Tesi di laurea di Andrea Pasi Relatore Renata Archetti Analisi di fattibilità per l approvvigionamento energetico di una struttura turistica costiera mediante fonti rinnovabili Università degli studi di Bologna Facoltà di Ingegneria A.A. 2010/11
OMAE 2011 30th International Conference on Ocean Offshore and Artic Engineering FEASIBILITY STUDY OF A WAVE ENERGY FARM IN THE WESTERN MEDITERRANEAN SEA: COMPARISON AMONG DIFFERENT TECHNOLOGIES Renata Archetti Silvia Bozzi Giuseppe Passoni DICAM, University of Bologna DIIAR, Politecnico di Milano DIIAR, Politecnico di Milano Bologna, Italy Milano, Italy Milano, Italy Calcolo della produzione energetica di diversi dispositivi da onda al largo di Alghero. Alghero è il sito con il maggior potenziale energetico da onda nel Mar Mediterraneo
Domanda Rispetto alle fonti energetiche disponibili, come rispondono i dispositivi da onda nel fornire energia ad una struttura alberghiera situata in Sardegna?
Implicazioni Analisi settore alberghiero (domanda energetica, variazioni stagionali ed orarie) Disponibilità fonti energetiche (quantità, periodicità) Costi e incentivazioni differenti (Conto energia, certificati verdi, ritiro dedicato.) kw 3 Energia immessa in rete 1,5 Energia acquistata Energia auto consumata Energia acquistata 0 6 12 18 24
Confronto tra: Rete elettrica Diesel Fotovoltaico Eolico Onda
Quale configurazione risponde meglio alle esigenze del villaggio turistico? Simulazioni con energy modeling software http://www.homerenergy.com/
IL VILLAGGIO TURISTICO CONSUMI ENERGETICI Resort da 100 camere Apertura stagionale (6mesi) 100 camere Consumo energetico = 358300 kwh/yr Potenza media = 80 kw Potenza di picco = 130 kw IL VILLAGGIO TURISTICO 140000 kwh/anno per camera Kwh/anno Resort kwh/giorno Gennaio 1,36 136 4 Febbraio 1,36 136 5 Marzo 1,36 136 4 Aprile 108,41 10.841 361 Maggio 271,03 27.103 874 Giugno 677,57 67.757 2.259 Luglio 932,34 93.234 3.008 Agosto 1.252,15 125.215 4.039 Settembre 333,37 33.337 1.111 Ottobre 1,36 136 4 Novembre 1,36 136 5 Dicembre 1,36 136 4 3.583 kwh/yr 358.300 kwh/yr 1.942 kwh/day 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0
INTRODUZIONE ALLE FONTI RINNOVABILI GENERAZIONE ELETTRICA DALLE ONDE
INTRODUZIONE ALLE FONTI RINNOVABILI DISPOSITIVI A COLONNA D ACQUA OSCILLANTE (OWC) LIMPET (Scozia 2000)
INTRODUZIONE ALLE FONTI RINNOVABILI DISPOSITIVI A COLONNA D ACQUA OSCILLANTE (OWC) BBDB (Giappone 1970)
INTRODUZIONE ALLE FONTI RINNOVABILI DISPOSITIVI OSCILLANTI (OBS) AquaBuOY (Oregon 2007)
INTRODUZIONE ALLE FONTI RINNOVABILI DISPOSITIVI OSCILLANTI (OBS) Powerbuoy New Jersey (1993)
INTRODUZIONE ALLE FONTI RINNOVABILI STRUTTURE ARTICOLATE Pelamis (Portogallo)
INTRODUZIONE ALLE FONTI RINNOVABILI DISPOSITIVI A TRACIMAZIONE (Overtopping Converters) Wavedragon (Danimarca 2003)
DISPONIBILITÀ DI RISORSE AD ALGHERO Rete Ondametrica Nazionale (RON) Clima d onda ad Alghero sec <=1.5 <=3 <=4.5 <=6 <=7.5 <=9 <=10.5 <=12 <=13.5 <=15 <=16.5 <=18 >18 TOT m Hs ENERGIA DA <=6.5 15 148 167 2 332 MOTO ONDOSO <=4.5 1 30 401 523 26 981 Te >9.5 <=9.5 3 3 <=9 6 1 1 8 <=8.5 4 14 18 <=8 7 34 3 44 <=7.5 2 22 78 5 107 <=7 1 4 61 156 6 228 <=6 1 54 322 177 2 556 <=5.5 3 186 600 166 1 956 <=5 2 8 171 357 46 584 <=4 3 127 861 589 18 1598 <=3.5 39 419 1554 489 9 2510 <=3 5 242 1243 2199 307 1 3997 <=2.5 83 971 2926 2080 114 1 6175 <=2 6 581 3094 4638 1217 23 1 3 9563 <=1.5 371 3610 7508 3834 445 9 12 15789 <=1 356 4848 11553 9513 1668 169 14 200 28321 <=0.5 4227 10691 10893 4659 739 120 40 13 8 8 4 1813 33215 TOT 0 4583 15916 26725 26033 15637 9478 3629 915 28 8 4 2030 104985 Rilevamenti dal 01/01/1990 al 31/12/2007 (Idromare)
DISPONIBILITÀ DI RISORSE AD ALGHERO Potenziale energetico ad Alghero = 64 [ ] = 0.49 = / 11,74 = 8760
DISPONIBILITÀ DI RISORSE AD ALGHERO Energia producibile dai dispositivi Clima d onda Matrice di potenza
DISPONIBILITÀ DI RISORSE AD ALGHERO Caratteristiche di diversi RES valutati ad Alghero AquaBuOY AWS Pelamis Potenza nominale (kw) 250 2.500 750 Produzione annua (MWh) 183,8 986 556 Produzione annua teorica (GWh) 2,19 21,9 6.570 Produzione annua per MW installato (MWh/MW) 735 394 741 Capacity factor (%) 8,39 4,50 8,46 Costo ( ) 500.000 5.200.000 1.666.500 Costo per kw installato ( /kw) 2.000 2.080 2.222 OMAE 2011
ANALISI DI FATTIBILITÀ ENERGETICA HOMER NREL (National Renewable Energy Laboratory) ANALISI DI FATTIBILITÀ SCENARI DI STUDIO ENERGETICA OFF-GRID ON-GRID
ANALISI DI FATTIBILITÀ ENERGETICA HOMER Parametri importanti forniti dalle simulazioni!" = $% + $' 1+ ) ) Potenza Produzione nominale )*+ annua (kw) (MWh) Produzione annua teorica (GWh) Produzione annua per MW installato (MWh/MW) Valore attuale netto (NPV: Net Present Value) Capacity factor (%) Costo ( ) Costo per kw installato ( /kw) Produzione mese di agosto (MWh) AquaBuOY 250 183,8 2,19 735 8,39 500.000 2000 6,23,- = AOC 15/50 65 71 0,57 1092 12,47 130.000 2000 4,06 V27 225 252 1,97 1120 12,79 375.000 1650 14,90 $1 =,. /%/0!" 23%%// V52 850 1021 7,45 1201 13,71 900.000 1060 61,34 V90 2000 2944 17,52 1472 16,80 2.000.000 1000 182,30 Vita di progetto considerata: 25 anni Frazione di rinnovabili (RF: Renewable Fraction) Costo dell energia(coe: Cost Of Energy) PV 3 4,137 0,03 1379 15,74 15.000 5000 0,44 PV 265 365,435 2,32 1379 15,74 1.200.000 4528 38,96 PV 1000 1379 8,76 1379 15,74 4.000.000 4000 147,00
ANALISI DI FATTIBILITÀ ENERGETICA Risultati nello scenario OFF-GRID Prezzo diesel: 1,4 /l Solo Configurazione generatore ibrida diesel Scenario: OFF-GRID Caso: Configurazione Diesel Generator-only ibrida Descrizione Eolico Eolico Eolico PV Eolico AquaB.+PV AquaB. Descrizione solo gen. gen+batterie Eolico (kw) 1*850kW 2*225kW 4*65kW 0 1*2MW 0 0 Generatore (kw) PV(kW) 230 2000 0 0 200 0 100 0 AquaB Batterie (kw) (num.) 0 4000 0 0 0 0 1*250 1*250 Generatore Convertitore (kw) 0 200 200 200 200 200 200 200 Batterie Spesa iniziale (num.) ( ) -345.000-740.000 400 400 400 400 600 250 250 Convertitore Operating Cost (kw) 200 200 200 200 200 150 150 Spesa ( /yr) iniziale ( ) 739.757-1.640.000 266.821-1.490.000-1.260.000-1.629.326-2.860.000-1.545.506-1.100.000 Operating NPV ( ) Cost ( /yr) -9.801.581-4.150.865 73.206 125.845 171.024 183.327 107.002 210.845 247.089 COE ( /kwh) NPV ( ) 2,1-2.575.824 0,89-3.098.717-3.446.258-3.972.864-4.227.989-4.240.810-4.312.604 COE RF (%) ( /kwh) 0 0,55 0 0,66 0,73 0,85 0,86 0,92 0,94 RF Flusso (%) di spesa 81 58 73 28 79 25 1 Flusso cumulato di spesa ( /25yr) cumulato -18.771.030-7.424.735 ( /25yr) Diesel (L/yr) -3.426.930-4.652.909-5.542.941-6.213.672-5.533.447-6.827.000-7.393.228 347.255 144.572 Diesel (L/yr) 25.104 52.369 82.123 90.878 28.000 92.568 122.047 funzionamento gen. funzionamento (ore) gen. (ore) 8.760 2.238 Eccesso produzione 482 900 1.321 1.590 533 1.714 2.114 Eccesso el. (kwh/yr) produzione el. (kwh/yr) 379.236 2.363.000 0 922.824 456.371 210.000 5.779.523 243.579 129.802 Percentuale Percentuale eccessi eccessi (%) (%) 51 0 85 68 52 33 92 37 24
ANALISI DI FATTIBILITÀ ENERGETICA Risultati nello scenario OFF-GRID Analisi economica Andamento dei flussi di cassa attualizzati
ANALISI DI FATTIBILITÀ ENERGETICA Risultati nello scenario ON-GRID Prezzo elettricità: 0,18 /kwh Solo prelievo dalla rete Configurazione ibrida senza + incentivi incentivi Scenario: ON-GRID Caso: Grid-only Rete (kw) Descrizione Spesa iniziale ( ) Operating Cost ( /yr) NPV ( ) COE ( /kwh) RF (%) Flusso di spesa cumulato ( /25yr) energia comprata dalla rete (kwh/yr) prelievo totale dalla rete 230 0 65.698-839.847 0,18 0-1.642.462 364.992 Scenario: ON-GRID Caso: Configurazione ibrida Descrizione Eolico Eolico Eolico+PV Eolico+PV Eolico Eolico PV PV AquaB. Eolico (kw) 1*225 1*225 2*225 0 Eolico (kw) 1*225 1*225 2*225 0 0 PV(kW) 0 50 0 150 AquaB PV(kW) (kw) 0 0 050 0 0 150 0 1*2500 Convertitore (kw) AquaB (kw) 0 0 50 0 0 0 1500 1*2500 Rete (kw) Convertitore (kw) 300 0 300 50 300 0 300 150 300 0 Spesa iniziale ( ) Rete (kw) -375.000 300-648.596 300-750.000 300-817.416 300-500.000 300 Operating Cost ( /yr) 11.660 14.224 23.319 28.051 55.632 Spesa iniziale ( ) -375.000-648.596-750.000-817.416-500.000 NPV ( ) -524.050-830.422-1.048.101-1.175.998-1.215.253 COE NPV ( /kwh) ( ) 754.861 0,05 788.640 1.559.410 0,07 0,06 297.404 0,17-673.476 0,19 RF RF (%) (%) 73 73 77 77 88 88 48 48 38 Flusso di spesa cumulato ( /25yr) Flusso di cassa energia cumulato comprata ( /25yr) -660.000 1.563.195-996.467 1.836.164-1.320.000 3.223.565-1.505.943 280.962-1.898.603-990.620 (kwh/yr) 227.457 205.771 172.978 274.940 303.351 energia suolo consumato venduta (m2) 1.500 1.900 3.000 1.200 1.500 (kwh/yr) 456.245 519.128 1.038.548 163.645 131.351
ANALISI DI FATTIBILITÀ ENERGETICA Risultati nello scenario ON-GRID Analisi AquaBuOY economica Andamento dei flussi di cassa attualizzati
CONCLUSIONI EOLICO SOLARE DA ONDA Downsides -Investimenti rischiosi e non ancora remunerativi (realizzabili solo attraverso aiuti statali) -Alti costi di manutenzione -Disposivi non scalati per Mar Mediterraneo (no risonanza) -Alti costi dei cavi sommersi -Poche informazioni e dati reperibili -Dispositivi non ancora maturi -Sfasamento tra produzione e richiesta energetica dell albergo CONCLUSIONI Upsides -Possibilità di collegamento in seriecreazione Wave farm -Alti margini di miglioramento delle prestazioni -Crescita dei costi delle fonti tradizionali -Grande risorsa energetica sfruttabile Risorsa sfruttabile dalle onde = 2000 TWh/yr Consumi mondiali = 15400 TWh/yr
CONCLUSIONI GRAZIE PER L ATTENZIONE Andrea Pasi apasi@hotmail.it