Cogenerazione di biomasse su piccola scala: opportunità e criticità

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1 Cogenerazione di biomasse su piccola scala: opportunità e criticità Antonio M Pantaleo Dipartimento DISAAT, Università di Bari Centre for Process Systems Engineering, Imperial College London Le prospettive della valorizzazione energetica e materica delle biomasse agroforestali Workshop ECOREMED Napoli, 11 ottobre 2013

2 Inquadramento normativo Classificazione prodotto, sottoprodotto, rifiuto (Dir 28/2008) Art 184 bis condizioni per qualifica sottoprodotto: parte integrante di processo produttivo, utlizzo certo, senza ulteriore trattamento, legale All X sez 4 Dlg 152/06 elenco biomasse per limiti emissioni DM 6/7/12 (lista sottoprodotti/rifiuti per incentivi biomasse) e Art 185: categorie escluse da rifiuto Criteri sostenibilità biomasse (Dir 28/2010) e biocarburanti Dlg 55/2011 e DM Efficienza energetica certificati bianchi, conto energia termico, CAR Iter autorizzativi: linee guida 2010 e PAS

3 Generazione elettrica- implicazioni tecnologia/taglia

4 Processi di seconda generazione (I)

5 Processi di seconda generazione (II)

6 Cogenerazione da biomasse: taglie ottimali? Trade-off efficienza di conversione-costi/raggio approvv Risorse domestiche molto distribuite Necessità decoupling per ottenere biocombustibili da utilizzare presso la domanda energetica Sistemi di condizionamento/upgrading centralizzati e utilizzo finale distribuito Flessibilità di utilizzo biomasse su mercati alimentariindustriali-energetici (bioraffinerie, chimica verde) Ruolo delle misure di incentivazione/procedure autorizzative nel pilotare le scelte di investimento 6

7 Decoupling upgrading - energy conversion Biomassa Stoccaggio / pre-trattamenti Biocombustibile intermedio Altri prodotti alimentari-industriali Biocombustibile stabilizzato Condizionamento centralizzato (bioraffineria) Conversione energetica (presso utenza energetica) Elettricità-calore-trasporti 7

8 Densificazione biomassa-torrefazione

9 Recupero energetico - ORC basse pressioni, usura ridotta, efficienza complessiva 85%, bassi costi operativi 21/10/13 9

10 Caldaie con gruppi ORC

11 Gassificazione di biomasse Updraft-downdraft; letto fisso/fluido; atmosf/pressurizz; Tipo filtri: secco-umido Caratteristiche biomassa (umidità-pezzatura-ceneri) Trattamento e smaltimento char Vantaggi: efficienze, emissioni Svantaggi: spazi, affidabilità, essiccazione iniziale, qualità combustibile, costi Promettente per piccole taglie, con biomassa con contenuto ceneri<2%, domanda di calore on site

12 Gassificatori letto fisso Semplice tecnologia - PCI (4-6 MJ/Nm3)-perdite 25%-u 15-20% Updraft, elevata efficienza ma alta % char nel syngas Downdraft, stessa direzione per biomassa e gas, parziale craking catrami ma maggior particolato, idoneo per e.elettrica alte T syngas 12

13 Gassificatori letto fluido Del tipo bollente/circolante e atmosf/ pressurizz Uniforme T- gassif in pressione Rischio di formazione di scorie nel letto Necessità, in tutti i casi, di un sistema di raffreddamento e di gas cleaning 13

14 Gassificazione su piccole taglie-criticità

15 Trade-off ed opzioni tecnologiche Piattaforma centralizzata con gassificazione distribuita Dove e come essiccare Pezzatura: cippato, pellet, polverino Biomassa umida o secca (domanda calore) Temperatura di gassificazione ed eccesso aria Tipologia filtri per gas cleaning (gestione acqua/spazi) Motori o turbine Solo biomassa o dual fuel

16 Impatto ambientale Emissioni in atmosfera: essiccatore e combustore char Emissioni motore o turbina Consumi acqua (filtri ad umido) Spazi (filtri, essiccatore) Rumore (motore) Efficienza di conversione energetica

17 Analisi energetico-ambientale e costi-benefici Dir 28/2010 biomasse Dir 27/2012 su efficienzz energetica (Art 14 : obbligo di CAR e/o DH ma con analisi costi-benefici economico-sociale (all IX parte 1) implicazioni anche ai fini autorizzativi) Impostazione: analisi bilanci energetici, risparmio energia primaria, emissioni CO2 evitate, aspetti occupazionali, analisi finanziaria, Principali criticità: allocazione impatti, LUC Criteri e standard di certificazione

18 Analisi di sostenibilità e LCA Raw materials extraction Energy production and utilisation Trasformation: from raw materials to fuels Transport Utilisation of different products in the chain

19 Casi di studio Olio vegetale-mci BRASSICA CARINATA Pellet-gassificazione FIBER SORGHUM Pre-trattamento Estrazione olio Pellet BIO-OIL OIL cake pellet PELLET MIX conversione 1 MWe - MCI 1 MWe gasificatore-mci HEAT AND POWER HEAT AND POWER

20 FIBER SORGHUM BRASSICA CARINATA Province S1 (ha) S2 (ha) ha/y Biomass t/y Plants Foggia 2, ,296 31, , Bari 0 61,389 15, , Brindisi Taranto 0 4,933 1,233 22,199 4 Lecce Total 2, ,671 48, , Province S1 (ha) S2 (ha) ha/y Seed t/y Plants Foggia 168, ,072 77, , Bari 100,832 28,605 32,359 64, Brindisi 35, ,083 18,166 3 Taranto 48,833 14,495 15,832 31,664 5 Lecce 40,199 8,533 12,183 24,366 4 Total 393, , , , years rotation

21 Analisi tecnico-economiche

22 Impianti a biogas: taglia ottimale INPUT OUTPUT Area of investigation - land use assessment - cattle farms size and breeding techniques - energy crops suitability assessment - feedstocks typologies and availability Biomass potentials Feedstocks mixes Technical plant parameters - Reactor technology/substrate combination - Energy conversion efficiencies Biomass transport and supply chain logistics Biomass density over the territory Energy potentials Plant sizes range definition Cost figures - Investment and operational costss - Biomass supply chain costs Market price for end-products - feed-in tariff - subsidies - heat/electricity price - digestate price Economic performances Sensitivity analysis Number of farms farms number ABU/UAS < >100 ABU in each farm - LAG-Barsento average ABU//UAS!

23 Servizio calore: Biosolesco EIE project Partners Obiettivi: diffusione del servizio calore da biomasse e solare termico attraverso ESCO Caso studio: latterie Vicentin Bio- Sol- ESCo Contract number EIE/07/ /10/13 23

24 Caso di studio latterie Vicentin Caldaia da 5800 kwt al servizio del caseificio Investimento di ESCO con vendita calore n Investimento ESCO ,00 n Investimento cliente ,00 n Costo biomassa 70 /ton n Prezzo vendita energia termica 35 /kwh 21/10/13 24

25 Results profitability assessment

26 Fattibilità calore da biomassa Disponibilità biomassa (cippato pellet) Domanda di energia termica Attuale costo del calore ed eventuale necessità di sostituzione caldaia esistente Disponibilità spazio per stoccaggio Manutenzione (smaltimento ceneri) 21/10/13 26

27 Integrazione gas-biomasse: EFGT Modellazione termo-economica Combustore a biomassa integrato a ciclo Bryton gas Analisi a carichi parziali in gate-cycle Bilanci energetici

28 Analisi termo-economica

29 Integrazione della bioenergia nei sistemi energetici alcuni esempi Produzione biogas da DA distribuita-trasporto a upgrading centralizzato-distribuzione in rete gas Stoccaggio-essiccazione-trasporto a densificazione centralizzata (pellet-char)-distribuzione a rete microgenerazione (gassificazione-orc-stirling-caldaie) Produzione bio-etanolo da lignocellulosiche centralizzatatrasporto pipeline a microturbine distribuite Produzione bio-olio centralizzata-trasporto pipeline a motori CHP dual fuel, microturbine 21/10/13 29

30 Integrazione della bioenergia nei sistemi energetici obiettivi progetto BP-CPSE Tecnologie ottimali per condizionamentoconversione energetica Localizzazione e dimensionamento impianti Integrazione con reti esistenti (gas, elettricità, calore, trasporti su strada) e con impianti esistenti (cofiring) 21/10/13 30

31 Ottimizzazione di filiere bioenergetiche Approccio di SISTEMA: localizzazione, taglia, tecnologia ottimali di impianti a biomasse e relativa integrazione con le attuali infrastrutture energetiche Approccio STN: state-task network: risorsetecnologie

32 Caso studio in area urbana Caso studio UK, 87 ha 6500 persone 50% energia da rinnovabili CO 2 Chips CHP Electricity Elec heater District heat Chip prod. Heat exch. Heating Forestry residue Waste heat

33 electricity Natural gas Wood chips District heating

34 Trends di ricerca Processi di upgrading a biofuels Dinamiche offerta biomasse domanda energia Sparse district heating/cooling Localizzazione ottimale impianti, load aggregators, prosumers e demand side management Sistemi dual fuel integrazione con sistemi energetici convenzionali Modelli di business per ESCO

35 Conclusioni n Integrazione con sistemi energetici esistenti n Disaccoppiamento condizionamento-conversione n n Integrare con efficienza energetica Incentivi per calore da rinnovabili n Contabilizzazione benefici ambientali

36 GRAZIE PER L ATTENZIONE Perché? Perchè anche tu vivi qui!

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