Le pompe di calore geotermiche nel contesto dei sistemi energetici integrati sul territorio urbano

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1 Le pompe di calore geotermiche nel contesto dei sistemi energetici integrati sul territorio urbano La realizzazione AEM di Canavese Michele Sparacino, AEM SpA 9 novembre 2007

2 AEM è una multiutility leader in Italia nei servizi di pubblica utilità Elettricità Opera nei settori: Gas Teleriscaldamento Telecomunicazioni Altri servizi

3 CENNI STORICI AEM nasce come Azienda Elettrica Municipale di Milano Viene quotata alla Borsa Italiana Valori ed entra nel MIB Viene strutturata come gruppo industriale 2003 AEM è la terza società in Italia per l elettricità distribuita e la quarta per il gas distribuito 2005 AEM acquisisce il controllo congiunto del Gruppo Edison, secondo operatore italiano nel settore elettrico e gas 2007 Aggregazione AEM-ASM-AMSA, la principale multiutility italiana e player nazionale con fatturato di 9,3 miliardi di euro

4 1. SVILUPPO TELERISCALDAMENTO: STATO ATTUALE 90 MW MALPENSA NOVATE 10 MW SESTO S. GIOVANNI 120 MW 30 MW CASSANO FIERA SCALO FIORENZA TECNOCITY FIGINO 50 MW 100 MW GALLARATESE Potenza termica totale: 600 MWt circa BENSI 10 MW BOCCONI CENTRO STORICO 15 MW 3 MW LINATE 40 MW TELERISCALDAMENTO GIA' IN ESERCIZIO O IN FASE DI COSTRUZIONE IMPIANTI TERMICI CONVENZIONALI CENTRALI DI COGENERAZIONE IMPIANTI A POMPE DI CALORE FAMAGOSTA POTENZA = 600 MWt 100 MW ANNO 2005

5 Sviluppo del teleriscaldamento Fase di esordio: teleriscaldamento da impianti termici tradizionali (Centro storico, Bensi) Primo episodio: Sesto San Giovanni (scambio termico da impianto CC di Edison) La cogenerazione: Tecnocity, Famagosta, Malpensa 2000 Le risorse rinnovabili: Figino, Bocconi Il Progetto Unificato: nuovo impianto a pompa di calore

6 2001: Bocconi Tubazione DN500 tuba Roggia Vettabbia 245 l/s Parco Ravizza circa l/s medi Bocconi edificio Gardella

7 2001: Bocconi L impianto di climatizzazione del complesso universitario della Bocconi (anno 2001) è il primo impianto realizzato da AEM con tecnologia a pompa di calore ad acqua di falda. L acqua emunta dalla vasta area verde del Parco Ravizza, per scopi di controllo del livello di prima falda, viene convogliata all impianto della Bocconi per essere poi restituita alla Roggia Vettabia. L impianto, di potenza complessiva di 3 MW, fornisce calore e freddo ad una sezione dell università di recente costruzione. Il sistema, alimentato solo con energia elettrica, non ha emissioni inquinanti.

8 2. IL PROGETTO UNIFICATO A POMPA DI CALORE L esperienza maturata sulla cogenerazione e sulle pompe di calore, ha convinto AEM ad adottare, per i propri futuri sistemi di teleriscaldamento cittadino, un progetto che coniuga i vantaggi delle due tecnologie, ottenendo così le migliori prestazioni sia energetiche che ambientali. Il progetto sposa le esigenze del Comune di Milano di controllo del livello della falda freatica mediante l emungimento di acque sotterranee. Il progetto è stato presentato congiuntamente a Palazzo Marino da AEM e Comune di Milano il 17 febbraio 2005.

9 Il progetto unificato a pompa di calore AEM ha avviato un piano di sviluppo di una nuova filiera di impianti a pompe di calore che verranno realizzati in cinque sedi di proprietà (Canavese, Gonin, Ricevitrice Nord, Ricevitrice Sud, e Bovisa), attualmente già destinate ad usi tecnologici. Lo schema di impianto verrà anche proposto per le altre iniziative di teleriscaldamento in essere sul territorio urbano (Garibaldi-Repubblica, Quartiere Santa Giulia, Bocconi 2, Museo della Scienza e della Tecnologia).

10 Il progetto unificato a pompa di calore BOVISA RICEVITRICE NORD CANAVESE GONIN RICEVITRICE SUD

11 La Centrale standard : schema di impianto

12 Sezione a pompe di calore La sezione a pompe di calore, che rappresenta la parte più innovativa del progetto, garantisce una consistente produzione termica (50-60% del totale), integrata dai contributi provenienti dalle sezioni di cogenerazione e integrazione. I sistemi di produzione termica a pompa di calore previsti: sono alimentati ad energia elettrica; utilizzano una tecnologia acqua-acqua ; hanno compressori centrifughi; utilizzano il gas frigorigeno R134a sostituto naturale dell R22 su macchine di media-grossa taglia; un HFC che non contiene cloro con un ODP (1) = 0. (1) L ODP (Ozone deplation potential) misura il potenziale di distruzione dell'ozono: è uguale a 1 per l R11.

13 Valvola di espansione Pompe di calore: principi di funzionamento La pompa di calore è una macchina in grado di trasferire calore da un corpo a temperatura più bassa (acqua di falda) ad un corpo a temperatura più alta, grazie ad un apporto di lavoro esterno fornito da un compressore di norma azionato da energia elettrica. Condensatore Evaporatore Acqua TLR Fluido frigorigeno Compressore Acqua di falda Il trasferimento di calore avviene facendo percorrere il circuito chiuso ad appropriati fluidi frigorigeni che assumono lo stato di liquido o di vapore in funzione della temperatura e della pressione a cui si trovano. evaporatore: compressore: condensatore: valvola di espansione:

14 Pompe di calore: la tecnologia adottata Le pompe di calore adottate nel progetto fanno riferimento a uno specifico know-how sviluppato in Svezia su macchine di grossa taglia di potenza superiore a 10 MWt utilizzate per il teleriscaldamento urbano. Questi impianti garantiscono prestazioni eccellenti (COP (1) di circa 3) con produzione di acqua calda fino a 90 C. (1) Il COP (Coefficient of Performance) è il parametro di prestazione che misura l efficienza di una pompa di calore e viene definito come rapporto fra potenza termica resa e potenza elettrica richiesta per alimentare la pompa.

15 Pompe di calore: la tecnologia adottata, prestazioni Power [MW] Thermal Power at 80 ºC 16 Thermal Power at 90 ºC 14 Electrical consumption at 80 ºC 12 Electrical consumption at 90 ºC Ground water temperature

16 Un sistema che ottimizza i consumi di energia elettrica La connessione alla rete elettrica e la presenza degli accumuli termici garantiscono la possibilità di modulare il funzionamento dell impianto. E importante osservare che la diffusione di sistemi di produzione termica alimentati ad energia elettrica, e in special modo quelli a pompe di calore con accumulo termico, può garantire un importante contributo a ricalibrare l andamento orario del fabbisogno elettrico nazionale aumentando la richiesta notturna.

17 Configurazione d impianto ottima Caratteristiche della richiesta termica Prestazioni delle macchine generatrici Mercato dell energia elettrica e del gas Assetto impiantistico ottimo: 30 MW t da pompe di calore, mediante 2 pompe di calore da 15 MWt ciascuna MW t da cogenerazione mediante motori a gas 45 MW t da caldaie a gas, mediante 3 caldaie da 15 MWt ciascuna (una di riserva) 80 MWh t di accumulo su 3 serbatoi d accumulo ad acqua calda di potenza pari a 20 MWt

18 Schema d impianto La Centrale standard si configura sostanzialmente come un insieme di sistemi di produzione del calore posti in parallelo tra di loro.

19 La sezione pompe di calore La sezione pompe di calore sarà costituita da due unità da 15 MW termici ciascuna. L acqua calda prodotta dalle pompe di calore, che utilizzeranno come fluido refrigerante l R134a, sarà inviata all accumulo termico o alla rete. HP 1 15 MW HP 2 15 MW

20 Progetto unificato: dimensioni Per ogni centrale: circa 90 MWt per ogni impianto realizzato; kwh/anno di calore per ogni impianto; A completamento del progetto (5 centrali): kwh/anno di calore fornito; m 3 di stabili serviti.

21 Teleriscaldamento AEM: stato futuro 90 MW MALPENSA NOVATE SESTO S. GIOVANNI CASSANO FIERA SCALO FIORENZA TECNOCITY RIC. NORD FIGINO BOVISA GALLARATESE Entro il 2010 Potenza termica totale: MWt circa MWt BENSI GONIN REPUBBLICA-GARIBALDI MUSEO S. T. BOCCONI CENTRO STORICO RIC. SUD CANAVESE SANTA GIULIA LINATE TELERISCALDAMENTO GIA' IN ESERCIZIO O IN FASE DI COSTRUZIONE TELERISCALDAMENTO FUTURO IMPIANTI TERMICI CONVENZIONALI CENTRALI DI COGENERAZIONE IMPIANTI A POMPE DI CALORE FAMAGOSTA ANNO 2005

22 Progetto unificato: benefici globali del progetto La realizzazione dell insieme degli episodi previsti avrà effetti di miglioramento energetico/ambientale, apprezzabili anche su scala urbana, in termini di: risparmio energetico; riduzione dell inquinamento atmosferico; controllo del livello della falda freatica.

23 3. PROGETTO UNIFICATO: CENTRALE CANAVESE BOVISA RICEVITRICE NORD GONIN CANAVESE CENTRALE CANAVESE RICEVITRICE SUD

24 Centrale Canavese: le motivazioni Il progetto della centrale si innesta su un già avviato piano di recupero generale dell area stoccaggio gas. OGGI DOMANI

25 Centrale Canavese: risparmio energetico In termini di energia primaria (combustibile) si ottiene un minor consumo di tep/anno (tonnellate equivalenti di petrolio) pari a una riduzione del 35%.

26 Centrale Canavese: riduzione dell inquinamento atmosferico Le eccellenti prestazioni ambientali del progetto sono riconducibili a: il 50-60% del calore distribuito è prodotto dalle pompe di calore e quindi con zero emissioni locali: è come se persone spegnessero i loro impianti di riscaldamento; I 2/3 di questo calore vengono estratti dalla falda, cioè da una sorgente naturale totalmente rinnovabile disponibile sul territorio metropolitano.

27 Centrale Canavese: riduzione dell inquinamento atmosferico Azzeramento delle emissioni di polveri e SO 2. Riduzione del 67% delle emissioni di NOx (49% a livello locale)

28 Centrale Canavese: riduzione della CO 2 Il ricorso massiccio all energia rinnovabile (acqua di falda) permette di ottenere un effetto altamente positivo in termini di riduzione di emissioni di CO 2 : t/anno pari al 45%.