ESPERIENZE SUL TERRITORIO DI GENERAZIONE DISTRIBUITA E TELERISCALDAMENTO Alessandro Franco Dipartimento di Ingegneria dell Energia, dei Sistemi, del Territorio e delle Costruzioni Università di Pisa CRIBE alessandro.franco@ing.unipi.it
Le bioenergie Le biomasse o bioenergie forniscono circa il 10% dell energia primaria, tuttavia con forti differenze Nei paesi ad ad economia di transizione, mediamente il 28%, con punte del 90%. Nei paesi ad elevato tasso di industrializzazine la percentuale si riduce al 3-4% L approccio rinnovabile alle bionergie mira allo sviluppo della produzione di energia da biomasse potenzialmente coltivabili (energy crops) e/o ricavabili (residui agricoli o alimentari, potature di parchi) in specifici contesti territoriali. Il settore si è sviluppato in maniera non sempre omogenea Negli anni dal 2000 al 2014 il settore ha avuto un forte impulso per effetto di iniziative private, spesso trascinate da un sistema di incentivazioni favorevole. L obiettivo di questa presentazione è quello di fare il punto della situazione di quella che è stata l esperienza italiana recente in questo settore mostrando alcuni esempi caratteristici
Numerose esperienze di biomassa da energia per impianti di piccole e grandi dimensioni sul territorio italiano e toscano Bio-generazione distribuita in impianti di combustione e gassificazione di piccole dimensioni alimentati da biomassa locale secondo il criterio della filiera corta Produzione di energia da biomasse in impianti di grande taglia Impatto economico sociale ambientale delle filiere di produzione energetica
Peculiarità del settore delle bioenergie F n F i+1 F i F 1 Y n+1 Y n Y i+2 Y i+1 Y i Y 1 n i + 1 i 1 x n x i+1 x i x 1 Il problema della utilizzazione delle biomasse pre la produzione di energia nelle varie forme si presenta come un classico problema di tipo seriale o a disposizione sequenziale, dove ci sono sempre e comunque almeno 4 livelli. - Determinazione della risorsa; - preprocessamento della risorsa (prime trasformazioni, trasporto, ecc,); - trasformazione in biocombustibile; - utilizzazione del biocombustibile per la produzione di energia. I primi livelli sono quelli alla fine più importanti e riguardano la risorsa, che è ben diversa da quella solare, pur se deriva da quella. In questo senso, non si può prescindere da competenze di origine agronomica ed anche gli aspetti economico-sociali sono da non sottovalutare. Settore interessante ma richiede integrazione di competenze
Ogni biomassa può arrivare ad una diversa destinazione intermedia prima di trasformarsi in energia termica o elettrica Wikipedia definisce la biomassa come tutta la materia non fossile di origine biologica ovvero all non fossil material of biological origin
Due risultano essere le filiere maggiormente sviluppate sul territorio nazionale 1) Impianti per la produzione combinata di calore (energia termica) o più spesso di energia elettrica e calore (CHP) mediante la conversione di biomasse lignocellulosiche in impianti di media-grande taglia Si tratta di caldaie a cippato di legno che alimentano impianti a spillamento di vapore: in situazione invernale producono potenza termica per impianti di teleriscaldamento, mentre in condizione estiva viene aumentata la produzione di energia elettrica 2) Impianti per la produzione combinata di energia elettrica e calore (CHP) che utilizzano biogas ottenuto da digestione anaerobica di biomasse umide (letame e liquame zootecnico, frazioni organiche di RSU Appartengono a questa categoria centinaia di impianti di taglie variabili da 15-20 kw elettrici e 20 kw termici, fino ad impianti di taglia di qualche MW. Sono collegati ad aziende singole o a impianti consortili e la valorizzazione energetica viene fatta utilizando un motore a combustione interna
Esempi di impianti sviluppati nel territorio nazionale
Numerosità, potenza e distribuzione impianti per la produzione di potenza elettrica o elettrica/termica alimentati da bioenergie Suddivisione per classi di potenza degli oltre 4000 MW installati
Impianti per la generazione di calore o di calore ed elettricità Nelle regioni subalpine (Valle d Aosta, Lombardia, Trentino A.A. e Friuli) si è storicamente sviluppato un comparto per la produzione di energia termica in impianti alimentati con biomasse legnose.
Centrali del distretto altoatesino-tentino fonti dei dati
Centrali degli altri distretti principali Distretto valdostano-piemontese Distretto lombardo valtellinese Distretto friulano Altre regioni italiane
IMPIANTO DI COLLIO VAL TROMPIA L impianto è situato nella cittadina montana di Collio (Bs) in Val Trompia. Esso costituisce un evoluto esempio di impianto cogenerativo (CHP: Combined Heat and Power production) alimentato con biomasse legnose (CIPPATO DI LEGNO). La potenza termica in camera di combustione è di 13 MW, di cui circa 6 MWt impiegati per il teleriscaldamento di circa 250 utenze nei paesi di Collio e San Colombano. Dati: P in = 12,9 MWt P t = 10,9 MWt P e = 2,8 MWe Rete di teleriscaldamento: 18 km 250 utenze Paesi di - Collio - San Colombano Anno di realizzazione 2006
Schema tecnico semplificato e flussi di massa dell impianto ARIA ADD. Quello qui riportato è uno schema semplificato dell impianto.
Impianti alimentati a biogas da digestione anaerobica Nelle regioni del nord (Emilia Romagna, Veneto, Lombardia, Trentino A.A) si sono sviluppati numerosi impianti di piccola-media taglia alimentati a biogas: la tecnologia più utilizzata per la valorizzazione energetica del biogas è il motore a combustione interna: - Media aziende del comparto zootecnico - Consorzi di aziende operanti nel comparto zootecnico - Aggregazioni di piccoli comuni di residui agricoli e di frazioni organiche dei RSU
Impianto consortile di medie dimensioni Bilancio di massa Schema dei flussi Si tratta di un impianto di media taglia, gestito da una cooperativa agricola nel Trentino Alto-Adige costituita da 48 aziende agricole Dati energetici impianto
Schema dell impianto Il problema di questi impianti è spesso la corretta utilizzazione dell energia termica prodotta: una parte viene riutilizzata nel processo (per la digestione anaerobica). In questo caso una parte alimenta una piccola rete di teleriscaldamento. Non sempre questo è possibile.
Esempio di flussi energetici associati ad un motore a CI
Iniziative nel terrirorio toscano
Aree boschive La Toscana è un territorio molto interessante da un punto di vista della disponibilità di biomasse per energia A parte la manutenzione delle aree boschive che potrebbe interessare direttamente questo territorio, esistono interessanti distretti agrienergetici che si presterebbero all implementazione di iniziative Interessante attività di ricerca a livello universitario (es CRIBE)
Impinati di teleriscaldamento di taglia medio-piccola
La nascita del CRIBE I soggetti fondatori del CRIBE, sono rappresentati da Laboratori, Dipartimenti e Centri di ricerca della Scuola Superiore Sant Anna e dell Università di Pisa come di seguito riportati: Laboratorio Land Lab Agricoltura, Ambiente e Territorio della SSSA Laboratorio Biolabs della SSSA Centro Interdipartimentale di Ricerche Agroambientali E. Avanzi dell UniPi (sede del CRIBE) Dipartimento di Agronomia e Gestione dell Agroecosistema dell UniPi Dipartimento di Coltivazione e Difesa delle Specie Legnose dell UniPi Dipartimento di Energetica dell UniPi Dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione dell UniPi Dipartimento di Ingegneria Chimica, Chimica Industriale e Scienza dei materiali dell UniPi Ingegneria Meccanica, Nucleare e della Produzione dell UniPi
Accettabilità sociale Impianti a biomassa percepiti come impianti di incenerimento ed oggetto di contestazione (esposti e/o ricorsi a giustizia amministrativa) Problemi per l affermazione delle biomasse in Toscana Fornitura biomassa Logistica, fornitura e costo biomassa principali elementi di preoccupazione per Imprenditori Tecnologia Occorre tecnologia che permetta uso di biomassa eterogena (pezzatura) e con umidità elevata. Combustione diretta è il metodo più semplice, altri (es. gassificazione) molto sensibili a variazioni Taglia Trend verso piccola taglia (< 200 KW): autorizzazioni più semplici. Più facili da finanziare in un contesto di crisi del credito. Minore area richiesta, ma diseconomia di scala notevoli Uso di calore in aree industriali ed artigianali Impianto vicino a centro abitato per non disperdere calore ma lontano per non dare fastidio Accesso al credito Difficile bancabilità. Approvvigionamento biomassa principale elemento di incertezza
Conclusioni - Molte iniziative nel settore delle bioenergie prevalentemente incentrate sulla combustione di biomasse legnose e sul biogas - Significativo trascinamento delle iniziative legata al sistema delle incentivazioni: spesso ciò ha prodotto impianti non correttamente dimensionati - Impianti alimentati da biomasse hanno alcuni vantaggi rispetto ad altri impianti basati su FER: produzione maggiormente programmabile - Non sempre gli impianti sono alimentati da biomasse provenienti da filiera corta - E da valutarsi correttamente l implementazione di nuove iniziative: è necessario fare sistema ed avere a disposizione un quantitativo minimo di biomassa proveniente dal territorio