SVILUPPO DEI PROGETTI DI TELERISCALDAMENTO Ing. CARLO PIEMONTE Università degli Studi di Brescia Studio Associato di Ingegneria - Milano Unione Geotermica Italiana Piancastagnaio, 11 dicembre 2012
POSSIBILI SORGENTI FREDDE PER POMPE DI CALORE ACQUA-ACQUA CORSI D ACQUA SUPERFICIALI (FIUMI, ROGGE, ETC.) LAGHI E BACINI IDRICI ACQUA DI MARE ACQUA DI FALDA ACQUE GEOTERMICHE ACQUA DI ALIMENTAZIONE DELLE RETI DI DISTRIBUZIONE DI ACQUA POTABILE COMUNALE ACQUA IN USCITA DA IMPIANTI DI DEPURAZIONE ACQUE LURIDE DA SISTEMI FOGNARI CITTADINI ACQUA DI CIRCUITO LAVAGGIO FUMI DI FORNI INCENERITORI ACQUA DI CIRCUITI DI TORRE DI RAFFREDDAMENTO ACQUA DI CIRCUITI DI RAFFREDDAMENTO DI CENTRALI ELETTRICHE (COGENERATIVE E NON)
VANTAGGI DI UTILIZZO DI RISORSE SUPERFICIALI LE RISORSE SUPERFICIALI SONO FACILMENTE ACCERTABILI ASSENZA O COMUNQUE RIDUZIONE DEL RISCHIO MINERARIO MINORI COSTI DI INVESTIMENTO PER L APPROVVIGIONAMENTO ASSENZA DI RISCHIO DI DEPRIMERE CON L EMUNGIMENTO ALTRE ATTIVITÀ (AD ESEMPIO, ATTIVITÀ TERMALI) CHIMISMO IN GENERE MENO PROBLEMATICO PROCEDURE AUTORIZZATIVE PIÙ SEMPLICI POSSIBILITÀ DI COMPENSARE IL MINOR SALTO TERMICO RECUPERABILE DALLA SORGENTE FREDDA CON UNA MAGGIORE DISPONIBILITÀ DI PORTATA
MOTIVAZIONI PER UN PREVEDIBILE SVILUPPO DI SISTEMI DI TELERISCALDAMENTO GEOTERMICI AMPIA DISPONIBILITÀ SUL TERRITORIO NAZIONALE DI RISORSE GEOTERMICHE TENDENZA A UN CONSISTENTE SVILUPPO DEL TELERISCALDAMENTO PER LA NECESSITÀ DI FIDELIZZAZIONE DEL CLIENTE FINALE DISPONIBILITÀ DI POMPE DI CALORE CHE POSSONO EROGARE ACQUA CALDA ALLA TEMPERATURA DI 90 C TREND DI CRESCITA DEL PREZZO DELL ENERGIA ELETTRICA INFERIORE A QUELLO DEI COMBUSTIBILI FOSSILI CONTRIBUTO A FONDO PERDUTO (CREDITO D IMPOSTA) PER SISTEMI DI TELERISCALDAMENTO GEOTERMICI PARI A 0,0258 EURO/kWht IN CONTO ESERCIZIO E 20,66 EURO/kWt IN CONTO CAPITALE (SOLO PER ZONE CLIMATICHE E ED F)
FLUIDI DI LAVORO PER CICLI A POMPA DI CALORE R 134a R 245fa (per applicazioni particolari) R 1234ze (per applicazioni particolari)
CAMPI DI APPLICAZIONE DEI DIVERSI TIPI DI COMPRESSORE PER POMPE DI CALORE
TEMPERATURA MASSIMA ( C) COMPRESSORE A PISTONI COMPRESSORE A VITE TEMPERATURE MASSIME OTTENIBILI PER L ACQUA CALDA CON CICLI A POMPA DI CALORE BISTADIO 100 90 80 70 60 COMPRESSORE CENTRIFUGO (SOLO CON R245fa O R1234ze) COMPRESSORE CENTRIFUGO COMPRESSORE CENTRIFUGO 50 40 COMPRESSORE A VITE O CENTRIFUGO 30 20 10 0 1.000 2.000 5.000 6.000 9000 10.000 POTENZA TERMICA (kw) 15.000 20.000
NUMERO STADI DELLA POMPA DI CALORE UNO PER SALTO TERMICO MAX DI 40 C TRA CONDENSATORE ED EVAPORATORE DUE PER SALTO TERMICO FINO A 85 C TRA CONDENSATORE ED EVAPORATORE
VALORI INDICATIVI DI COP (COEFFICIENTE DI PRESTAZIONE) PER POMPE DI CALORE CON COMPRESSORE CENTRIFUGO TEMPERATURA SCARICO SORGENTE FREDDA TEMPERATURA USCITA ACQUA CALDA COP 8 C 80 C 2,9-3 8 C 90 C 2,65-2,8
POMPE DI CALORE CENTRIFUGHE BISTADIO DI GRANDE POTENZA Teleriscaldamento AEM Milano di Famagosta e Canavese, Italia In funzione solo durante il periodo di riscaldamento Numero di unità 1xFamagosta 1xCanavese Refrigerante R134a Sorgente di calore Acqua di falda Dati tecnici Singola unità Potenza frigorifera 9 732 kw Temp. in/out acqua fredda 15.0 / 7.6 C Portata acqua fredda 1 150 m3/h Temp. in/out acqua telerisc. 65.0 / 90.0 C Portata acqua telerisc. 546 m 3 /h Potenza ele. compressore 5 768 kw Potenza termica 15 500 kw COP 2.68
UNITA PACKAGE CENTRIFUGHE Teleriscaldamento per Vaertan, Stoccolma Numero di unità 6 Refrigerante Potenza termica totale R134a / R22 180 000 kw Temp. in/out acqua telerisc. 50 / 80 C Sorgente di calore Temp. in/out sorgente calore Acqua di mare, diretta 3.5 / 1.7 C Värtan 6 unità in funzione con successo dal 1985 Serbatoio di accumulo acqua calda
Teleriscaldamento per Vaertan, Stoccolma Rielaborazione grafica
POMPE DI CALORE DI GRANDE POTENZA COMBINATE CON PRODUZIONE FRIGORIFERA Centrale di teleriscaldamento/teleraffreddamento Katri Vala, Helsinki, Finlandia IL PIU GRANDE IMPIANTO AL MONDO PER LA PRODUZIONE COMBINATA DI ENERGIA TERMICA E FRIGORIFERA
POMPE DI CALORE DI GRANDE POTENZA COMBINATE CON PRODUZIONE FRIGORIFERA Teleriscaldamento/teleraffreddamento Katri Vala, Helsinki, Finlandia Progetto Pronta per la coibentazione
POMPE DI CALORE DI GRANDE POTENZA COMBINATE CON PRODUZIONE FRIGORIFERA Centrale di teleriscaldamento/teleraffreddamento Katri Vala, Helsinki, Finlandia Numero di unità 5 Estate Inverno 5 Refrigerante R134a R134a Sorgente fredda Acqua teleraff. Acq. fognatura, indiretta Potenza frigorifera 60 000 kw 60 000 kw Temp.in/out acqua fredda 20.0 10.0 / / 4.0 C 4.0 C Portata acqua fredda 8 600 m3/h 3 225 50.0 / 62.0 C m3/h 6 105 m 3 /h Temp.in/out acqua telerisc. 45.0 / 88.0 C 23 850 kw Portata acqua telerisc. 185083 850 kw m 3 /h Potenza ele. compresore 3.51 30 565 kw Potenza 5 unità termica in funzione con successo dal 2006 90 565 kw COP 2.96
SISTEMA DI TELERISCALDAMENTO AL SERVIZIO DEL POLO UNIVERSITARIO DI ZURIGO CON POMPE DI CALORE AD ACQUA DI FIUME
SISTEMA DI TELERISCALDAMENTO AL SERVIZIO DEL POLO UNIVERSITARIO DI ZURIGO CON POMPE DI CALORE AD ACQUA DI FIUME
Morbegno recupero di calore dal circuito di raffreddamento di motori a gas Sistema di teleriscaldamento al servizio di Morbegno (SO), Italia Numero di unità 1 Tipo Potenza termica UNITOP 33 CY 3 740 kw Temp. acqua tlr in/out 60 / 84 C Temp. acqua raffr.motori in/out 46 / 40 C COP [riscaldamento] 4.294
Morbegno recupero di calore dal circuito di raffreddamento di motori a gas Installazione della pompa di calore di SEM Morbegno
SISTEMI DI TELERISCALDAMENTO DA 73 MWt E TELERAFFREDDAMENTO DA 23 MWf A SERVIZIO DI UNA IMPORTANTE CITTÀ IN FRANCIA
CONFIGURAZIONE DEI POZZI DI ACQUA DI FALDA PER IL PROGETTO DI TELERISCALDAMENTO GEOTERMICO PER UNA IMPORTANTE CITTÀ FRANCESE Implantation des 18 puits pour l estimation du potentiel géothermique de la Craie Etats de saturation thermique de la Craie (en froid à gauche - en chaleur à droite)
POMPE DI CALORE REVERSIBILI CON SORGENTE FREDDA COSTITUITA DA ACQUA DI FALDA PER IL PROGETTO DI TELERISCALDAMENTO GEOTERMICO A SERVIZIO DI UNA IMPORTANTE CITTÀ FRANCESE Friotherm UNITOP 33/28CPY- 8149U Friotherm UNITOP 23/22BY- 7097U Fluido refrigerante R134a R134a Funzionamento Invernale Invernale Sorgente fredda Acqua di falda Acqua di falda Potenza termica sottratta a sorgente fredda 5.250 kw 2.200 kw Temp. sorgente fredda in/out 14/5 C 14/5 C Sorgente calda Acqua TLR Acqua TLR Potenza termica ceduta a sorgente calda 8.000 kw 3.436 Temp. sorgente calda in/out 65/80 C 65/80 C Funzionamento Estivo Estivo Sorgente fredda Acqua gelida Acqua gelida Potenza termica sottratta a sorgente fredda 9.500 kw 3.250 kw Temp. sorgente fredda in/out 14/4,5 C 14/5 C Sorgente calda Acqua di falda Acqua TLR Potenza termica ceduta a sorgente calda 11.310 kw 4.936 kw Temp. sorgente calda in/out 16/32 C 65/80 C
ESEMPIO APPLICATIVO DI POMPA DI CALORE PER RISORSE GEOTERMICHE PROFONDE (ACQUA CALDA A ALTA TEMPERATURA) 68,2 C 424,6 t/h CONDENSER + SUBCOOLER 6.277 kw 79,8 424,6 CONDENSER + SUBCOOLER 5.760 kw C 79,8 C 90,0 C t/h 424,6 t/h 424,6 t/h DISTRICT HEATING CONDENSER CONDENSER 67,8 C 212,3 t/h ELECTRICAL MOTOR 1.718 kw M ELECTRICAL MOTOR 1.215 kw M SUBCOOLER 68,5 C 212,3 t/h SUBCOOLER DISTRICT HEATING 65 424,6 HEAT PUMP 1 HEAT PUMP 2 C 65 C 3,65 COP 65,0 C 4,74 COP t/h 212,3 t/h 212,3 t/h GROUND WATER 28 250,0 C t/h EVAPORATOR 4.610 kw 44 250,0 C 44 C 60 C t/h 250,0 t/h 250,0 t/h EVAPORATOR 4.580 kw GROUND WATER 60 250,0 C t/h
TELERISCALDAMENTO GEOTERMICO DA 35 MWt A SERVIZIO DI UNA IMPORTANTE CITTÀ IN SPAGNA
PROVINCIA DI SASSARI TELERISCALDAMENTO DI SANTA MARIA COGHINAS, VIDDALBA E VALLEDORIA BACINO D UTENZA
PROVINCIA DI SASSARI TELERISCALDAMENTO DI SANTA MARIA COGHINAS, VIDDALBA E VALLEDORIA RISORSE GEOTERMICHE
PROVINCIA DI SASSARI TELERISCALDAMENTO DI SANTA MARIA COGHINAS, VIDDALBA E VALLEDORIA RISORSE GEOTERMICHE
SISTEMA INTEGRATO POMPA DI CALORE + MOTORE A GAS RECUPERO TERMICO DAL MOTORE ENERGIA TERMICA ENTRANTE ENERGIA ELETTRICA 43 126 ENERGIA TERMICA UTILE 169 100 42 84 SORGENTE FREDDA GRATUITA
Potenza termica (kw) COPERTURA DELLA CURVA DI DURATA DEL CARICO TERMICO 11.000 10.000 9.000 8.000 7.000 6.000 5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 0 0 500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000 Durata (h/anno) Potenza termica alla punta: Fabbisogno termico totale: 10.000 kw 19.300 MWh/anno
CASO CON IL SOLO MOTORE COGENERATIVO Energia termica da motore cogenerativo: 4.000 MWh/anno (20%) Energia termica da caldaie: 15.300 MWh/anno (80%)
CASO CON MOTORE COGENERATIVO E POMPA DI CALORE Energia termica da motore cogenerativo: 8.000 MWh/anno (40%) Energia termica da pompa di calore: 9.000 MWh/anno (45%) Energia termica da caldaie: 2.300 MWh/anno (15%)
POMPA DI CALORE BISTADIO CONVENZIONALE
SOLUZIONE CON POMPA DI CALORE BISTADIO CON RECUPERO DI CALORE AGGIUNTIVO INTERSTADIO
ESEMPI DI PRESTAZIONI DI POMPE DI CALORE CON SORGENTE TERMICA ACQUA DI FALDA CASO A B C Taglia piccola media grande Fluido lavoro Potenzialità termica (kw) 3.000 R134a 8.950 20.000 COP 2,95 2,75 2,68 Sorgente fredda Fluido acqua in uscita dal depuratore Portata (m3/h) 341 688 1.363 Temperatura ingresso ( C) 13 13 14 Temperatura uscita ( C) 8 5,9 6 Sorgente calda Fluido acqua teleriscaldamento Portata (m3/h) 143 262 882 Temperatura ingresso ( C) 60 60 70 Temperatura uscita ( C) 78 90 90
POMPE DI CALORE CON SORGENTE FREDDA COSTITUITA DA ACQUA CIRCUITO RAFFREDDAMENTO MOTORI PRIMI CASO A B C Taglia piccola media grande Fluido lavoro Potenzialità termica (kw) 939 R245fa 1.742 3.477 COP 3,76 5,25 6,09 Sorgente fredda Fluido acqua circuito raffreddamento Portata (m3/h) 122 303 444 Temperatura ingresso ( C) 40 47,2 47 Temperatura uscita ( C) 35 43 40,9 Sorgente calda Fluido acqua teleriscaldamento Portata (m3/h) 41 117,6 793 Temperatura ingresso ( C) 58 65 65,1 Temperatura uscita ( C) 78 78 69
ESEMPIO DI PREFATTIBILITA VOLUMETRIA 500.000 m3 POTENZA TERMICA 10 MW CENTRALE COMPOSTA DA: n.1 pompa di calore ad acqua di falda da 3 MW n. 1 motore a gas cogenerativo da 1,5 MW n. 2 caldaie a gas di integrazione e riserva da 5,5 MW COSTO IMPIANTO Centrale 7.500.000 Rete 2.000.000 TEMPO DI RITORNO DELL INVESTIMENTO 6 anni