Solare termico:stato dell arte e applicazioni

Transcript

1 Solare termico:stato dell arte e applicazioni Monza, Associazione industriali Monza e Brianza 20 Giugno 2008 Luca Colasuonno, Dip. Energia Politecnico di Milano Luca.colasuonno@polimit.it

2 MERCATO E POTENZIALE

3 Mercato europeo Il mercato del solare termico nell U.E. Fonte: ESTIF

4 Mercato italiano Il mercato Italiano Fonte: Centro studi Solarexpo

5 Mercato italiano: produzione industriale circa 60 aziende solari Piccole e medie imprese Entrano sul mercato grossi gruppi % made in Italy

6 Mercato italiano: considerazioni Enorme crescita negli ultimi 10 anni (+20 % annuo negli ultimi 6) Più del 95% del mercato è rappresentato da impianti di piccole dimensioni (<20m 2 ) per utenze Prospettive: QUANTITATIVE Ulteriore crescita del mercato QUALITATIVE Incognita importante Industria 2015 Obbligo 50% ACS (Dlgs 311/07): se atteggiamento proattivo può essere molto importante a livello energetico contributo insignificante

7 IMPIANTI ACS

8 ACS per condomini, Barcellona (ES) Fonte: BCN Cambra Logica SL

9 ACS per condomini, Barcellona (ES) Fonte: BCN Cambra Logica SL

10 Fonte: BCN Cambra Logica SL

11 ACS per condomini: Brescia (ALER) Fonte: Metec Engineering

12 Fonte: Metec Engineering

13 Fonte: Metec Engineering

14 IMPIANTI COMBI (ACS e riscaldamento ambienti)

15 Impianti combi: fabbisogno di calore Edificio residenziale 240m 2 energia per ACS, riscaldamento e radiazione solare su una superficie inclinata Fonte: Ambiente Italia

16 Progettazione integrata

17 Condizioni necessarie per l uso di impianti solari combinati

18 Impianto solare combinato Fonte: AEE INTEC

19 Fonte: AEE INTEC

20 Fonte: AEE INTEC

21 Fonte: AEE INTEC

22 Impianto solare combinato Fonte: AEE INTEC

23 Fonte: AEE INTEC

24 Fonte: AEE INTEC

25 Impianto combinato Cascina Paraccia (TO) Ac = 23 m 2 Vs = 2000 l per il riscaldamento dell acqua sanitaria e degli ambienti risparmio energetico 28 %, 1350 l GPL Produttore: Sonnenkraft Ambiente Italia

26 domanda calore ed energia solare disponibile 3000 [kwh/month] Radiazione in eccesso Domanda in eccesso 3000 Energia solare utilizzabile Irraggiamento Consumo di riferimento Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec 0 Source: TU-GRAZ

27 Impianti di raffrescamento solare: SOLAR COOLING

28 Esempio profili annuali Esempio: Esempio: Edificio Edificiouffici Madrid Madrid

29 Sistemi Solar Cooling : schema generale Acqua refrigerata Calore Processo alimentato termicamente Aria condizionata Produzione di freddo a partire da una sorgente di calore Possibilità di produzione di acqua e/o aria condizionata per sistemidi climatizzazione invernale/estiva centralizzati Maggiore complessità rispetto a sistemi tradizionali di conseguenza si rende necessaria l adozione di strumenti progettuali adatti

30 COP di gruppi refrigeranti ad acqua ideale * effetto assorbimento COP effetto assorbimento temperatura acqua refrigerata: 8 C temperatura acqua di raffreddamento: 28 C adsorbimento Temperatura di alimentazione [ C]

31 Efficienza globale del solar cooling * COP ideale 2 Esempio Collettori piani con superfice selettiva Radiazione 1000 W/m 2 COP = 0.5 *COP ideal COP sol = COP termico * η collettore eta, COP solar Massimo COP sol 0.20 Collettore COPsol COP Temperatura di funzionamento [ C] COP

32 Tecnologie disponibili sul mercato Cicli chiusi Produzione acqua refrigerata Cicli aperti Condizionamento aria diretto Tipo di sorbente solido liquido solido liquido Tipici materiali in uso Tecnologie disponibili sul mercato Potenza frigorifera [kw] Produttori Efficienza (COP) Tipiche temperature di alimentazione Acqua - Silicagel, 1) Ammoniaca Sali A. Macchine ad Adsorbimento Acqua - LiBr Ammoniaca - acqua Macchine ad Assorbimento Acqua - Silicagel, Acqua Cl di Litio Raff. Evaporativo con Ad-assorbimento kw 4.5 kw fino >5 MW 20 kw kw (pro Modul) 2 produttori giapponesi USA, Asia; solo poche piccola capacità (1-effetto) < 1.2 (2-effetto) C C (1-effetto) C (2-effetto) ca. 5 produttori di rotori; molti UTA 0.5 fino >1 fino > C C Tecnologie solari CTE, CP CTE, coll. a concent. CP, CA CP, CA Acqua Cloruro di Calcio Acqua Cloruro di Li

33 Sarantis - Condizionamento dell aria industria cosmetici Campo collettori piani: 2700 m 2, 1890 kw th 2 macchine ad adsorbimento 350 kw potenza frigorifera ognuna 3 macchine a compressione 350 kw ognuna Condizionamento dell edificio di produzione di un industria di cosmetici sito: Inofita Viotias (appr. 50 km nord-est di Atene) T H (Temp. di alimentazione) =60-90 C, SF=66%, producibilità specifica = 637 kwh/m 2 Attualmente il più grande impianto al mondo Peculiarità : strategia di controllo orientata al risparmio di energia elettrica attraverso il solar cooling

34 Condizionamento dell aria clinica universitaria di Friburgo (Germania)

35 Condizionamento dell aria clinica universitaria di Frigurgo sito: Friburgo (Germania) Edifici: clinica universtaria di Friburgo, area degenze e laboratori Collettori tubi evacuati 170 m 2 1 Macchine ad adsorbimento (potenza frigorifera 70 kw) Backup Elettrico: 30 kw Torre evaporativa 220kW

36 Raffrescamento cantina Banylus (Francia)

37 Raffrescamento cantina vinicola Collettori tubi evacuati: 130 m 2 Macchina ad assorbimento da 52 kw no sistema back-up Raffrescamento cantina d invecchiamento (circa 3 million bottles) con 3 Unità trattamento aria da ( m 3 /h air flow) sito: Banyuls (sud Francia) Uno dei sistemi piu vecchi; in funzione da piu di 13 anni senza problemi solar autonomous e no serbatoio solare ==> volano termico sul carico

38 Condizionamento dell aria macchina edificio uffici Pristina (Kosovo)

39 Condizionamento dell aria macchina edificio uffici Installazione Solid (AT) sito: Pristina (Kosovo) Edificio uffici della European Agency for Recostruction Collettori piani 227 m 2 2 Macchine ad assorbimento a singolo effetto (potenza frigorifera 35 kw, prod. Yazaki) Backup Elettrico: 30 kw Torre evaporativa 220kW

40 Condizionamento sala seminari Friburgo (Germania)

41 Condizionamento sala seminari Collettori solari ad aria come unica fonte di calore: 100 m 2 Sistema DEC ( m 3 /h) con rotore al gel silicato no sistema back-up Condizionamento sala seminari (piccola sala riunioni) presso l edificio della camera di commercio di Friburgo/ Germania Sistema solare semplificato e semplice integrazione con l impianto di condizionamento no back-up, no serbatoio Schema promettente per edifici con alta correlazione tra carichi di condizionamento e radiazione solare

42 Condizionamento dell aria in un Hotel Dalaman (Turchia)

43 Condizionamento dell aria in un Hotel collettori PTC producono calore a 180 C (T H ): 180 m 2 aperture area Macchine ad assorbimento a doppio effetto (potenza frigorifera 116 kw, 4 bar vapor saturo; COP > 1.2) Condizionamento hotel e fornitura vapore alla lavanderia dell albergo back-up con boiler LPG a vapore sito: Dalaman (Turchia) Primo sistema con macchina a doppio effetto Alta efficienza di conversione Sistema interessante per siti con alta radiazione solare

44 Sistemi di piccola capacità: pilota per utenze monofamilare Condizionamento di un edificio test: pavimenti e pareti radianti, fan-coils sito: Milano Campo collettori CPC : 19.8 m 2 1 macchina ad assorbimento 4,5 kw potenza frigorifera (più piccola attualmente sul mercato) Volume di accumulo 1500l Possibilità di alimentazione diretta della macchina

45 APPLICAZIONI INDUSTRIALI

46 QUALI APPLICAZIONI? Temperatura C Pre riscaldamento Lavaggi e bagni Essicazione Pastorizzazione Sterilizzazione Reazioni chimiche Riscaldamento e raffrescamento degli stabilimenti IEA-SHC, Task 33

47 Settori produttivi d interesse 100% 90% 80% 70% Alta T (>160 C) Media T (<160 C) Bassa T (<60 C) 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% IEA-SHC, Task 33 Alimentari Vino e bevande Carta Tessile Birra

48 ESEMPI di IMPIANTI REALIZZATI in EUROPA Paese: Germania Settore produttivo: agroalimentare Temperatura di processo: C Superficie dei collettori: 150 m² (piani vetrati) Anno di realizzazione : 2003 Fonte: ZAE BAYERN (Germania) IEA-SHC, Task 33

49 ESEMPI di IMPIANTI REALIZZATI in EUROPA Castellbisbal, Barcellona, Spagna Realizzazione: Aiguasol (Spagna) Anno di realizzazione : giugno 2004 Applicazione: pre-riscaldamento acqua per lavaggio container Temperatura di processo: C Domanda per ACS (46% del consumo termico totale): 1990 MWh/anno IEA-SHC, Task 33

50 Campo solare: 357 kw ( 510 m 2 ) Collettori piani vetrati selettivi (6 m 2 ) Inclinazione: 20 º (/oriz.) Orientamento: 24 º (SE) Volume di accumulo: 50 m 3 (+ 3 m 3 ) Low flow: 15 l/ m 2 h Sistema ausiliario: generatore di vapore (gas naturale) Sistema di telemonitoraggio e telecontrollo

51 IMPIANTI IN FUNZIONE in ITALIA RADICI Tappeti Località: Benevento Settore industriale: tessile Applicazione: riscaldamento degli ambienti e preriscaldamento dell acqua destinata alla produzione di vapore per la stiratura dei tappeti Superficie dei collettori: 270 m 2 (piani vetrati) Sistema di accumulo: l Rendimento: kwh (periodo invernale) Rendimento specifico: 622 kwh/m2 a Sistema di monitoraggio Costo dell impianto: (cofinanziamento Legge n. 488 ) Realizzazione: Costruzioni Solari Anno di realizzazione : 2004 IEA-SHC, Task 33

52 IMPIANTI IN FUNZIONE in ITALIA Consorzio Mario Negri Sud Località: Provincia di Chieti Settore industriale: Farmacologia e Biomedica Applicazione: ACS e riscaldamento per foresteria; lavaggio gabbie Superficie dei collettori: 144 m 2 Sistema di accumulo: l Rendimento: kwh/a Rendimento specifco: 793 kwh/m2 a Costo dell impianto: (co-finanziamento MATT) Realizzazione: Costruzioni Solari Anno di realizzazione : 2004 IEA-SHC, Task 33 (piani vetrati)

53 IMPIANTI IN FUNZIONE in ITALIA Caseificio I.L.C. MANDARA SPA Località: Mondragone (Caserta) Settore industriale: Caseificio Applicazione: pre riscaldamento Superficie dei collettori: 112 m 2 (piani vetrati) Sistema di accumulo: l ( l recupero condensa) Costo dell impianto: (517 /m2) Realizzazione: Camal Srl Anno di realizzazione : 2003

54 MEVGAL, Caseificio, Thessaloniki (GR) Applicazione: pre riscaldamento del fluido di alimento del generatore di vapore una della industrie casearie più grandi in Grecia 727 m 2 di collettori (selettivi, piani e CPC) Fabbisogno giornaliero acqua calda: 75 m3 Accumulo di energia = 10 m3 Guadagno solare: 270 MWh/anno Altri interventi: recupero del calore dai fumi di scarico Prezzo del kwht pari al prezzo del combustibile fossile più conveniente Anno di realizzazione : 1999

55 INTEGRAZIONE RETI DI TELERISCALDAMENTO

56 Stadio Arnold Schwarzenegger Graz (AT) Utilizzo: supporto alla rete di teleriscaldamento della città Impianto pilota: 1407 m² Source: SOLID Accumulo ridotto minima potenza di picco richiesta 10 MW, massima potenza solare circa 1MW guadagni di energia: MWh all anno. emissioni evitate: 250 ton CO 2 all anno contratto di 15 anni, prorogabile

57 m2 Nessun accumulo solare Installazione diretta sul ritorno della rete Solid

58 Solid

59 Teleriscaldamento Marstal (Aeroe DK) 1316 edifici serviti temperature di funzionamento, C m 2 di collettori installati Energia risparmiata: > 450 kwh/m 2 /a Frazione di copertura solare: f=30%

60 COMPONENTI PER SISTEMI AD ALTA FRAZIONE SOLARE

61 ACCUMULI STAGIONALI

62 ACCUMULI STAGIONALI Solites

63 Collettori ad alta efficienza IEA-SHC, Task 33

64 Collettori ad alta efficienza IEA-SHC, Task 33

65 COSTI

66 Collettori solari: costi source: H.M. Henning

67 TLR con accumulo stagionale: ipotesi di costo ZAE BAYERN

68 Solar cooling: Scenari di costo Parametri di costo - elettricita: 10 - cent/kwh; 75 /kw - Combustibile fossile: 5 -cent/kwh - Collettore solare: 300 /m 2 - durata: 15 a (20 a) - Tasso interesse: 6 % Costi annual annuali; cost, % % rispetto of reference a riferimento 150% 140% 130% 120% 110% 100% 90% 80% 70% con finanziamento 100 /m 2 Attuale situazione costi Madrid, small office, fpc/abs/th Madrid, large office, fpc/abs/th Freiburg, large hotel, fpc/abs/el 60% 100% 120% 140% 160% 180% 200% 220% 240% 260% 280% Costi investimento; first cost, % % rispetto of reference a riferimento

69 MEMO

70 Andamento annuale della radiazione globale su superfici inclinate Fonte: Target/ISFH

71 Percentuale di irraggiamento al variare dell orientamento e dell inclinazione del collettore Fonte: Target/ISFH