TMRGroup @ DMA-URLS
Esperienze di ricerca nel settore
delle energie rinnovabili in Provincia di Latina
Alessandro Corsini
TMRG @ Dipartimento di Meccanica e Aeronautica
Gruppo Sistemi per l’Energia e l’Ambiente, Facoltà di Ingegneria, Latina
“Sapienza” Università di Roma
e.mail: [email protected], [email protected]
Latina, 26 marzo 2007
Indice
Indice dell’intervento
• 1. Modellazione di sistemi energetici da fonti energetiche rinnovabili FENR
Studio di rete elettriche isolate o SAPS, il caso dell’isola di Ventotene
Captazione di energia dal moto ondoso, la tecnologia OWC nel mar Tirreno
Motore a vapore con alimentazione solare&biomasse
progetto PIBE, recupero energetico delle Acque di Vegetazione Essiccate
• 2. Attività di pianificazione energetica nel territorio della Provincia di Latina
• 3. Progetti didattici nel settore delle rinnovabili, esperienze di collaborazioni con
il mondo imprenditoriale
Diagnosi energetica nel settore florovivaistico, Selecta Italia
Valutazione del potenziale solare nel Comune di Anzio, Azzero CO2
Concentratore solare FV per regimi di media concentrazione, Aires Tech Srl
A Corsini, Latina 26 marzo 2007
TMRGroup @ DMA-URLS
1. FENR in reti di potenza isolate
Integrazione di FENR in reti di potenza isolate
Perché la creazione di strumenti modellistici per FENR
La definizione di scenari di riduzione dei consumi energetici e di incremento dell’efficienza nella
produzione di potenza utile impone lo sviluppo di strumenti di aiuto alla decisione per indirizzare
correttamente l’azione amministrativo-gestionale delle Pubbliche Amministrazioni, degli operatori
energetici, degli utenti finali
Modello di sistema energetico
Ricostruzione fedele delle dinamiche evolutive di un sistema energetico su scale temporali diverse
(giornaliera, stagionale, annuale, &c)
Modello numerico non-stazionario permette la valutazione della prestazioni energetico-ambientali
di scenari di intervento complessi, con azioni sul lato domanda ovvero sul lato offerta, misurata in
ragione dell’impatto sul diagramma di carico del sistema
Perché gli SAPS
Nei paesi industrializzati, i sistemi Stand Alone caratterizzano le isole minori non elettro-connesse con
la rete nazionale (es. le isole Pontine) ed in alcuni distretti industriali
SAPS costituiscono un laboratorio per verificare i problemi connessi con l’aumento della
penetrazione di fonti non-programmabili
SAPS in isole minori, sono caratterizzati da costi di produzione del kWh da 2 a 10 volte
superiori rispetto all’EPC della rete nazionale
A Corsini, Latina 26 marzo 2007
TMRGroup @ DMA-URLS
1. FENR in reti di potenza isolate
Integrazione di FENR in reti di potenza isolate
Caso studio: Isola di Ventotene
programma Isole Minori del MATT
Corsini A., Rispoli F., Gamberale M., “Assessment of renewable energy solutions in an Italian small
island energy system using a transient simulation model”, ASME J. of Solar Energy Engineering,
128, 237-244, 2006.
Corsini A., Rispoli F., Tortora E., Gamberale M., “Assessment of H2 and H2O-based renewable energy-buffering systems
in minor islands”, in corso di revisione Renewable Energy, 2007.
Sistema lato domanda
Frame 002  21 Mar 2007  No Data Set
Dati
meteorologici
Generatore
diesel
Fotovoltaico
OWC
Turbina eolica
Celle a combustibile
Domanda di
energia elettrica
Sistema di
controllo
Misure di
Consumo
efficienza
Frame 003  21 Mar 2007
 No Data Set
idrico
energetica
Frame 004  21 Mar 2007  No Data Set
Idrogeno
Acqua
Sistema di buffer
A Corsini,
Latina
marzo 2007
Sistema
di 26
potenza
TMRGroup @ DMA-URLS
1. FENR in reti di potenza isolate
Integrazione di FENR in reti di potenza isolate
Situazione attuale
Interventi lato domanda DSM
fabbisogno:
2100 MWh/anno
picco di potenza:
720 kW
700
kW
600
500
tecnologie: ST, pompe di calore
700
riduzione del 37,6 % del picco estivo
kW
400
600
300
500
risparmio energetico totale: 694,9 MWhel/anno
200
300
100
0
emissioni evitate: 521,75 ton CO2/anno
400
200
0
2000
4000
6000
8000
Curva di domanda
Sistema di generazione: motori diesel
ore
100
0
0
2000
4000
6000
8000
ore
A Corsini, Latina 26 marzo 2007
TMRGroup @ DMA-URLS
1. FENR in reti di potenza isolate
700
Integrazione di FENR in reti di potenza isolate
600
Fonti energetiche rinnovabili
500
FENR power mix
400
• turbina eolica: 600 kWp
300
• campo fotovoltaico: 126 kWp
200
• OWC: 165 kW
100
• celle a combustibile: 195 kW
900
kW
0
800
0
2000
4000
6000
8000
700
600
1,3 GWhel/anno (copertura effettiva del 57
% del carico con misure di efficienza
energetica)
500
400
Potenziali emissioni evitate: 975 ton
CO2/anno
300
200
100
0
A Corsini,
Latina 2000
26 marzo 20074000
6000
8000
ore
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1. FENR in reti di potenza isolate
Integrazione di FENR in reti di potenza isolate
800
Accumulo stagionale del surplus di FENR (1)
Frame 001  27 Oct 2006  Converted Excel Data
700
produzione
H2
600
dissalazione acqua
800
100
500
m3/h
kW700
400
90
Elettrolizzatore
80
600
300
70
500
200
60
400
100
300
0
kW
200
50
40
2000
4000
6000
8000
ore
Celle a combustibile
30
20
100
10
0
2000
4000
6000
8000
0
ore
Producibilità celle a combustibile: 375 MWh/anno
2000
4000
6000
8000
ore
Acqua dissalata: 35685 ton/anno
(48,5 % del carico idrico annuale)
A Corsini, Latina 26 marzo 2007
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1. FENR in reti di potenza isolate
Integrazione di FENR in reti di potenza isolate
Accumulo stagionale del surplus di FENR (2)
Settimana invernale
Settimana estiva
A Corsini, Latina 26 marzo 2007
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1. FENR in reti di potenza isolate
Integrazione di FENR in reti di potenza isolate
Consumo di combustibile
ton
80
Situazione attuale
Produzione di idrogeno
Produzione di acqua
70
60
50
40
537 ton/anno
- 61,3%
30
- 67,2%
20
208 ton/anno
176 ton/anno
10
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
mesi
A Corsini, Latina 26 marzo 2007
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1. Energia dal moto ondoso nel mar Tirreno
Energia dal moto ondoso
Il potenziale della risorsa, Italia
rete ondametrica nazionale, APAT serv. Idromare
14
Boa APAT di Ponza, dati dal 1999 al 2003
livello medio di potenza (kW/m)
12
1999
2000
2002
2003
2001
10
potenza max circa 12 kW/m
potenza media invernale 8 kW/m,
periodo ott. – febbr.
potenza min 2kW/m
8
6
4
2
0
1
2
3
4
5
6
mesi
7
8
9
10
11
surplus di energia RES è marcatamente stagionale
soluzioni per l’accumulo o il buffering stagionale dell’energia convertita
necessaria una potenza “rotante” di tipo convenzionale per coprire i vuoti di potenza rinnovabile
A Corsini, Latina 26 marzo 2007
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12
1. Energia dal moto ondoso nel mar Tirreno
Energia dal moto ondoso
Il potenziale della risorsa, Italia
meccanismo di trasferimento di energia è efficace con una
naturale concentrazione di energia meccanica sulla superficie
dell’acqua
una volta create le onde viaggiano su lunghe
distanze con basse perdite
la potenza delle onde è proporzionale al quadrato della loro
ampiezza o altezza Hw per il loro periodo caratteristico Tw
e.g. per onde di: periodo lungo  7 – 10 s
ampiezza media  2 m
1. Energia dal moto ondoso nel mar Tirreno
Tecnologie mare-motrici shoreline o on-shore
Oscillating Water Column OWC (i)
Sviluppato:
Instituto Tecnico Superior, Lisbona
Wavegen Ltd & Queen’s University, Belfast
STRUTTURA:
Si tratta di un apparato che sfrutta l’energia dell’onda per
comprimere dell’aria all’interno di una camera
processo di conversione di tipo penumatico, con due fasi utili
(e.g compressione – aspirazione)
FUNZIONAMENTO:
L’aria viene fatta fluire attraverso un dispositivo espansore
che permette la produzione di potenza meccanica-elettrica
VANTAGGI:
Si tratta attualmente della soluzione più promettente sia per la
fattibilità tecnica ed economica
Impianti già in servizio, esperienze di integrazione in Sistemi
di Potenza isolati
dispositivo di potenza compresa
nel range di 60÷500 kW
A Corsini, Latina 26 marzo 2007
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1. Energia dal moto ondoso nel mar Tirreno
Oscillating Water Column OWC
Impianti pilota (i)
• Isola di Islay (Scozia), 500 kW
70 kW/m potenza disponibile
shoreline
• Isola di Pico (Azzorre, Portogallo), 1000 kW
40 kW/m potenza disponibile
shoreline
• Porto di Sakata (Giappone), 200 kW
10 kW/m potenza disponibile
integrazione nell’infrastrutture portuali
A Corsini, Latina 26 marzo 2007
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1. Energia dal moto ondoso nel mar Tirreno
OWC, applicazione ad un’isola del Mar Tirreno
Corsini A., Rispoli F., “A transient model for OWC device.
Application to Mediterranean sea states”, OWEMES, April 2006.
Prestazioni OWC, potenza e rendimento
Pmax= 160 kW
En.= 97 MWh/anno
hmax = 0,6
A Corsini, Latina 26 marzo 2007
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1. Solare a concentrazione & biomasse
Motore a vapore con alimentazione solare&biomasse
Idea progettuale
Sviluppato in collaborazione con ANTARES Energy ESCo & AiresTech Srl, presentato a Energy Med 2007
Definizione di uno schema co-generativo o tri-generativo completamente alimentato da fonti
rinnovabili FENR
BIOMASS
BOILER
uso combinato solare a
concentrazione & biomasse
espansori a vapore per mgenerazione
buon comportamento fuoriprogetto adatto alla variabilità
tipica dell’alimentazione solare
STEAM
ENGINE
condizioni allo scarico adatte ad
utenza tri-generativa
CHILLER
A Corsini, Latina 26 marzo 2007
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1. Solare a concentrazione & biomasse
Motore a vapore con alimentazione solare&biomasse
Schema di impianto & dimensioni
Fonti rinnovabili
Dimensioni impianto
Biomassa
Caldaia a
biomassa
Radiazione
solare
Campo solare: 500 - 2000 m²
Potenza caldaia: 1 MW
Potenza motore: 200 kW
Concentratori
solari
Risultati
Motore a
Condensatore
Energia da solare: 1GWh/anno
vapore
Surriscaldatore
Utenza
termica
Motore a
vapore
Producibilità dei collettori per m2: 470 kWh/m2
Energia da biomassa: 7,6 GWh/anno
Economizzatore
Generatore
chiller
elettrico
Energia convertita: 1,4 GWh/anno
Temperatura acqua di raffreddamento: 100 °C
Evaporatore
Emissioni evitate (solare): 750 ton CO2/anno
Generatore di vapore
A Corsini, Latina 26 marzo 2007
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1. Solare a concentrazione & biomasse
Motore a vapore con alimentazione solare&biomasse
Prestazioni
1500
kW
1000
500
0
0
2000
4000
6000
8000
0
2000
4000
6000
8000
ore
Potenza da solare
Potenza da biomassa
Potenza al generatore di vapore
A Corsini, Latina 26 marzo 2007
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1. Recupero energetico da AVE
PIBE (Piattaforma Integrata Bioreflui ed Energia)
Obiettivo del progetto: realizzare e sperimentare un nuovo processo di depurazione
/smaltimento delle acque di vegetazione derivanti dal ciclo produttivo dell’olio d’oliva, con
recupero di parte del loro contenuto energetico.
Acque di vegetazione (AV): residuo liquido derivante dalla lavorazione
meccanica delle olive per la produzione dell’olio. È altamente inquinante
(almeno 20 volte il potere inquinante dei reflui civili) dato l’elevato
contenuto di sostanze organiche.
Condensato
Acqua
Sezione A
AV
Trattamento termico
delle AV
Fumi
Sezione B
Concentrato
Combustione del
concentrato
Ceneri
Vapore
Fumi
Sezione C
Metano
Unità di
cogenerazione
Calore
Energia elettrica
A Corsini, Latina 26 marzo 2007
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1. Recupero energetico da AVE
PIBE, simulazione della combustione nell’avanforno
Il punto focale dell’analisi è stato lo studio dell’interazione
di un flusso geometricamente complesso che genera
ampie zone di ristagno, con i processi di reazione chimica.
Codice CFD XENIOS sviluppato dal TMRG@DMA-URLS
Il metodo utilizzato per l’integrazione delle equazioni che
descrivono il campo chimico-fluidodinamico è il Metodo agli
Elementi Finiti (FEM)
Modello a due equazioni k-epsilon non lineare
Modello termochimico adottato è lo stretched laminar
flamelets per flussi premiscelati.
Griglia dell’avanforno della Sezione B.
Campo delle velocità, streamlines e vortex core
nell’avanforno della Sezione B.
Campo delle temperature nell’avanforno della Sezione B.
A Corsini, Latina 26 marzo 2007
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2. Pianificazione energetica nella Provincia di Latina
Pianificazione energetica nella Provincia di Latina
Studio per la pianificazione energetica della Provincia di Latina
in fase di realizzazione
potenziale da biomasse, forestali e agricole, e zoomasse
politiche energetiche per i piccoli comuni
politiche energetiche per le isole Pontine
Partner universitario all’interno de LEMA, Latina Energy Management Agency
in fase di lancio
A Corsini, Latina 26 marzo 2007
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3. Progetti didattici università-impresa
Progetti didattici nel settore delle rinnovabili
esperienze di collaborazioni con il mondo imprenditoriale
Tirocinii e stage, nell’ambito dei corsi di laurea triennale in Ingegneria Meccanica e
Ingegneria dell’Ambiente e del Territorio
alcuni esempi delle esperienze maturate
Fotovoltaico, att. sperimentale e sviluppo prodotti
EUROSOLARE Spa, ENIPOWER
LCA di sistemi di potenza FENR
EcoBilancio & Ambiente Italia
DLR German Aerospace Center IAT
AzzeroCO2
LCA di prodotti per azzeramento emissioni GHG
Efficienza energetica negli edifici
Diagnosi energetiche industriali
AzzeroCO2
Selecta Italia
Nuova OTER Srl
Cogenerazione industriale
Progettazione di impianti di potenza a FENR
OROS Progetti e Ricerche
Antares Energy, Aires Tech Srl
Pianificazione energetica, solare, biomasse &c
AzzeroCO2, AiresTech Srl
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3. Progetti didattici università-impresa
Diagnosi energetica nel settore florovivaistico, Selecta Italia
vincitore del Premio di Laurea BIC Lazio, 2006
1.
Lo studio del mercato florovivaistico per evidenziare ed analizzare; le tendenze, le
problematiche, l’andamento annuale dei prezzi e del commercio mondiale, con l’intento
di individuare i vantaggi che il progetto apporterebbe all’azienda florovivaistica proposta;
2.
La ricostruzione del ciclo produttivo dell’azienda oggetto di studio allo scopo di
evidenziare i punti di forza e di debolezza dell’impresa e quindi dell’impianto;
3.
AUDIT TERMICO ED ELETTRICO
10
76
00
3
11
29
42
8
69
94
0
2
73
85
02
3
72
73
99
0
77
07
62
70
82
14
8
6
54
09
9
48
50
2
33
47
73
6
67
7
76
0
31
81
17
17
4
31
33
20
21
03
3
46
0
98
5
1 47
96
00
9
5
71
9
4
DISPERSIONI PRIMA
INTERVENTO
DISPERSIONI DOPO
INTERVENTO
00
2
6
54
9
62
52
28
47
400000
44
3
27 6 9
46
1
200000
10
RA
11
/1
2
SE
R
RA
15
SE
R
RA
16
co
ll.
Pr
in
c.
SE
R
SE
R
RA
8
7
RA
SE
R
RA
RA
6
SE
R
RA
5
SE
R
4
SE
R
RA
3.
2
SE
R
RA
SE
R
2
RA
RA
SE
R
SE
R
RA
3.
1
0
SE
R
IMPIANTO FOTOVOLTAICO DIMENSIONATO SULLE
UTENZE ELETTRICHE DEL SISTEMA DI SERVOMOTORI DELLE SERRE
41
2 8
84
18
37
96
23
04
94
47
17
600000
1
IMPIANTO CO-GENERAZIONE A BIOMASSA QUALE
ALTERNATIVA AL BTZ
800000
40
6
INTERVENTO STRUTTURALE E SUL SISTEMA DI
REGOLAZIONE DELL’IMPIANTO TERMICO e DI
VENTILAZIONE
1000000
61
Progettazione interventi
POTENZE DISPERSE IN (W)
1200000
4.
11
22
92
8
ANALISI DISPERSIONI TERMICHE PRIMA E DOPO INTERVENTI
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3. Progetti didattici università-impresa
Calcolo del potenziale energetico italiano da irraggiamento solare. Caso di studio il
comune di Anzio,
AzzeroCO2
vincitore della Borsa di Studio “Anzio Futura” 2006-2008
METODOLOGIA
1. Scelta dei software (Arcview 3.2,
Google Earth)
2. Reperimento di materiali sul
territorio di Anzio (piano regolatore,
dati statistici, foto aeree, etc)
3. Misura superficie totale delle
coperture disponibili (fotoriconoscimento)
4. Calcolo della superficie dei moduli
installabili (in base a misura,
inclinazione, orientamento dei
pannelli; all'indice di forma dele
coperture, al tipo di copertura)
5. Calcolo del potenziale (distinzione
tra solare fotovoltaico e termico)
A Corsini, Latina 26 marzo 2007
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3. Progetti didattici università-impresa
Progetto e realizzazione di un modulo concentratore FV per regimi di
media concentrazione
Il progetto di tirocinio verte sulla progettazione e realizzazione
di un modulo concentratore
prove sperimentali out-door in regime di concentrazione di 100 soli
caratteristiche elettriche delle celle fotovoltaiche per uso in
concentrazione
macchia focale di tipo lineare con dimensioni di 90 cm², in grado di
accogliere e testare dispositivi anche di potenze elevate
modulo ad inseguimento a due assi, apparato
di controllo in grado di realizzare precisioni
nel puntamento dell’ ordine di 0,2º
4 fotosensori per i due circuiti di controllo
A Corsini, Latina 26 marzo 2007
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Gruppo di Sistemi per l’Energia e l’Ambiente
F. Rispoli, D. Borello, C. Iossa, F. Menichini, P. Venturini
S. Boccanera, C. Forcina, M. Luppi, E. Tortora, G. Ullucci
D. Pianura, S. Vagnati
A Corsini, Latina 26 marzo 2007
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