Unità Tecnica Fonti Rinnovabili

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1 Unità Tecnica Fonti Rinnovabili Francesco Di Mario Casaccia, 9/10/2013 UTRINN

2 Tematiche di intervento dell Unità Solare termodinamico (CSP) Fotovoltaico Biomasse e bioenergie Idrogeno, celle a combustibile e sistemi di accumulo dell energia UTRINN

3 CSP Dal laboratorio alla dimostrazione industriale Dimostrazione a scala industriale Progettazione e realizzazione dell impianto presso l ENEL di Priolo Impianto Archimede (5 MW) Qualificazione della componentistica innovativa Realizzazione impianto di prova PCS Ricerca di laboratorio Avvio del Progetto Sviluppo componenti in collaborazione con imprese industriali UTRINN

4 Principali risultati raggiunti Sviluppo di un know how originale sul sistema e sui suoi componenti critici (tubo ricevitore, collettore solare, circuito a sali fusi, generatore di vapore, sistema di accumulo) (più di 20 brevetti) Sviluppo, in collaborazione con l industria nazionale, delle tecnologie e dei processi di produzione dei componenti Dimostrazione della validità della tecnologia in un impianto industriale, come Archimede UTRINN

5 Competenze e infrastrutture disponibili in ENEA Capacità di sviluppo e progettazione dei componenti e del sistema Laboratori per R, S e caratterizzazione dei componenti del campo solare (tubo ricevitore, collettore solare, giunti, ) Impianto sperimentale per caratterizzazione chimico-fisica delle miscele di sali fusi Impianto PCS per prove di funzionamento in condizioni reali e qualificazione di componenti e sistemi UTRINN

6 Obiettivi e linee di sviluppo per il medio termine Promuovere l introduzione nel mercato della tecnologia nazionale dei sistemi CSP, riducendo il costo degli impianti e dell energia elettrica prodotta, attraverso: R, S e qualificazione di componenti e sistemi degli impianti solari termodinamici, in collaborazione con le aziende interessate; Collaborazione con società di ingegneria e utilities per studi di fattibilità e per progettazione e realizzazione di impianti di diversa taglia (dalle centinaia di kw alle decine di MW) e per diverse applicazioni (generazione di potenza, impianti ibridi, dissalazione, produzione di calore di processo,..); Utilizzo del know how sugli impianti solari a sali fusi per applicazioni diversificate (CSP con collettori non parabolici, produzione di combustibili con energia solare, ) Collaborazioni internazionali sia nel settore della ricerca che per la realizzazione di impianti. UTRINN

7 Solare Termodinamico (CSP) Principali progetti in corso (1) MATS, progetto europeo coordinato da ENEA, in collaborazione con diversi partner industriali e di ricerca (impianto da 1 MW, per produzione di energia elettrica e calore per dissalazione, da realizzare in Egitto; ) Archetype 550, progetto europeo coordinato da Enel Green Power per la realizzazione di un impianto da 30 MW in Sicilia (FP7 e NER 300; ) OPTS, progetto europeo coordinato da ENEA per lo sviluppo e realizzazione di un sistema di accumulo innovativo, basato su un unico serbatoio con generatore di vapore integrato ( ). HYSOL, progetto europeo, coordinato da ACS-COBRA, per la realizzazione di un impianto ibrido solare-biomasse ( ) OMSOP, progetto europeo, coordinato da CITY, per lo sviluppo di un sistema da 5-10 kw basato sull accoppiamento di un solar dish ed una microturbina ( ) Sviluppo e qualificazione di componenti e sistemi (tubo ricevitore, collettore solare, giunti, ) in collaborazione strutture di ricerca e con l industria nazionale (ASE, DD, Ronda, Meccanotecnica Umbra,.) Studi di fattibilità e progetti preliminari di impianti di diverse taglie e per diverse applicazioni (collaborazioni con aziende cinesi, vari comuni italiani, CIPNES, ) UTRINN

8 Solare Termodinamico (CSP) Principali progetti in corso (2) Progetti europei per utilizzo e sviluppo infrastrutture di ricerca: SFERA (Solar Facilities for the European research Area) EUSOLARIS (The European Solar Research Infrastructure for CSP) Progetti europei per la diffusione delle tecnologie solari nell area del Mediterraneo: PWMSP (Paving the Way for the Mediterranean Solar Plan) STS-MED (Small scale Thermal Solar district units for Mediterranean communities) Studio e sviluppo di soluzioni innovative per configurazioni d impianto, fluidi termici, sistemi di accumulo, coating per tubi ricevitori nell ambito dell AdP MSE-ENEA UTRINN

9 Attività sul Fotovoltaico in Casaccia Ricerca su semiconduttori innovativi per dispositivi FV: CZTS Kesterite composto quaternario a base di rame: Cu 2 ZnSnS 4 Processi innovativi per celle in silicio: eterogiunzioni silicio amorfo/silicio cristallino Consulenza e supporto alle industrie nazionali Sperimentazione e monitoraggio di sistemi fotovoltaici UTRINN

10 CZTS Record Efficiency (%) Attività di ricerca e sviluppo tecnologico sul PV Semiconduttori a base di rame Sviluppo di semiconduttori a base di rame: CZTS in grado di sostituire lo strato di indio, sempre più raro e costoso, nei moduli a film sottile tipo CIS, CIGS Katagiri Year Solar Frontier WORLD IBM Inizio uso co-sputtering ENEA (AdP MSE-ENEA, Accordo CNR-ENEA) Ricerca sul silicio cristallino Aumento dell efficienza di cella attraverso il miglioramento dei processi industriali e lo sviluppo di nuove configurazioni su wafer sottili (< 150mm) Sviluppo di step di processi industriali innovativi (trattamenti chimici a basso impatto ambientale e via plasma, emitter selettivi, laser doping, fine-line screen printing) Sviluppo di celle ad eterogiunzione sia con contatto frontale che con entrambi i contatti sul retro (brevetto BEHIND) con efficienza potenziale superiore al 20% TCO n-typesiox a-si:h buffer Screen printed Ag BRAGG Reflector Aluminum p-type c-si p-type c-si (AdP MSE-ENEA, Accordo CNR-ENEA) SiNx i a-si:h i a-si:h n a-si:h p a-si:h screen printed Ag UTRINN

11 Fotovoltaico Consulenze definite Test di paste serigrafiche per i contatti delle celle Test di celle acquisite da fornitori diversi Sviluppo di tecniche di contattatura innovative (plating di rame) Accordi in corso di valutazione Sviluppo di processi per la fabbricazione di eterogiunzioni a-si/ c-si Attività sui sistemi fotovoltaici Monitoraggio fotovoltaico in Italia Analisi delle caratteristiche e delle prestazioni degli impianti del conto energia (Conv. GSE) Normativa Messa a punto di norme europee CENELEC e di norme tecniche CEI per moduli e sistemi. Attività sperimentale Sviluppo del software e dell hardware per il monitoraggio ed il controllo remoto dei sistemi. Sviluppo di un progetto sui sistemi PV (inclusi convertitori, accumulo ed i sistemi di energy management ) con produzione prevedibile. Varie Supporto a enti pubblici per la progettazione e il monitoraggio di impianti fotovoltaici UTRINN

12 Bioenergia Principali attività svolte in Casaccia Ottimizzazione dei processi di digestione anaerobica Sviluppo di sistemi di purificazione del biogas Produzione di idrogeno mediante processi biologici Biocombustibili di 2 generazione UTRINN

13 Bioenergia Digestione anaerobica Ottimizzazione dei processi di digestione anaerobica / codigestione di diverse miscele (FORSU/deiezioni animali/rifiuti agroalimentari/fanghi di depurazione) e confronto tra diverse configurazione del DA Realizzazione e sperimentazione di prototipi di digestori anaerobici, utilizzabili sia per prove da laboratorio che sul campo Supporto alle aziende per la progettazione realizzazione di sistemi di taglia industriale (AdP MSE-ENEA, Progetti MAREA e Veritas) Clean-up del biogas Studio dei processi chimico-fisici e biologici per l abbattimento degli inquinanti del biogas, fino ai livelli di purezza richiesti dalle diverse applicazioni (produzione di energia elettrica, immissione in rete,..) Realizzazione e sperimentazione di prototipi da laboratorio (AdP MSE-ENEA) UTRINN

14 Bioenergia Produzione di idrogeno da processi biologici Studio di processi biologici fermentativi per la produzione di idrogeno e miscele metano/idrogeno Studio e sperimentazione di processi di produzione idrogeno accoppiati alla «dark-fermentation» (elettrolisi biologicamente assistita) Biocombustibili di 2a generazione Colture di microalghe per impieghi energetici Studio di filiere innovative per la produzione di etanolo da biomasse agroforestali e colture di biomasse legnose e erbacee (progetto BIOSEGEN - MIPAAF) UTRINN

15 H 2 e sistemi elettrochimici Linee di attività principali H 2 &FC Sviluppo di sistemi di produzione e accumulo dell idrogeno Sviluppo di sistemi con celle a combustibile per diverse applicazioni (generatori portatili, cogeneratori di piccola taglia per usi residenziali, generazione distribuita) Sistemi di accumulo elettrochimico Sviluppo di materiali e componenti e caratterizzazione di celle e moduli di batterie al litio e supercondensatori UTRINN

16 Sistemi di produzione e accumulo dell idrogeno Produzione di idrogeno e miscele metano/idrogeno mediante processi di reforming alimentati da calore solare (progetti METISOL, COMETHY) Produzione di idrogeno mediante cicli termochimici alimentati da calore solare (progetto SOL2HY2) Studio sistemi di accumulo H 2 e O 2 per impiego nei sottomarini (coll. con Ministero Difesa) Collaborazione con industrie per sistemi di produzione di idrogeno di piccola taglia basati su sodioboroidruro Impianto sperimentale ciclo zolfo-iodio Generatore di H 2 da NaBH 4 (ENEA, ErreDue) UTRINN

17 Sistemi con celle a combustibile Sviluppo di componenti per le diverse tecnologie di celle a combustibile (celle polimeriche, a carbonati fusi, ad ossidi solidi) Sviluppo di sistemi di piccola taglia con celle ad elettrolita polimerico alimentati da gpl e sodioboroidruro Sviluppo di sistemi di cogenerazione con celle ad ossidi solidi da 1 e 2,5 kw per usi residenziali (Progetto EFESO, coordinatore Merloni) Sviluppo di sistemi con celle a combustibile ad alta temperatura alimentati con gas derivante da biomasse o rifiuti (AdP MSE, Progetti europei) Studi sul ciclo di vita delle celle a combustibile e sull inserimento nella rete elettrica (progetti europei) Sistema da 1 kw con celle polimeriche alimentato a GPL Stazione di prova per celle a carbonati fusi UTRINN

18 Sistemi di accumulo elettrochimico R&S di materiali, componenti e sistemi per batterie al lito e supercondensatori con caratteristiche migliori di quelli disponibili (in termini di energia, sicurezza, impatto ambientale) Caratterizzazione di sistemi di accumulo in stazioni di prova dedicate (Progetti europei, AdP MSE)

19 Principali collaborazioni internazionali Implementing Agreement IEA su: CSP (Solar Paces) Bioenergy Hydrogen Advanced Fuel Cells EERA (European Energy Research Alliance), con partecipazione ai programmi sui temi di interesse dell Unità Fuel Cells & Hydrogen Joint Understanding ENEA è membro di N.ERGHY (New European Research Grouping on fuel cells and HYdrogen) International Partnership for Hydrogen Economy UTRINN

20 Laboratori e infrastrutture di ricerca Solare termodinamico Impianto PCS per prova componenti, Impianto MOSE per prova e caratterizzazione miscele sali fusi, Laboratorio per qualificazione termomeccanica componenti, Laboratorio di ottica, Laboratori su cicli termochimici e combustibili da solare Fotovoltaico Linea pilota per realizzazione celle in silicio, forno per diffusione droganti in silicio, Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD), impianti evaporazione e sputtering per film sottili, clean room, strumentazione per caratterizzazione di materiali e celle Biomasse e bioenergie Laboratorio per lo sviluppo di nuovi processi fermentativi a scopo energetico, Laboratorio per lo studio e lo sviluppo di impianti per la produzione di microalghe, Laboratorio di ecologia microbica per lo studio dei processi naturali e loro applicazioni Idrogeno, celle a combustibile e sistemi di accumulo dell energia Laboratori per sviluppo e caratterizzazione materiali e componenti per celle a combustibile, batterie, supercondensatori e accumulo di idrogeno; camera secca; microreattori per studio catalizzatori; stazioni di prova celle e stack; ciclatori per batterie UTRINN

21 UTRINN - Progetti europei in corso - Solare PROGETTO FINANZIAMENTO DURATA BUDGET ENEA CO- FINANZIAMENTO Paving the Way for the Mediterranean Solar Plan ENPI 36 MESI 01/09/ /09/ , , SFERA - Solar Facilities for the European Research Area 54 MESI 01/07/ /12/ , , OPTS - Optimization of a Thermal energy Storage system with integrated Steam Generator 36 MESI 01/11/ /10/2014 1,705, ,412, MATS - Multipurpose Applications by Thermodynamic Solar 42 MESI 19/07/ /01/2015 2,401, ,912, STS MED - Small scale thermal solar district units for Mediterranean communities ENPI CBC-MED 36 MESI 17/11/ /11/ , , MED-DESIRE - MEDiterranean DEvelopment of Support schemes far solar Initiatives and Renewable Energies ENPI CBC-MED 35 MESI 01/02/ /12/ , , HYSOL - Innovative Configuration for a fully renewable hybrid CSP plant 36 MESI 01/04/ /03/ , , EU-SOLARIS - The European SOLAR Research Infrastructure for Concentrating Solar Power 48 MESI 01/11/ /10/ , , OMSOP - Optimised Microturbine Solar Power system 48 MESI 01/02/ /01/2017 1,070, , ARCHETYPE SW550 -ARChimede Hot Energy TYPology Enhanced Solar Water MESI 01/01/ /12/ , , TOTALE 9,355, ,620,366.01

22 UTRINN- Progetti europei in corso IDROGENO, CELLE E ACCUMULO PROGETTO FINANZIAMENTO DURATA BUDGET ENEA CO- FINANZIAMENTO CoMETHy - Compact Multifuel-Energy To Hydrogen converter FCH JU 36 MESI 01/12/ /11/ , , H2FC - Infrastructures 48 MESI 01/11/ /10/ , , GREENLION - Advanced manufacturing processes for Low Cost Greener Li-Ion batteries 48 MESI 01/11/ /10/ , , MCFC-CONTEX - MCFC catalyst and stack component degradation and lifetime: Fuel Gas CONTaminant effects and EXtraction strategies FCH JU 54 MESI 01/10/ /03/ , , SOL2HY2 Solar To Hydrogen Hybrid Cycles FCH JU 36 MESI 01/06/ /05/ , , SCoReD 2.0 Steel Coatings For Reducing Degradation in SOFC 36 MESI 01/07/ /06/ , , TOTALE 3,452, ,043,536.13

23 UTRINN Progetti europei approvati e in fase di avvio PROGETTO FINANZIAMENTO DURATA BUDGET ENEA CO-FINANZIAMENTO GRAIL Glycerol Biorefinery Approach for the Production of High Quality Products of Industrial Value HITECO - New solar collector concept for high temperature operation in CSP applications NELLHI - New all-european high performance stack: design for mass production SFERA-II - Solar Facilities for the European Research Area-Second Phase STAGE-STE Scientific and Technological Alliance for Guaranteeing the European Excellence in Concentrating Solar Thermal Energy MARS-EV Materials for Ageing Resistant liion High Energy Storage for the Electric Vehicle 48 MESI 799, , MESI 460, , FCH JU 36 MESI 538, , MESI 663, , MESI 1,143, , MES 544, , TOTALE 4,151, ,809,515.07

24 Grazie per l attenzione francesco.dimario@enea.it