Indice. Obiettivi dello studio. Premesse generali. Il metodo. Analisi delle utenze. Analisi dei sistemi produttivi

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1 Workshop AEEG Sviluppo della generazione diffusa in Italia Analisi tecnico-economica delle modalità di gestione dell'energia nei contesti urbani ed industriali Milano Indice 2 2 Obiettivi dello studio Premesse generali Il metodo o o o Analisi delle utenze Analisi dei sistemi produttivi Scelta dei parametri energetici, economici ed ambientali I risultati ti o o o Analisi energetica Analisi economica Analisi ambientale 1

2 Obiettivi 3 Analisi in termini energetici, economici e di impatto ambientale di diverse alternative per il soddisfacimento dei fabbisogni di energia elettrica e termica in ambito urbano. Scenari considerati 1 Soddisfacimento del fabbisogno elettrico tramite collegamento alla rete elettrica (generazione centralizzata) e del fabbisogno termico con generatori locali (generazione distribuita). Scenario tradizionale 2 Soddisfacimento del fabbisogno sia elettrico che termico tramite un sistema cogenerativo, necessariamente integrato con caldaia ausiliaria e con il collegamento alla rete elettrica. Scenario con cogenerazione distribuita a prevalenza di gas naturale 3 Soddisfacimento tramite collegamento alla rete elettrica (generazione centralizzata) sia per il fabbisogno elettrico diretto, che per quello termico mediante l uso di pompe di calore elettriche. Scenario tutto elettrico Obiettivi 4 I parametri indagati Energetici (in termini di energia primaria, escluso il consumo per la realizzazione dell impianto ) Economici (in termini di costo dell energia fornita, tenendo conto di tutte le voci (life cycle), esclusi gli incentivi) Ambientali Locali (in termini di incidenza sulla qualità dell aria nell area urbana) Sul clima globale (in termini di emissioni di gas serra, praticamente solo CO 2 ) 2

3 Premesse generali 5 I pericoli della politica degli incentivi, fatalmente distorcenti del libero mercato 1. La spinta di fattori emotivi 2. L influenza di pressioni da parte di lobbies di produttori di particolari tecnologie 3. Il miraggio dell innovazione a tutti i costi 4. L equivoco della creazione di posti di lavoro Premesse generali 6 La specificità della situazione italiana Per il fabbisogno elettrico Per il fabbisogno di condizionamento Per il fabbisogno termico di riscaldamento e di acqua sanitaria La gradualità degli interventi Tasso di nuove costruzioni e di ristrutturazioni importanti dell ordine del 2,5% del parco esistente all anno L importanza dell aspetto gestionale Responsabilizzazione dell utilizzatore finale Mantenimento nel tempo dell efficienza dell impianto 3

4 Premesse relative ai sistemi produttivi 7 Per i sistemi produttivi Per energia elettrica Centralizzata Distribuita ib it (Solare fotovoltaico) Per energia termica Caldaie monoutenza Caldaie centralizzate di edificio o di quartiere Pompe di calore Teleriscaldamento (spesso non disponibile) Collettori solari termici Per energia termica ed elettrica Sistemi cogenerativi distribuiti Per tutti questi sistemi si sono considerate le soluzioni tecniche più avanzate Premesse relative ai sistemi produttivi ad energia solare (1) 8 Per produzione diretta di energia elettrica (sistemi fotovoltaici). Nel caso l edificio sia situato in una zona ben soleggiata e con un basso rapporto volume/superficie soleggiata, è questa una soluzione buona sia sotto l aspetto energetico che ambientale, ma proibitiva sotto l aspetto economico. Ma queste condizioni risultano particolarmente rare specialmente in un contesto urbano. Inoltre il sistema richiede una manutenzione semplice, ma regolare, facile da realizzare in una struttura monofamigliare, costosa in un complesso condominiale. 4

5 Premesse relative ai sistemi produttivi ad energia solare (2) 9 Per produzione diretta di energia termica (collettori solari termici). Nel caso l edificio sia situato in una zona ben soleggiata e con un basso rapporto volume/superficie soleggiata, è questa una buona soluzione sia sotto l aspetto energetico che ambientale. Ma queste condizioni risultano particolarmente rare specialmente in un contesto urbano. Inoltre il sistema richiede una manutenzione semplice, ma regolare, facile da realizzare in una struttura monofamigliare, costosa in un complesso condominiale Il metodo 5

6 La metodologia d analisi CLIMA UTENZE FABBISOGNI TECNOLOGIE CASI PARAMETRI CONFRONTI Il metodo Analisi i delle utenze e calcolo l dei fabbisogni i Analisi delle tecnologie e definizione dei casi Scelta di parametri energetici, economici ed ambientali 6

7 Il metodo Analisi delle utenze e calcolo dei fabbisogni Analisi delle tecnologie e definizione dei casi Scelta dei parametri energetici, economici ed ambientali Le utenze analizzate tipologie di utenze: residenziali e di uffici 3 zone climatiche: nord, centro e sud Italia Clima Cgiorno/anno Utenza monofamiliare Condominio residenziale Grande complesso residenziale Superficie Abitanti P max m 2 - kwth Nord 2400 Quartiere Centro 1400 Palazzo di uffici Sud 600 (valori coerenti con D.l. 192/2005 per nuove costruzioni con rapporti S/V compresi fra 0.2 e 0.25 m -1 ). Grande complesso di uffici

8 Le utenze analizzate Sono stati utilizzati diversi profili di carico giornaliero per le diverse utenze e per i diversi periodi dell anno. Residenziale Uffici Le utenze analizzate Calcolo dei fabbisogni annuali per riscaldamento e ACS. Contributo di ACS sul fabbisogno molto variabile: o Residen. Sud 65% o Residen. Nord 37% o Uffici Sud 19% o Uffici Nord 9% Utenza monofamiliare Condominio residenziale Grande complesso residenziale Quartiere Palazzo di uffici Grande complesso di uffici Clima Riscald. ACS - MWh/anno MWh/anno nord 6 centro 3.5 sud 2 nord 180 centro 100 sud 60 nord 600 centro 320 sud 190 nord 3300 centro 1700 sud 1000 nord 200 centro 120 sud 85 nord 620 centro 390 sud

9 Il metodo Analisi delle utenze e calcolo dei fabbisogni Analisi delle tecnologie e definizione dei casi Scelta dei parametri energetici, economici ed ambientali I sistemi produttivi considerati Caldaie: 6 tipologie Potenza Rend. a Rend. a Emissioni Emissioni Costo Costo O Vita termica 100% 30% NOx CO invest. & M utile kw - - mg/kwhth mg/kwhth /kw c /kwhth anni Piccola Piccola a cond. Piccola a cond. bassa T Grande > Grande a cond. Grande a cond. bassa T > > (ACS prodotta sempre con rendimento nominale, con potenza pari al 100%). 9

10 I sistemi produttivi considerati Cogeneratori: 4 tipologie Potenza termica Rend. El 100% Rend. Th Rend. El 100% 30% Rend. Th 30% Emissioni Emissioni Costo NOx CO invest. Costo O Vita utile & M kw mg/kwhth mg/kwhth /kw c /kwhth anni Micro Mini Piccolo Grande > (Sono state valutate solo tecnologie consolidate: motori a combustione interna). I sistemi produttivi considerati Pompe di calore: 2 tipologie Potenza termica COP a 100% COP a 30% Costo invest. Costo O & M Vita utile kw - - /kw c /kwhth anni P.d.C Piccola ad aria P.d.C. Grande ad acqua < > Si ipotizza la disponibilità di un pozzo d acqua disponibile a basso costo. (E stata svolta un analisi di sensitività del costo di realizzazione del pozzo). 10

11 I sistemi produttivi considerati Definizione e caratterizzazione dei diversi casi Fabbisogno di Energia Termica Tecnologia compatibile Caratterizzazione caso Il metodo Analisi delle utenze e calcolo dei fabbisogni Analisi delle tecnologie e definizione dei casi Scelta dei parametri energetici, economici ed ambientali 11

12 La metodologia d analisi I parametri energetici IRE integrato t per considerare l effetto di eventuali sistemi integrativi Dipende dal sistema di riferimento La metodologia d analisi Analisi del dimensionamento (obiettivo ottimo economico) Cogeneratori prevedono una caldaia integrativa dimensionati al 30% della Potenza Massima dell Utenza (a cui corrisponde più del 65% del fabbisogno termico) Pompe di calore non prevedono una caldaia integrativa dimensionate al 100% della Potenza Massima dell Utenza 12

13 La metodologia d analisi I parametri economici Costo dell energia energia termica [ /kwht/ ] Dipende da: Costo d investimento Consumo di combustibile o dell energia elettrica Costo del combustibile o dell energia elettrica Costi di gestione e manutenzione Valorizzazione dell energia elettrica prodotta (considera il costo di eventuali sistemi integrativi) La metodologia d analisi Le ipotesi effettuate il costo del gas naturale è pari a 0.06 /kwh il costo dell energia elettrica è pari a 0.18 / kwh il prezzo di vendita dell energia elettrica per: - utenze di uffici e monofamiliare è 0.14 / kwh (50% autoconsumo, 50% scambio sul posto) - altre utenze residenziali è 0.08 / kwh (valore di borsa, non c è autoconsumo) (è stata svolta un analisi di sensitività di tali costi, è stata valutato l effetto dei certificati bianchi e della defiscalizzazione del gas) 13

14 La metodologia d analisi I parametri ambientali Impatto Locale Impatto Globale Emissioni di NOx x [ mg / kwht t ] Emissioni di CO2 [g / kwht ] Emissioni di CO [ mg / kwht ] Dipendono da: Caldaie PdC Cogeneratori dentro contesto urbano fuori contesto urbano, dipendono dal sistema elettrico centralizzato Combustibile Parametri energetici dentro contesto urbano ci sono emissioni evitate (del sistema elettrico centralizzato, fuori contesto urbano) I sistemi produttivi considerati Il sistema di riferimento Calcolo di IREIN Consumo di Energia Elettrica Consumo di Energia Elettrica Consumo di Energia Primaria Emissioni atmosferiche Rend. Elettrico Rend. Termico NOx CO CO2 % % mg/kwhee mg/kwhee g/kwhee Business As Usual Best Available Technology

15 La metodologia d analisi tipologie di utenze Utenza monofamiliare Condominio residenziale Grande complesso residenziale Quartiere Palazzo di uffici Grande complesso di uffici 12 tecnologie Caldaie X 6 Cogeneratori X 4 Pompe di Calore X 2 3 aree geografiche Nord Centro Sud 2 sistemi i di riferimento i Business As Usual Best Available Technology 144 casi analizzati Parametri Energetici Parametri Economici Parametri Ambientali I Risultati 15

16 I risultati e la loro analisi 31 Considerazioni generali sui risultati ottenuti I risultati ottenuti, considerate le necessarie semplificazioni introdotte nei calcoli, possono solo dare indicazioni di carattere generale. Benchè ci sia una discreta differenza di fabbisogni energetici per il riscaldamento ambientale tra le tre zone climatiche considerate, i risultati ottenuti sono abbastanza concordi nell individuazione di criteri generali validi in ogni zona climatica. I risultati e la loro analisi 32 L aspetto energetico In base ai parametri di prestazioni energetiche (IRE e PES) i sistemi a pompa di calore risultano le soluzioni migliori, eguagliati, solo nel caso che l energia elettrica sia prodotta centralizzata con rendimenti modesti (sol. BAU), dai sistemi cogenerativi. le soluzioni peggiori sono quelle con caldaie ed energia elettrica prelevata dalla rete. 16

17 I risultati e la loro analisi 33 L aspetto economico In base ai parametri economici la soluzione migliore è quella con caldaia ( a condensazione) ed energia elettrica prodotta centralizzata, eguagliata solo nel caso del complesso servizi dai sistemi cogenerativi. le soluzioni peggiori sono: nel caso di piccole potenze i sistemi cogenerativi negli altri casi i sistemi con le pompe di calore I risultati e la loro analisi 34 L aspetto ambientale (considerazioni introduttive) Mentre in questo studio gli inquinanti ad effetto locale negli ambiti urbani devono essere oggetto di particolare attenzione, quelli a sospetto effetto globale devono rientrare nel rispetto di efficaci strategie generali dettate a livello di strutture nazionali o sovra nazionali. In termini di effetto sulla qualità dell aria in ambito urbano è molto difficile fare una comparazione in base ai soli parametri di emissione (per altro non sempre disponibili). 17

18 I risultati e la loro analisi 35 L aspetto ambientale a livello locale La soluzione migliore è, indubitabilmente, quella dei sistemi con le pompe di calore alimentate da generazione centralizzata (esenti da emissioni ad effetto locale nel sito di utilizzo) La soluzione peggiore è, probabilmente, quella con i sistemi cogenerativi La soluzione con caldaie ed energia elettrica prodotta centralizzata è, probabilmente, intermedia I risultati e la loro analisi 36 L aspetto ambientale a livello globale Supponendo, come ragionevole, che il combustibile utilizzato per le caldaie, per i sistemi cogenerativi e per la generazione elettrica marginale sia sempre il gas naturale, il parametro di merito ambientale a livello globale si equipara al parametro di merito energetico. Quindi la miglior soluzione è la pompa di calore, la quale ha anche il vantaggio di beneficiare dei miglioramenti dei sistemi di produzione di energia elettrica; inoltre l eventuale aumento di generazione di energia elettrica da fonti non fossili comporterebbe un ulteriore vantaggio. 18

19 I risultati 37 Considerazioni generali sui sistemi a pompe di calore Le condizioni essenziali per l utilizzo delle pompe di calore sono: La disponibilità di un pozzo freddo a temperatura non troppo bassa, meglio se ad acqua. Un sistema di riscaldamento dell edificio che possa operare a bassa temperatura. Queste condizioni rendono non facile l utilizzo dei sistemi a pompa di calore Un alternativa che può rendere particolarmente conveniente la pompa di calore è la possibilità di utilizzarla anche nella stagione calda per il condizionamento. L elevato costo dell energia elettrica in Italia è, ovviamente, un fattore di svantaggio di questa soluzione che comporta anche la necessità di installare maggiori potenze elettriche con lo svantaggio di dover assoggettarsi a tariffe più elevate. I risultati 38 Considerazioni generali sui sistemi cogenerativi I sistemi cogenerativi devono necessariamente essere integrati con caldaie ausiliarie e connessi alla rete elettrica. Questi sistemi hanno alcuni svantaggi: Portano nel contesto urbano anche gli inquinanti ad effetto locale legati alla produzione dell energia elettrica cogenerata. Lavorano per un numero ridotto di ore all anno. Comportano un significativo maggior costo di impianto rispetto ad un sistema a sola caldaia. Hanno un maggior costo di gestione. I sistemi cogenerativi non risultano attraenti per piccole e medie utenze, mentre lo possono risultare per le utenze con fabbisogni di potenza termica dell ordine dei MW. 19

20 Prime conclusioni 39 Avendo come obiettivo prioritario il contenimento dell impatto ambientale a livello locale e, in subordine, l efficienza energetica, le linee da perseguire sarebbero: 1. Promozione dell uso delle pompe di calore elettriche (che hanno però delle oggettive difficoltà di realizzazione). 2. Dove non sia percorribile la soluzione a pompe di calore, la soluzione alternativa è l uso di caldaie ad alto rendimento (a condensazione effettiva) e la connessione alla rete elettrica centralizzata. 3. La soluzione con impianti cogenerativi risulta interessante solo per le grosse utenze. 4. E opportuno promuovere sistemi di contabilizzazione dei consumi al singolo responsabile dell utenza. Workshop AEEG Sviluppo della generazione diffusa in Italia Analisi tecnico-economica delle modalità di gestione dell'energia nei contesti urbani ed industriali Milano

21 41 41 Extra Le utenze analizzate Calcolo del fabbisogno orario durante l anno per ogni utenza condominio residenziale nel Nord (linea piena) ed un palazzo di uffici nel Sud (linea tratteggiata) 21

22 La metodologia d analisi I parametri energetici Rendimento Exergetico (valorizza l energia termica in funzione della temperatura) La metodologia d analisi Cogeneratori prevedono una caldaia integrativa dimensionati al 30% della Potenza Massima dell Utenza (a cui corrisponde più del 65% del fabbisogno termico) Pompe di calore non prevedono una caldaia integrativa dimensionate al 100% della Potenza Massima dell Utenza 22

23 La metodologia d analisi Cogeneratori prevedono una caldaia integrativa dimensionati al 30% della Potenza Massima dell Utenza (a cui corrisponde più del 65% del fabbisogno termico) Pompe di calore non prevedono una caldaia integrativa dimensionate al 100% della Potenza Massima dell Utenza I risultati

24 I risultati I risultati

25 I risultati Effetto di certificati bianchi e defiscalizzazione i del gas I risultati Emissioni 25