Impianti SDH in Italia: 4 casi studio

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1 Solare e teleriscaldamento Milano Impianti SDH in Italia: 4 casi studio AIRU Dip. Energia. Politecnico di Milano

2 Introduzione 1 Il Teleriscaldamento solare è una soluzione possibile e sostenibile in Italia? 4 casi studio per rispondere Polimi e AIRU Contesto del teleriscaldamento solare italiano Metodologia degli studi di fattibilità I casi studio Descrizione delle reti coinvolte L integrazione solare I risultati energetici La valutazione economica Commenti e conclusioni

3 Condizioni al contorno 2 Il teleriscaldamento copre il 4% della domanda di riscaldamento Fonti di calore Energia annua in GWh Potenza MW th Mercato dell elettricità Direttiva europea DHC Efficiente : 50 % energia rinnovabile; 50 % calore dai rifiuti; 75 % calore da cogenerazione ; 50 % di un mix. Schema di incentivo I grandi ( m²) impianti solari termici sono incentivati dal Conto termico 55 /m² all anno per il ST convenzionale (fino al 65% dell investimento) Dati annuario: AIRU 2013, report Terna 2013

4 Processo 3 Metodologia dello studio Incontro con il gestore motivi dell integrazione del solare raccolta di dati tecnici Modello di simulazione (TRNSYS): modello solare + dati di monitroaggio reti simulazione oraria annuale Valutazione di fattibilità Valutazione dei risultati energetici Calcolo degli indicatori economici Progettazione Dimensionamento dell impianto solare Progetto d integrazione nel TR Simulazione Produzione del solare Frazione solare Impatto sulla temperatura del TR Economia Fase di ottimizzazione PBT, TIR Utility

5 I quattro casi studio 4 Caso Energia Inverno Estate Impianto di generazione TR T M -T R m T M -T R m [GWh/a] Sistema [MW th ] [ C] [m 3 /h] [ C] [m 3 /h] , Caldaie gas 11,6 CCG (recupero terzi) 28 Caldaie gas 70,3 CCG 23,6 Caldaie gas 2,8 Motore a gas 0,75 Recupero CHP Biomassa (terzi) 0,8 Caldaie gas 29 Motore a gas 4 Recupero CHP Biomassa (terzi) nom 500 picco nom 1200 picco nom 225 picco nom 350 picco

6 Perché il solare termico? Come? Quanto? 5 Decisione con le aziende Centralizzato o distribuito Dimensione del campo solare Solare centralizzato (casi 1,2,3) Obiettivi delle aziende: aumento RES (legge, incentivo..) Alternative economiche alle caldaie a gas Immagine green Solare distribuito (caso 4) Obiettivi dell azienda: Sconnettere gli utenti periferici in estate (piccoli ST sui tetti) Ridurre la temperature del TR per ridurre perdite importanti nella distribuzione estiva Obiettivo dell integrazione Spazio disponibile Quadro finanziario Dimensione dei pannelli: Disponibilità di spazio Incentivi 1000 m 2 nei tre casi Dimensione deipannelli: Disponibilità di spazio sui tetti Disponibilità di spazio per i locali tecnici 8 impianti sui tetti m 2

7 Caso. 1 7 Energia erogata: 45 GWh/anno Caldaie a gas 12 MW th Recupero Ciclo combinato a gas di terzi- 28 MW th Temperature: Inv C / Est C Portata: Inv 100 m 3 /h, Est 80 m 3 /h Integrazione solare per coprire una certa quota del fabbisogno estivo, almeno le perdite (circa 1 MW di carico termico estivo)

8 Caso. 1 Integrazione solare 8 Centrale di generazione Rete teleriscaldamento 60 C 55 C Produzione solare: 541 MWh/a Frazione solare annua: 1,2 % Frazione solare estiva: 6,5 % Efficienza solare media: 42 %

9 Caso. 1 Parametri economici 9 Conto termico: 55 /m 2 di superficie solare per 5 anni (con un tetto del 65% del costo d investimento) Costo solare termico: 350 /m 2 Pompaggio: 0,15 /kwh el considerando un consumo elettrico del 2% della produzione solare termica Manutenzione: ipotesi di costo precauzionale del 2% del investimento iniziale Risultati finali PBT: 18 anni TIR: 7,8% Calcolo fatto dall azienda con parametri finanziari interni

10 Caso Energia erogata: 157 GWh/year Caldaie a gas 70,3 MW th Ciclo combinato gas 23,6 MW th Temperature: Inv C / Est C Portata: Inv 800 m 3 /h, Est 100 m 3 /h Integrazione solare di 1000 m 2 (2 sottocampi orientati a ovest e a sud)

11 Caso. 2 Integrazione solare 11 Produzione solare : 459 MWh/y Frazione solare annua: 0,3 % Frazione solare estiva: 1,8 % Efficienza solare media: 37 %

12 Caso. 2 Parametri economici 12 Risultati finali PBT: 19 anni TIR: 6,5% Secondo calcolo di indicatori economici abbassando i costi di manutenzione (allineato all esperienza dei paesi nordici) M&O costo: ipotesi cautelativa del 2% 0,8 % costi iniziali Risultati finali PBT: 13 anni TIR : 10,3%

13 Caso Energia erogata: 5,8 GWh/year Caldaie a gas 2,8 MW th Ciclo combinato a gas 0,75 MW th Recupero cogeneratore a biomassa di terzi 0,8 MW th Temperature: Inv C / Est C Portata: Inv 150 m 3 /h, Est 25 m 3 /h Centrale di generazione Rete teleriscaldamento Recupero da terzi

14 Caso. 3 Integrazione solare 14 Strategia di controllo P1: T costante allo scambiatore P2: temperatura all ingresso dell accumulo (80 C) P3: temperatura all uscita dello scambiatore di calore (<Tsupply). P1 P2 P3 Produzione solare: 342 MWh/y Frazione solare annua: 6 % Frazione solare estiva: 22 % Efficenza solare media: 32 % Risultati finali PBT: 11 anni TIR: 5%

15 Caso. 4 Solare distribuito 15 Rete teleriscaldamento Rami Carico TR (magg-sett) Impianti solari [MWh] Collettori [m 2 ] Accumuli [m 3 ] SF Estate [%] Anno [%] Risparmio fonte fossile [MWh] a 26, b 29, c 12, , d 62, ,

16 Caso. 4 Parametri economici 16 Conto termico: 55 /m 2 di superficie solareper 5 anni (con un tetto del 65% del costo d investimento) Costo solare: Superficie pannelli <50 m /m 2 Superficie pannelli m /m 2 Superficie pannelli >100 m /m 2 Sconto sulla tariffa del TR Per i proprietari di edifici dove sono installati i collettori solari, compenso per ospitare i sistemi solari sui tetti di loro proprietà (10%) Risultati finali PBT>20 anni TIR<0

17 Risultati e commenti 17 Energia TR Sistema di generazione SF PBT Caso [GWh/a] System [%] [anni] 1 45 Caldaie gas CCG (recupero terzi) 1, Caldaie gas CCG 0, Caldaie gas 3 5,8 Motore a gas 6 11 Recupero CHP Biomassa (terzi) Interesse elevato nel solare da parte delle aziende coinvolte, energia solare vista come opportunità Solare distribuito (caso 4) non è fattibile: Costi d investimento maggiori Sconto per i clienti Riscaldamento estivo economico grazie all'impianto di cogenerazione a biomassa PBT del solare centralizzato (1,2,3) sono inferiori a 20 anni e I TIR sono positivi. Il riscaldamento solare consente di ridurre l uso delle caldaie a gas quando il prezzo dell elettricità è troppo basso.

18 Commenti finali 18 Variabili che influenzano i risultati: Il costo d investimento Attuali incentivi: 55 /m 2 Costi di manutenzione Incentivo favorisce grossi impianti solari centralizzati più di quelli distribuiti più piccoli. Costo di manutenzione precauzionale, scarsa esperienza italiana sui grossi impianti solari Valutazione economica svolta dalle aziende con parametri interni Risultati più difficili da paragonare, ma che gadagnano in concretezza Integrazione potenziale da indagare solare termico con termovalorizzatori di rifiuti Priorità degli impianti RSU per alimentare la rete elettrica. L'integrazione solare permette di ridurre la quantità di vapore spillata dalla turbina, a vantaggio della produzione elettrica

19 19 Grazie dell attenzione Alice DENARIE MATTEO MUSCHERÀ - matteo.muschera@polimi.it