L efficientamento energetico e l energia solare negli allevamenti zootecnici Aspetti tecnici e aspetti economici

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1 Incontro Tecnico Energia solare e risparmio energetico negli allevamenti Mercoledì 1 ottobre 2014 Ore 9,30 Agriturismo Villa Bagno Via Lasagni, 29, Località Bagno Reggio Emilia (RE) e l energia solare negli Aspetti tecnici e aspetti economici Paolo Rossi C.R.P.A. S.p.A. di Reggio Emilia Centro Ricerche Produzioni Animali C.R.P.A. S.p.A.

2 Per il futuro del Pianeta I consumi energetici mondiali sono in crescita: +33% dal 2012 al 2035, secondo stime IEA (2012). I combustibili fossili rimangono preponderanti nel mix energetico mondiale, anche a motivo dei cospicui sussidi che ricevono (WEO2012). Gli sforzi che si stanno facendo a livello mondiale per combattere l inquinamento, i cambiamenti climatici e il surriscaldamento del Pianeta si concentrano su due filoni paralleli: l efficienza energetica (EFF) le fonti energetiche rinnovabili (FER) 2

3 Risparmio e rinnovabilità Sono le parole d ordine sulle quali dovranno basarsi le politiche energetiche dei governi nei prossimi decenni e già oggi l Unione europea si è dotata di strumenti molto rilevanti (Pacchetto Clima-Energia « », Libro Verde, Roadmap 2050 decarbonizzazione). Nel periodo viene prevista la riduzione assoluta dei consumi primari, grazie all EFF, da 165 a 158 Mtep/anno. Si prevede che nel 2035 le FER possano coprire il 35% del fabbisogno mondiale di energia elettrica (WEO2012), spinte soprattutto da solare ed eolico. Il settore agricolo deve fare la sua parte e le opportunità sono numerose. 3

4 Importanza dei consumi energetici nel comparto agricolo e zootecnico Il progresso tecnologico, permettendo la sostituzione di quote elevate di forza lavoro con forza motrice di macchine/impianti, ha comportato il crescente impiego di fonti energetiche diverse. Sebbene il costo energetico rappresenti ancora una frazione non elevata del costo totale di produzione in zootecnia, la sua importanza è destinata ad aumentare progressivamente. 4

5 Bovini da latte - Consumi energetici Indagine campionaria Re Sole Consumi annui di energia elettrica: In media: 114 ha di SAU 180 vacche da latte 51 kw di potenza contrattuale (0,18 kw/uba) Energia elettrica: 510 kwh/vacca Costo energia attiva: 102 /vacca Costo energia reattiva: 19,9 /vacca 5

6 Bovini da latte - Consumi energetici Indagine campionaria Re Sole Consumi annui di energia termica: Metano: nel 16,6% delle aziende, con consumo medio di 28 m 3 /vacca (24,64 ) Gasolio: in tutte le aziende, con consumo medio di 109 l/vacca (73 ) esclusi lavori di campagna GPL: nel 33% delle aziende, con consumo medio di 92 l/vacca (64 ) Totale spesa energetica termica: 105 /vacca 6

7 Efficienza energetica L EFF applicata a un determinato lavoro è il rapporto fra l energia effettivamente disponibile per quel lavoro e l energia totale consumata nel processo; la differenza è data dalle perdite energetiche. 7

8 Azioni per l efficienza energetica Due sottogruppi: migliorare le modalità di esecuzione del lavoro; queste azioni richiedono formazione e informazione e puntano all eliminazione dei consumi energetici «inutili» derivanti da cattive procedure o cattive abitudini; modificare l assetto strutturale e/o impiantistico di un determinato contesto produttivo per svolgere il lavoro in modo più efficiente; queste azioni comportano investimenti in materiali e/o mezzi tecnici. 8

9 Efficienza energetica nel comparto zootecnico Tre tappe: 1) conoscenza: l allevatore deve essere dotato di strumenti di analisi e di controllo della situazione energetica aziendale; 2) confronto: deve sapere come si collocano i suoi consumi rispetto ai consumi medi di aziende simili per tipologia, dimensione e tecnologia, per evidenziare eventuali anomalie nel consumo totale o nei consumi parziali; 3) azione: deve essere supportato per l individuazione delle cause delle anomalie e per la scelta dei possibili rimedi. 9

10 Campi d intervento per l efficienza energetica in zootecnia Regolazione dei motori elettrici (inverter CA-CA) Motori ad alto rendimento (bassa dissipazione) Tecnologie a basso consumo Illuminazione a basso consumo (LBC, LED) Controllo automatico della ventilazione e del riscaldamento Isolamento termico delle strutture d allevamento Recupero di calore Regolare e accurata manutenzione 10

11 Energia solare Il Sole, ogni giorno, indirizza verso la Terra una potenza radiante enorme, pari a 174 milioni di GW; l intera potenza elettrica degli impianti di generazione in Italia vale circa 130 GW (Terna, 2013). La max potenza utile sulla superficie terrestre è pari a W/m 2, in condizioni di cielo sereno e con il Sole allo zenit. La quantità di energia disponibile varia soprattutto in base a: latitudine, azimut, tilt, stagione, orario, condizioni meteo. 11

12 Quantificazione dell'energia solare Irraggiamento (irradiance): potenza irradiante che il Sole scarica su una superficie unitaria (kw/m 2 ). Irradiazione (irradiation): energia irradiante captata da una superficie unitaria nell unità di tempo (kwh/m 2 ). 12 Irradiazione totale annua (kwh/m 2 ) su moduli FV esposti in modo ottimale Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS) Joint Research Centre (European Commission) PVGIS European Communities,

13 Sfruttamento dell energia solare Fotovoltaico: produzione di energia elettrica utilizzabile direttamente dal produttore e/o riversabile in rete. Solare termico: produzione di energia termica per il riscaldamento dell acqua a temperature variabili da 40 a 250 C (ma anche fino a C). 13

14 Fotovoltaico (FV) Motivazioni del suo sviluppo: produce direttamente e istantaneamente energia elettrica senza organi in movimento; forte sviluppo delle tecnologie di produzione delle celle FV e rendimenti in crescita; scarsi problemi di smaltimento (ci sono già sistemi di riciclaggio del silicio); sistemi modulari facilmente integrabili in strutture edilizie esistenti; semplicità di installazione e di utilizzo (scarso impegno di manodopera); scarsa manutenzione ed elevata vita utile dell'impianto (30 anni): incentivi statali (Conto Energia, fino al 2013). 14

15 Componenti di un impianto FV Generatore FV (moduli e strutture di sostegno) Quadri elettrici di campo Inverter (controllo e condizionamento; CCCA) Quadri di consegna e distribuzione Sistema di accumulo 15

16 Tipologie di celle fotovoltaiche 16 Silicio monocristallino: elevato rendimento (15-20%), processi di produzione costosi e quindi prezzi più alti Silicio policristallino: minore rendimento (12-14%) ma anche prezzi più bassi Variante back-contact: rendimenti maggiori per l assenza della griglia di conduzione frontale Silicio amorfo: rendimento ancora inferiore (6-9%), ma adatto a condizioni di irraggiamento diffuso (nuvole) CdTe (tellururo di cadmio) e CdS (solfuro di cadmio): basso costo, crescente diffusione, discreti rendimenti (9-11%) CIS (diseleniuro di indio e rame) e CIGS (diseleniuro di indio, rame e gallio): basso costo con rendimenti che si stanno avvicinando a quelli delle celle in silicio policristallino (10-12%) Eterogiunzione: silicio amorfo + silicio monocristallino, rendimenti sperimentali oltre il 22%, non ancora in commercio

17 Potenziale produttivo da FV: esempio Allevamento bovino da latte, 140 vacche, consumi elettrici di kwh/anno, quota autoconsumo del 65% Località: pianura di Bologna Azimut: 0 Tilt: 16,7 (pendenza tetto 30%) Potenza nominale totale: 157,5 kwp Superficie captante totale: 931,72 m 2 Radiazione globale annua su piano moduli: kwh/m 2 Fissando un'efficienza iniziale delle celle FV del 15% (celle policristalline) abbiamo: x 0,15 = 232,8 kwh/m 2 anno di energia potenziale Considerando una perdita totale di sistema* del 25% abbiamo: 232,8 25% = 174,6 kwh/m 2 anno di energia utile, pari a circa kwh/kwp anno. * perdite energetiche da assemblaggio, inverter, surriscaldamento, fermi tecnici, fermi per guasto, trasformatori, ecc. 17

18 Sintesi analisi economica FV: esempio Parametro Valore Risparmio annuo medio sulla bolletta elettrica ( ) Ricavo annuo medio per vendita energia ( ) Costo totale impianto e connessione IVA compresa ( ) Durata presunta impianto (anni) 30 Totale entrate per gli anni di durata dell'impianto ( ) Totale uscite per gli anni di durata dell'impianto ( ) Reddito totale netto ( ) Reddito netto medio annuo ( ) VAN Valore attuale netto ( )

19 Solare termico (ST) Motivazioni del suo sviluppo: produce direttamente o indirettamente acqua calda sanitaria o tecnologica; tecnologia affidabile e consolidata, sviluppata in anticipo rispetto al FV; sistemi modulari facilmente integrabili sui tetti degli edifici; semplicità di installazione e di utilizzo; scarsa manutenzione ed elevata vita utile dell'impianto (20-25 anni): incentivi statali (Conto Termico, dal 2013). 19 Fonte:

20 Componenti di un impianto ST Pannelli solari (collettori e strutture di sostegno) Fluido termovettore (o di lavoro) Accumulo termico coibentato Generatore termico integrativo Scambiatore di calore (negli impianti a circuito chiuso) Dispositivi di sicurezza e regolazione 20

21 Tipologie di impianti e di moduli Gli impianti che possono interessare il comparto zootecnico sono quelli a bassa temperatura (massimo C); rappresentano la quasi totalità degli impianti installati in Italia. In base al fluido termovettore si distinguono: impianti a circuito aperto e impianti a circuito chiuso. In base alla configurazione si distinguono: impianti a circolazione naturale (accumulo posto sopra ai moduli) e impianti a circolazione forzata (accumulo separato posto all interno dell edificio, pompa di ricircolo). I pannelli solari si distinguono in 3 categorie: non vetrati (scoperti, molto economici), vetrati piani (i più diffusi, molto affidabili), a tubi sottovuoto (i più recenti, ad elevata efficienza). 21

22 Potenziale produttivo da ST: esempio Allevamento bovino da latte, 140 vacche, consumo di kg/anno di acqua calda a 70 Località: pianura di Bologna Azimut: 0 Tilt: 45 Superficie captante totale: 7,3 m 2 Radiazione globale annua su piano moduli: kwh/m 2 Fissando un rendimento medio annuo iniziale dei moduli del 38% (moduli sottovuoto) abbiamo: x 0,38 = 585,2 kwh/m 2 anno di energia utile., pari a una produzione totale annua di kwh. L energia termica necessaria per scaldare l acqua da 20 a 70 ammonta a kwh, quindi l impianto ST copre quasi il 36% del fabbisogno termico annuale. Utilizzando metano di rete e ipotizzando un rendimento della caldaia dell 85%, il consumo annuo di combustibile risulta pari a circa m 3. 22

23 Sintesi analisi economica ST: esempio Parametro Valore Tariffa incentivante Conto Termico ( /m 2 anno) 170 Risparmio annuo medio sulla bolletta del metano ( ) Costo totale impianto IVA compresa ( ) Durata presunta impianto (anni) 25 Totale entrate per gli anni di durata dell'impianto ( ) Totale uscite per gli anni di durata dell'impianto ( ) Reddito totale netto ( ) Reddito netto medio annuo ( ) 742 VAN Valore attuale netto ( )

24 e l energia solare negli Aspetti tecnici e aspetti economici Incontro Tecnico Energia solare e risparmio energetico negli allevamenti Mercoledì 1 ottobre 2014 Ore 9,30 Agriturismo Villa Bagno Via Lasagni, 29, Località Bagno Reggio Emilia (RE) Grazie per l attenzione Paolo Rossi - p.rossi@crpa.it C.R.P.A. S.p.A. di Reggio Emilia Centro Ricerche Produzioni Animali C.R.P.A. S.p.A.