Le reti di teleriscaldamento attive e il net metering termico

Le reti di teleriscaldamento attive e il net metering termico Esco Tech Forum 2016 Centro Guida Sicura ACI-SARA Lainate 12 Maggio 2016 Ing. Biagio Di Pietra www.efficienzaenergetica.enea.it

Introduzione ENEA nell ambito dell accordo di programma con il Ministero di Sviluppo Economico sulla Ricerca del Sistema Elettrico 2012-2015 ha avviato alcune attività di ricerca sull efficientamento delle reti termiche ed elettriche. - Analisi di nuove soluzioni progettuali e gestionali per la connessione di utenti attivi (net metering termico) alle reti di teleriscaldamento esistenti http://www.enea.it/it/ricerca_sviluppo/ricerca-sistema-elettrico

Le reti di TLR: stato attuale e potenziali Numero reti di teleriscaldamento in esercizio 148 Incremento volumetria riscaldata 2011-2012 :circa 6% Volumetria riscaldata da TLR Regionale 2011 (Milioni di mc ) Fonte : rapporto RdS/PAR2013/055 elaborazione dati AIRU 2011-2012 3

Copertura della domanda termica da parte dei sistemi di TLR esistenti Primi dieci comuni italiani, con reti TLR esistenti, per domanda energetica per riscaldamento, settore civile 4 Fonte : rapporto ENEA RdS/PAR2013/055 elaborazione dati ENEA elaborazione dati associazione di categoria

Analisi delle temperature di esercizio delle reti di teleriscaldamento esistenti Fonte : rapporto ENEA RdS/PAR2013/055 Report RdS/PAR2013/054 - Elaborazione dati associazione di categoria 5

Decreto Legislativo 28/11 Attuazione direttiva 2009/28/CE Nuovi edifici o ristrutturazioni importanti: obbligo di copertura da fonte rinnovabile per il fabbisogno termico per l acqua calda sanitaria, il riscaldamento e il raffrescamento: a) il 20% quando la richiesta del pertinente titolo edilizio è presentata dal 31 maggio 2012 al 31 dicembre 2013; b) il 35% quando la richiesta del pertinente titolo edilizio è presentata dal 1 gennaio 2014 al 31 dicembre 2016; c) il 50% quando la richiesta del pertinente titolo edilizio è rilasciato dal 1 gennaio 2017. Un ruolo chiave nel raggiungimento delle quote minime di rinnovabile in contesti urbani critici, potrebbe essere dato dalle reti di teleriscaldamento con la possibilità di connessione di impianti solari distribuiti anche presso gli utenti (prosumers: utenti attivi) 6

Nuovi servizi del teleriscaldamento attivo Possibilità di uno scambio bidirezionale di energia tra la rete di distribuzione e l utente attivo (analogo al caso elettrico) la rete di teleriscaldamento fornisce nuovi servizi agli utenti: fornisce un servizio di accumulo giornaliero e stagionale all utente attivo riduzione dei costi di installazione di impianti solari termici d utente massimizza l efficienza di sfruttamento della risorsa locale (microcogeneratore - solare termico) e la produzione annua Possibilità di gestire in maniera ottimale l energia termica stagionale prodotta in eccesso (es. Solare termico in stagione estiva) possibilità di poter produrre energia in punti della rete diversi da quelli dove vi è l effettivo consumo La compravendita di calore tra utente e rete di teleriscaldamento può essere regolata tramite un contratto di scambio sul posto termico con la utility

Reti termiche attive in Nord Europa In Svezia, Danimarca, Austria e Germania esistono circa 33 rete di teleriscaldamento con impianti solari integrati negli edifici e connessi alla rete di TLR Distribuzione Reti di teleriscaldamento Svedesi con impianti solari connessi Primo impianto solare connesso alla rete di teleriscaldamento in Svezia: scuola nel comune di Skive - Danimarca Realizzato nel 1994 Superficie solare: 374 mq Produzione termica da solare invernale : autoconsumata Surplus di produzione estiva: immessa in rete (servizio accumulo stagionale scambio sul posto termico) Fonte: elaborazione Solites 2014 8

Net metering termico in Europa Proprietario impianto solare Proprietario Rete termica Fonte: Solites 2014 and Jan-Olof Dalenbäck SDH - Malmö - 2013

Impianto solare termico di Vislanda (Svezia) connesso in net metering con la rete di teleriscaldamento condominio con 1.069 m 2 di area da riscaldare fabbisogno termico annuale: 150 MWh stazione pre-assemblata brevettata per lo scambio sul posto con la rete di teleriscaldamento: l associazione dei proprietari degli appartamenti ha siglato un contratto di net-metering con la utility locale Alvesta Energi AB Fonti: elaborazione Impianti solari termici per reti di teleriscaldamento Flaccovio Editore, - Solar District Heating in Europe,2014

Impianto Solare distribuito di Gotheborg - net metering : andamento prezzi energia termica ceduta Costo energia termica acquistata utente finale: 66 /MWh (fonte:göteborg Energi, 2011) Esempio andamento prezzi energia ceduta in rete Fonte: elaborazione presentazione : Jan-Olof Dalenbäck - SDH - Malmö - April 9, 2013

Esempio di un impianto solare termico connesso alla rete di Teleriscaldamento : Drake Landing Solar Community, Okotoks (Canada) Location: Okotoks, Alberta. 51.1 deg N, 114 deg W, 1084 m elevation. Weather: Winter -33 C; Summer 52 edifici (da 139 a 150 m 2 ) con annessi garage ( 50 m 2 ) Consumo specifico annuale medio edifici: 60 kwh/m 2 (30% in meno della media nazionale) 798 collettori piani con superficie totale: 2.290 m 2 (sui garage) efficienza media del 33% (massima 77%) potenza massima: 1,5 MW pannelli solari dedicati per produzione ACS (sulle abitazioni) distribuzione interna ad aria con recuperatore (air-handler)

Drake Landing Solar Community, Okotoks (Canada) Location: Okotoks, Alberta. 51.1 deg N, 114 deg W, 1084 m elevation. Weather: Winter -33 C; Summer Centrale termica accumulo giornaliero: 2 x 120 m 3 (acqua) 3 circuiti di distribuzione (collettori, utenze, accumulo stagionale) rete utenza formata da 4 rami di lunghezza massima 0,7 km temperatura distribuzione acqua alle utenze: 35 45 C campo fotovoltaico (21 kw) per coprire le richieste degli ausiliari 3 caldaie integrazione a gas naturale (469, 352, 117 kw)

Drake Landing Solar Community, Okotoks (Canada) Location: Okotoks, Alberta. 51.1 deg N, 114 deg W, 1084 m elevation. Weather: Winter -33 C; Summer Accumulo stagionale geotermico 144 tubi ad U (diametro 150 mm) per trasferire e prelevare calore dal terreno i tubi sono connessi mediante 4 circuiti separati, convergenti al centro diametro esterno accumulo: 35m profondità: 35m capacità di accumulo: 34.000 m 3 temperature minima: 40 C (inverno) e massima 80 C (estate) estensione totale tubi: 10 km

Drake Landing Solar Community, Okotoks (Canada) frazione solare media: > 90 % luglio 2012 giugno 2013: 98%

Attività ENEA: Sviluppo del Simulatore ENSim (Energy network Simulator) - Regime semistazionario - Teleriscaldamento con generazione centralizzata - Teleriscaldamento con sistemi di generazione distribuita (solare) - Simulazione annuale 16

SCHEMA SOTTOSTAZIONE BIDIREZIONAE RITORNO SU MANDATA ASSETTO PASSIVO (invernale) ASSETT0 ATTIVO (estivo) fonte : Report RdS/PAR2014/013

SCHEMA SOTTOSTAZIONE BIDIREZIONAE RITORNO SU MANDATA ASSETTO PASSIVO (invernale) ASSETTO ATTIVO (estivo)

Esempio rete attiva simulata in ENSim in regime di scambio sul posto Edificio monofamiliare da 100 mq con impianto solare da 50 mq connesso in regime di scambio sul posto alla rete in modalità ritorno su mandata Fonte : rapporto ENEA RdS/PAR2013/055 19

Rete esempio simulata in regime di scambio sul posto termico termico Edificio monofamiliare da 100 mq con impianto solare da 50 mq connesso in regime di scambio sul posto alla rete La rete di TLR offre il servizio di accumulo fittizio stagionale all utente attivo con solare termico Ipotesi costo di acquisto energia termica dalla rete : 0,09 / kwh Ipotesi prezzi di cessione energia termica in eccesso alla rete: 0,04 /kwh Fonte : rapporto ENEA RdS/PAR2013/055 20

Simulazione con ENSim: generazione distribuita in una rete di TLR reale Quartiere edilizia popolare costruito negli anni 20 Rete di teleriscaldamento realizzata nel 2007 Tipologia rete: Magliata/ramificata; Lunghezza rete: 1971 m; T di esercizio: 75 C Mandata; 62 C Ritorno; Utenze servite: 31 stabili residenziali; Una sala cinema/teatro; Volumetria totale: 80000 m 3. Cogeneratore a 970 kw el - 1160 kw th ; Caldaia a gas a condensazione da 895 kw th ; Due caldaie a gas da 2600 kw th ciascuna; Fonte: Report RdS/PAR2013/056 - RdS/PAR2014/015

Implementazione dello schema di rete in ENSim Il modello è costituito dall integrazione dei seguenti componenti: - N-tratti: simula le perdite di rete per dispersione e l andamento dela temperatura di rete - nodo i-esimo: simula il carico termico istantaneo o la potenza immessa in rete dall utente (prosumer)

Potenza [kw] 3500 3000 2500 2000 1500 1000 Simulazione richiesta termica edifici connessi alla rete Richiesta Termica Edifici Richiesta Termica Edifici Potenza [kw] 3000 2000 1000 Richiesta Termica Edifici Richiesta Termica Edifici 0 08/01 09/01 10/01 11/01 12/01 13/01 15/01 Tempo [gg:mm] 500 0 01/01 02/03 02/05 02/07 31/08 31/10 31/12 Tempo [gg:mm] ENSim simula l andamento istantaneo del carico termico di ciascun edificio connesso alla rete, grazie ad una libreria di edifici tipo precaricati Potenza [kw] 400 300 200 100 Richiesta Termica Edifici Richiesta Termica Edifici 0 23/07 24/07 25/07 26/07 27/07 28/07 30/07 Tempo [gg:mm]

Simulazione del singolo edificio 75 Temperatura accumulo edificio Temperatura accumulo edificio 120 Potenze edificio Richiesta termica edificio Potenza termica consegnata ad edificio 70 100 65 80 Temperatura [ C] 60 55 Potenza [kw] 60 40 50 20 45 02/01 01/02 03/03 02/04 03/05 02/06 02/07 01/08 01/09 01/10 31/10 30/11 31/12 Tempo [gg:mm] 0 00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 00:00 Tempo [gg:mm]

Analisi della superficie solare installabile in corrispondenza dei singoli edifici numero collettori Edificio Scenario 1 Scenario 2 Scenario 3 Scenario 4 Scenario 5 Scenario 6 Scenario 7 (100% ) (75%) (50%) (35%) (25%) (35%_con) (25%_con) Edificio1 6 4 4 3 2 2 - Edificio2 - - - - - - - Edificio3 6 4 4 3 2 - - Edificio4 - - - - - - - Edificio5 - - - - - - - Edificio6 - - - - - - - Edificio7 10 8 4 3 2 - - Edificio8 10 8 4 3 2 - - Edificio9 - - - - - - - Edificio10 - - - - - - - Edificio11 10 8 4 3 2 - - Edificio12 10 8 4 3 2 10 8 Edificio13 6 4 4 3 2 - - Edificio14 6 4 4 3 2 - - Edificio15 10 8 4 3 2 10 - Edificio16 6 4 4 3 2 - - Edificio17 - - - - - - - Edificio18 10 8 4 3 2 10 10 Edificio19 - - - - - - - Edificio20 10 8 4 3 2 10 10 Edificio21 - - - - - - - Edificio22 10 8 4 2 2 - - Edificio23 10 8 4 2 2 - - Edificio24 - - - - - - - Edificio25 - - - - - - - Edificio26 - - - - - - - Edificio27 6 4 4 3 2 6 6 Edificio28 6 4 4 2 2 - - Edificio29 6 4 4 2 2 - - Edificio30 4 4 4 3 2 4 4 Edificio31 6 4 4 2 2 - - TOTALE 148 112 76 52 38 52 38 Totale superficie solare installabile in corrispondenza dei 31 edifici: - superficie totale 1470 m 2, - potenza di picco pari a 1055 kw Scenari simulati: utenze attive connesse in regime di scambio con la rete (totale autoconsumo invernale sovraproduzione estiva immessa in rete) L immissione in rete da parte del singolo edificio avviene quando la produzione solare è superiore al carico termico

SIMULAZIONE CON ENSim - SCENARI UTENZE termiche ATTIVE Fonte: Rapporto RdS/PAR2014/015

PROGETTO: TRASFORMAZIONE SOTTOSTAZIONE ESISTENTE IN BIDIREZIONALE Tipologia di immissione mandata su ritorno Superficie solare termica installata: 360 mq Modifiche apportate alla sottostazione: minime Sottostazione esistente Sottostazione attiva trasformata Fonte :Report RdS/PAR2014/019

Per maggiori informazioni http://www.enea.it/it/ricerca_sviluppo/documenti/ricerca-di-sistema-elettrico/ - Report RdS/PAR2013/055 - Report RdS/PAR2013/054 - Report RdS/2013/118 - Report RdS/PAR2014/015 - Report RdS/PAR2014/019