L IMPORTANZA DELLA COGENERAZIONE NELL USO ENERGETICO DELLE BIOMASSE Ennio Macchi * Dipartimento di Energia - Politecnico di Milano

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Ruggero Di Marco
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1 L IMPORTANZA DELLA COGENERAZIONE NELL USO ENERGETICO DELLE BIOMASSE Ennio Macchi * Dipartimento di Energia - Politecnico di Milano * relatore Paolo Silva (paolo.silva@polimi.it )

2 Temi trattati nell intervento 2 Utilizzo biomasse in Italia Frazione impianti cogenerativi Importanza della cogenerazione da biomassa Analisi quadro tariffario Tecnologie per la cogenerazione da biomassa

Importanza della cogenerazione da biomassa Analisi

3 Consumo di combustibili legnosi in Italia nel Legna da ardere per uso domestico Milioni di t Pellet per uso domestico Cippato nell'industria del legno Cippato per cogenerazione Cippato per teleriscaldamento Cippato per produzione elettricità Fonte: AIEL

6 16 12 8 Pellet per uso domestico Cippato nell'industria del legno Cippato

4 Costi del combustibile 4

5 Frazione di energia elettrica da fonti rinnovabili in Italia (5% dei consumi nazionali, esclusa la fonte idroelettrica) [TWh] solare eolico biomassa RSU geotermico biogas (dati Terna 2005)

idroelettrica) 5 6 5 1999 2005 4 [TWh] 3 2 1 0 solare

6 La produzione elettrica italiana da biomasse (Terna 2006) 1 solo produzione elettrica 6

7 La produzione elettrica italiana da biomasse (terna 2006) 2 - produzione combinata 7

8 Sintesi dei dati terna (dati annuali, 2006) 8 Produzione di energia elettrica da biomassa (senza cogenerazione) = circa 1550 GWh (58,5%) (con cogenerazione) = circa 1100 GWh (41,5%) totale = circa 2650 GWh: < 1% del fabbisogno nazionale, ca. = all energia prodotta da RSU Non si hanno dati sul rendimento elettrico e termico degli impianti

1100 GWh (41,5%) totale = circa 2650 GWh: < 1% del fabbisogno nazionale, ca.

9 Perché cogenerare con le biomasse? 9 1) Perché la cogenerazione, se ben applicata, batte nettamente qualunque altra tecnologia di conversione (confronto a pari combustibile) 2) Perché l affermazione è particolarmente vera per le biomasse 3) Perché la situazione italiana non favorisce lo sviluppo della cogenerazione nell utilizzo energetico da biomasse

tecnologia di conversione (confronto a pari combustibile) 2) Perché l affermazione è

10 L idea che vada incentivato l utilizzo cogenerativo della biomassa comincia a farsi strada 10

11 GRANDI RISPARMI, SENZA MIRACOLI TECNOLOGICI! ESEMPIO: GAS NATURALE 11 BASTA UNA MACCHINA CON UN RENDIMENTO DEL 32% PER RISPARMIARE IL 18.3% SE VOLESSI OTTENERE LO STESSO RISPARMIO CON UN CICLO COMBINATO PER SOLA GENERAZIONE ELETTRICA, DOVREI AVERE UN RENDIMENTO MEDIO ANNUO > 64%

12 Con la cogenerazione si producono due beni : elettricità e calore 12 1) Qual è il rapporto di valore fra i due beni? 2) Diverse logiche per rispondere: 1) Termodinamica 1) primo principio: rapporto =1 (fuorviante, tutti sanno che l elettricità è più pregiata del calore) 2) Secondo principio: exergia rapporto molto (troppo) elevato, fuorviante, sottovaluta il valore del calore, soprattutto se utilizzato a temperature medio-basse 2) Criterio economico: fuorviante, alterato da incentivi, fiscalità, ecc. 3) Risparmio di energia primaria. Indice IRE (EEC PES): è la via scelta dalle più moderne legislazioni 4) In Italia risparmio rispetto al gas naturale Sviluppiamo il concetto nella prossima slide

exergia rapporto molto (troppo) elevato, fuorviante, sottovaluta il valore del calore, soprattutto se utilizzato a temperature medio-basse 2) Criterio economico: fuorviante,

13 ESAMINIAMO TRE DIVERSI ESEMPI 13 Primo esempio: un impianto che produce solo elettricità, senza recuperare il calore (rendimento elettrico = 33%) Energia primaria risparmiata =.33/.525 = 63% Secondo esempio: un impianto che produce solo calore (rendimento termico = 80%) Energia primaria risparmiata =.80/.90 = 89% Terzo esempio: un impianto di cogenerazione (rendimento elettrico = 18%, rendimento termico 62%) Energia primaria risparmiata =.18/ /.90 = 103%

525 = 63% Secondo esempio: un impianto che produce solo calore (rendimento termico = 80%) Energia primaria

14 14

15 15

16 IL RAPPORTO CALORE/ENERGIA ELETTRICA E MOLTO PIU ELEVATO DEL RAPPORTO FRA I RENDIMENTI DI RIFERIMENTO 16 CICLI APERTI cogenerazione pompa di calore

17 Rendimenti di riferimento 17 rendimento elettrico di riferimento rendimento termico di riferimento rapporto termico/ elettrico % % % combustibili a base di legno biomasse di origine agricola biogas biocarburanti gas naturale Prezzo vendita calore: 15 /MWh Prezzo vendita energia elettrica: 300 /MWh

61 biomasse di origine agricola 25 80 3.20 biogas 42 70 1.67 biocarburanti 44.2 89 2.

18 Processi e tecnologie per la produzione di energia da biomassa 18 COLTURE ENERGETICHE (frumento, orzo, mais, sorgo da granella e zucchero, barbabietola) CARBOIDRATI (sorgo da fibra, canna, cardo, miscanto, switchgrass, canapa) SOSTANZA SECCA (colza, girasole, soia) OLIO CONVERSIONE BIOLOGICA CONVERSIONE TERMO-CHIMICA ESTRAZIONE DELL'OLIO LEGNO CELLULOSA AMIDO ZUCCHERO BIOMASSA INSILATA SOSTANZA SECCA OLIO VEGETALE IDROLISI ACIDA O ENZIMATICA FERMENTAZIONE DIGESTIONE ANAEROBICA PIROLISI GASSIFICAZIONE LIQUEFAZIONE COMBUSTIONE ESTERIFICAZIONE DISTILLAZIONE ETANOLO BIOGAS OLIO CARBONE GAS SYNGAS OLIO CALORE ESTERE + GLICERINA COMBUSTIBILE PER I TRASPORTI ELETTRICITA' (E/O CALORE)

LEGNO CELLULOSA AMIDO ZUCCHERO BIOMASSA INSILATA SOSTANZA SECCA OLIO VEGETALE IDROLISI ACIDA O ENZIMATICA FERMENTAZIONE DIGESTIONE ANAEROBICA PIROLISI GASSIFICAZIONE

19 Impianto a letto fluido di Cutro (Kr) 19 CAMINO SISTEMA DEPURAZIONE FUMI LETTO FLUIDO DEFERRIZZATORE ALIMENTAZIONE

20 Impianto a letto fluido Konigs (Germania) 20 CAMINO SISTEMA DEPURAZIONE FUMI LETTO FLUIDO DEFERRIZZATORE ALIMENTAZIONE

21 Conclusioni 21 Uso limitato biomasse in Italia Utilizzi scarsamente cogenerativi Importanza della cogenerazione da biomassa: benefici energetici e ambientali La situazione italiana non favorisce lo sviluppo della cogenerazione nell utilizzo energetico da biomasse

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