dal generatore elettrico e riferendoci ai modelli presenti sul mercato, viene scelta questa turbina Pelton a 6 getti con la dimensione della girante pari a 23 cm. Viene considerato il rendimento elettrico del generatore pari a 0,92 mentre il rendimento della turbina pari a 0,9. PEL = 28,34 kw

14 CONCLUSIONI Gassificazione 5,00% Mini eolico 4,50% Fotovoltaico 5,50% Biogas 2,44% Mini idroelettrico 1,92% Distrib. Nazionale 80,64% Gli impianti proposti, se realizzati, possono contribuire al 20% dei fabbisogni totali di tutto il comune Questa quota è in massima parte da fonti rinnovabili Tali iniziative sono in linea con quanto racomandato dalla conferenza di Parigi