Valorizzazione dei beni pubblici e sostenibilità degli interventi
Cremona, 9 giugno 2006
Utilizzo ottimale delle biomasse a scopo energetico:
un’applicazione alla provincia di Cremona
Giulia Fiorese, Marino Gatto e Giorgio Guariso
[email protected]
Dipartimento di Elettronica e Informazione
1. Cosa si intende per biomasse?
Tutte le sostanze di matrice organica
Comparto forestale
Colture energetiche
BIOMASSE
Comparto industriale
Comparto agricolo
Comparto zootecnico
Sono una risorsa rinnovabile se utilizzate con un tasso di utilizzo
non superiore alla capacità di rinnovamento biologico
2. Utilizzo energetico delle biomasse
Energia primaria per fonte
(fonte: IEA, 2005; EurObserver, 2005)
mondo, 2003
Nucleare
7%
Gas
21%
Petrolio
34%
EU25, 2003
Rinnovabili
14%
Gas
24%
Biomasse
11%
Carbone
24%
Idro
2%
Altri
1%
Petrolio
37%
Consumo interno lordo di biomasse (2003)
EU15
61 su 1.526 Mtep
USA
68 su 2.281 Mtep
Cina
217 su 1.429 Mtep
India 211 su 553 Mtep
Mondo 1143 su 10.579 Mtep
Fonte: EU, 2005
Nucleare
15%
Rinnovabili
6%
Carbone
18%
Biomasse
4%
Idro
1%
Altri
1%
3. Vantaggi
Politica di stabilizzazione
delle emissioni di gas serra
Politica energetica
sviluppo fonti
rinnovabili
BIOMASSE
Politica industriale
Riutilizzo
sottoprodotti legno
Salvaguardia
territorio
aree marginali
(montagna)
Diversificazione colture
Controllo eccedenze
Set aside
Riutilizzo sottoprodotti
Politica Agricola
Comunitaria
4. Obiettivo e struttura della presentazione
Obiettivo:
Valutazione e comparazione di alternative di utilizzo energetico delle
biomasse per un territorio a scala provinciale
Struttura:
• Stima della quantità di biomasse disponibili (sottoprodotti e SRF)
• Identificazione delle tecnologie di conversione
• Formulazione di un problema di ottimizzazione per valutare
3 obiettivi
localizzazione degli impianti
Energetico
definizione dei bacini di conferimento
Emissivo
Economico
Applicazione:
Provincia di Cremona
Piano Energetico Provinciale
5. Filiere di conversione
Quali biomasse e quali impianti sono considerati
 Sottoprodotti
colturali
 Sottoprodotti
forestali
 Residui lavorazione
del legno
 Colture energetiche
 Reflui zootecnici
 Parte organica RSU
 Residui industria
alimentare
biomassa
umida
secca
digestione
anaerobica
essiccazione
preparazione
biogas
gas
combustibili
motori
•Biomasse
lignocellulosiche
•Combustione
gassificazione
turbine a gas
PRODUZIONE
TERMICA
combustione
vapore
olio
diatermico
turbine a
vapore
ORC
GENERATORI
ELETTRICI
6. Stima disponibilità di biomasse
Sottoprodotti
Biomasse attualmente disponibili
•Sottoprodotti agricoli
•Sottoprodotti forestali
•Sottoprodotti della lavorazione del legno
SRF – short rotation forestry
Biomasse potenziali
colture energetiche
brevi turni di taglio, elevata densità e
gestione meccanizzata delle operazioni colturali
7. Impianti considerati
Impianti di cogenerazione
• Energia termica: alimenta rete di teleriscaldamento di comuni di
medie/piccole dimensioni
• Energia elettrica: 1,1 MWe, allacciamento rete nazionale
Centrale di Tirano (Sondrio)
www.teleriscaldamento.valtline.it
8. Impianti considerati
Caldaie domestiche
• Energia termica necessaria ad una abitazione di medie dimensioni
• Caratteristiche: 100 kW,  > 80%, pulizia fumi e manutenzione
semplici
ENEA www.bioheat.info
9. Alternative di utilizzo
Approvvigionamento
Trasporto
Impianti
Prodotto finale
Alt I Sottoprodotti
Cogenerazione
En elettrica
e termica
Alt II Sottoprodotti +
Cogenerazione
En elettrica
e termica
Sottoprodotti
Alt III
SRF
Caldaie
Cogenerazione
En termica
En elettrica
e termica
SRF
Obiettivo energetico (MJ)
Obiettivo emissivo (kg CO2 evitate)
Obiettivo economico (€)
10. Variabili di decisione
Analisi svolta a livello comunale:
ais biomassa presente nel comune i di tipo s s = 1
sottoprodotti
s = 2 SRF
Problema di programmazione lineare a variabili reali e binarie
xijs [0,1] frazione della biomassa di tipo s presente nel comune i
conferita
all’impianto di cogenerazione j
yj {0,1} la centrale di cogenerazione nel comune j è attiva se yj = 1,
non attiva se yj = 0
zj {0,1} le caldaie domestiche nel comune j sono attive se zj = 1,
non attive se zj = 0
11. Funzioni obiettivo
Obiettivo energetico
Max energia prodotta netta =
energia prodotta – energia trasporto – energia SRF
Obiettivo emissivo
Approvvigionamento
Max emissioni di CO2 evitate =
Trasporto
emissioni evitate – emissioni trasporto – emissioni SRF
Ricavi impianto
Obiettivo economico
Costi impianto
Max valore attuale di progetto =
– investimenti iniziali + flusso di cassa
(flusso di cassa: ricavi dalla vendita di energia,
costi di gestione, manutenzione, smaltimento ceneri,
trasporto e acquisto biomasse )
12. La provincia di Cremona
Provincia a forte vocazione agricola
Stima della disponibilità di biomasse:
DISPONIBILITA'
SOTTOPRODOTTI
ton ss/anno
%
agricolo
124.046
96
industriale
9.453
3,9
forestale
736
0,4
TOTALE
134.235
100
DISPONIBILITA'
SRF
ton ss/anno
SRF
92.158
Elaborazioni: V Censimento Generale dell’Agricoltura, 2000 e Censimento Intermedio
dell’Industria, 1996
13. Comuni candidati ad ospitare un impianto di
cogenerazione
Comuni con più di 3500 abitan
Per cogenerazione e rete di
teleriscaldamento:
comuni con più di 3.500 abitanti
RIVOLTA D`ADDA
VAILATE
#
#
SPINO D`ADDA
#
#
#
#
#
#
DOVERA
#
#
#
VAIANO C.
BAGNOLO C.
#
#
PANDINO
PALAZZO PIGNANO
SONCINO
OFFANENGO
SORESINA
CASALBUTTANO
CASTELVERDE
#
CREMA
CASTELLEONE
VESCOVATO
#
#
PIADENA
#
PIZZIGHETTONE
#
#
CREMONA
#
CASALMAGGIORE
14. Risultati
Valori ottimi dei tre obiettivi ampiamente positivi
4,7% consumi di combustibili fossili
(1996)
5% emissioni di CO2 evitate (2002)
2,4 anni ritorno investimento
Vescovato
Crema
Soresina
Casalbuttano
Piadena
Cremona
Casalmaggiore
ALT I – 7 impianti di cogenerazione
15. Conclusioni
Metodologia per la pianificazione dell’utilizzo delle biomasse:
•Filiera energetica
•Obiettivi energetico, emissivo, economico
Sviluppi
•Emissioni atmosferiche a scala locale: particolato
e NO x
•Recupero delle ceneri
•Analisi economica più dettagliata
•Altre alternative di utilizzo
16 settembre 2003
1.
Contesto
energetico
la notte
del black-out
in Lombardia
8 febbraio 2006
Finanziaria
2006
16
febbraio
2005