FONDAZIONE INTERNAZIONALE TRIESTE PER IL PROGRESSO E LA LIBERTÀ DELLE SCIENZE
TRIESTE INTERNATIONAL FOUNDATION FOR SCIENTIFIC PROGRESS AND FREEDOM
Le Filiere dell'Energia
Impianti a biomasse: aspetti
strategici ed impiantistici
Gioacchino Nardin
Dipartimento di Energetica e Macchine
Università degli Studi di Udine
Martedi’ 26 novembre 2010, Camera di Commercio di Trieste
Io Convegno Tematico, “Le Biomasse”
PREMESSA
•
Non vi è dubbio che la nostra epoca si deve confrontare con i limiti
delle risorse su scala globale. L’attuale emergenza energetica ed
ambientale costituisce una delle più rapide e dirompenti fasi di
trasformazione a cui la Comunità umana è chiamata a
confrontarsi, sia a livello globale che a livello locale.
•
Evoluzione delle fonti tradizionali:
- alla fine dell’800 la nascita dell’era del petrolio,
- alla fine del 900 la piena maturità,
- alla fine del primo secolo del nuovo millennio la probabile fine
Nel 2008: quasi
150$/barile
IL CONTESTO INTERNAZIONALE
•
Le problematiche attuali sono legate alle sfide della globalizzazione ed il
confronto con i paesi emergenti (Cina e India, ma anche dell’Est Europa); il
controllo e la gestione dei giacimenti energetici ed i relativi
approvvigionamenti sono il nuovo e più importante terreno di scontro
della politica internazionale, di converso l’effetto serra ed il relativo
cambiamento climatico richiedono politiche ambientali condivise a
livello internazionale.
•
In Italia:
- dipendenza energetica
- approvvigionamento non certo
(rigassificatori)
- incapacità cronica di prendere
decisioni importanti
(TAV, rifiuti, impianti, ecc.)
•
Andamento di produzione e consumi di energia primaria - Italia
140
120
80
Consumi
60
Produzione
40
20
2004
2003
2002
2001
2000
1999
1998
1997
1996
1995
1994
1993
1992
1991
0
1990
Mtep
100
È necessario elaborare una nuova coscienza collettiva, una nuova
classe dirigente con capacità interpretative, ideative e
SOPRATTUTTO progettuali
.
LO SCENARIO ATTUALE
•
Oggi lo scenario energetico è radicalmente cambiato in conseguenza
degli alti costi di fornitura, così come è cambiata la percezione dello
scenario ambientale; oltre alla riduzione dei consumi è necessario
affiancare la produzione di energie rinnovabili: si passa dall’attenzione
ai consumi all’attenzione delle produzioni energetiche locali (e
rinnovabili!).
•
Alle logiche di costo della produzione agricola segue un suo trend legato
ad aspetti commerciali specifici del settore, mentre il trend di crescita dei
costi energetici è sicuramente fortemente crescente:questa divaricazione
tra le due logiche dei costi porterà nel tempo a rendere sempre più
conveniente l’utilizzo energetico delle colture agroindustriali!
LE FILIERE CORTE
•
La globalizzazione del mercato deve avere come contrappeso sistemi
economici territoriali che tendono a combinare le risorse tecniche ed
intellettuali ai fabbisogni, al fine di realizzare “filiere corte” dove
bisogni e produzione si accordino in sistemi tendenti
all’autosufficienza.
•
Il territorio chiede alla classe politica e al governo non solo di provvedere
ai fabbisogni, ma anche quella di soddisfarli utilizzando la classe
imprenditoriale e culturale locale, e le risorse del territorio, ovviamente, là
dove possibile e opportuno.
LE FILIERE CORTE
•
I benefici ottenuti dalla filiera corta, dunque, garantiscono vantaggi
intrinseci nel territorio sia in termine di promozione delle risorse interne
(tecniche ed intellettuali), sia in termini di riduzione degli attori
esterni: questo si traduce nell’ “abbassamento” della soglia di
convenienza che porta alla creazione di valore nella filiera virtuosa.
LE FILIERE CORTE
•
Flussi energetici e flussi economico/sociali hanno diverse scale di valore!
FLUSSO ENERGETICO
FLUSSO
ECONOMICO/SOCIALE
ELEVATI!
BENEFICI
ECONOMICOSOCIALI PER IL
TERRITORIO
BENEFICIO
ENERGETICO
ASSOLUTO
LIMITATO!
•
Il nostro sistema politico e amministrativo deve farsi carico di ambedue le facce della
medaglia: bisogni e sistemi di copertura interna.
LE FILIERE CORTE
•
Esempi tipici di scarsa conoscenza del territorio: piano energetico regionale del FVG, ma
anche i casi di Torviscosa, Portogruaro e dell’elettrodotto dall’Austria.
•
Il territorio chiede ai nostri amministratori di non impostare piani territoriali generici,
velleitariamente strategici perché non è questa la sua funzione: le strategie sono funzioni
di condizioni al contorno che sono sovra regionali, ma le attività di progettazione
devono svilupparsi “dal basso”!
LO SCENARIO ATTUALE
•
•
In questo contesto è opportuno recuperare le indicazioni della legge 10/91 è predisporre
un Programma Provinciale sulle fonti rinnovabili inteso come bacino produttivo agro
energetico industriale.
Il Programma Provinciale attiva tutte le iniziative per realizzare il sistema tra gli operatori
del sistema, ed in particolare con le parti più vitali e competenti dell’Università, al fine di
rendere più palesi le “opportunità amiche”.
Biomasse e sequestro di CO2
Rapporto fra l’anidride carbonica sequestrata e
l’anidride carbonica rilasciata (rCO2)durante la
produzione delle biomasse stesse
Biomassa
rCO2
Erbacee annuali
Sorgo
9,3 – 17,4
Erbacee poliennali
Miscanto, canna comune
13,3 – 24,8
Legnose
Pioppo, robinia e salice
4,3 – 18,2
Biocarburanti
Bio-etanolo
Bio-diesel
1,0 – 1,7
1,2 – 1,7
Il progetto ‘ATON’
Alcune esperienze pratiche:
l’impianto a bio-olio di Fagagna
Azienda di
prodotti dolciari
Costruenda
zona
artigianale
F
Cabina di
Trasformazione
Essiccatoio
Conservazione
prodotti caseari
Alcune esperienze pratiche:
l’impianto a bio-olio di Fagagna
Il progetto completo
 STEP 1: costruzione di un impianto di
produzione di energia elettrica alimentata
ad olio di origine vegetale.
 STEP 2: costruzione di una rete di
teleriscalda-mento /teleraffrescamento per
lo sfruttamento delle code termiche della
centrale (raffreddamento motori e calore
sensibile dei fumi).
 STEP 3: organizzazione di una filiera
agro-industriale per la produzione in loco
del biolio.
Alcune esperienze pratiche: impianto
pilota di combustione della pollina
Che cos’è?
Deiezioni del pollame e dalla lettiera in paglia o truciolo
Caratteristiche energetiche: Potere calorifico inferiore
45.00
40.00
35.00
30.00
25.00
20.00
15.00
10.00
5.00
0.00
Benzina
Carbone
Bio-olio
Legno
(umidità
<15%)
Liquame
bovino
essiccato
Pollina
CDR
(umidità
50%)
Problemi: rilevante contenuto di azoto (4-12 %), alto contenuto
di cenere e bassa temperatura di fusione delle medesime
La sezione di trasformazione
termochimica
Ceneri della pollina hanno una
bassa temperatura di fusione
Soluzione brevettata: griglie a gradini
mobili con recupero aria calda
iniettata direttamente sotto griglia
(Carico termico volumico: +10%)
ARIA
ACQUA
BAROTTO
MOBILE
ARIA
Perché è esploso l’utilizzo di biomasse al fine
energetico?
Aspetti economici
Aspetti tecnici
Aspetti ambientali
Perché è esploso l’utilizzo di biomasse al fine
energetico?
• Aspetti ambientali:
– Le temperature di combustione sono di norma inferiori a quelle dei
combustibili tradizionali  è inferiore la produzione di NOx termici.
– Le biomasse, di norma, non contengono zolfo  non producono ossidi
di zolfo e la successiva formazione di acido solforico (piogge acide).
Perché è esploso l’utilizzo di biomasse al
fine energetico?
Per emissioni gassose primarie si intendono le emissioni
dal camino. Gli inquinanti possono essere distinti in due
classi:
 macroinquinanti (NOx, SOx, CO, polveri, ecc.)
 microinquinanti (metalli pesanti, idrocarburi policiclici
aromatici, ecc.).
Le temperature di combustione sono di norma inferiori a
quelle dei combustibili tradizionali, conseguentemente è
inferiore la produzione di NOx termici. Le biomasse, di
norma, non contengono zolfo e quindi non producono
ossidi di zolfo e la successiva formazione di acido
solforico (piogge acide).
Nelle emissioni, oltre alla presenza degli inquinanti
caratteristici delle combustioni tradizionali, si trovano
forme ossidate di sostanze organiche od inorganiche già
presenti nelle biomasse e composti inorganici vaporizzati
o mobilizzati per adsorbimento del particolato emesso.
Generatori termici a biomassa
ligneocellulosica
Le tipologie di generatori termici disponibili alimentati a legno sono
fondamentalmente tre, sulla base della forma fisica delle tre
principali categorie di combustibili vegetali:

legna da ardere in ciocchi,

pastiglie di legno macinato e pressato (pellet),

legno sminuzzato (cippato)
Caldaie a biomassa per riscaldamento: caldaie a
fiamma inversa per la combustione di legna in ciocchi
•
•
•
Carica manuale della legna in
ciocchi
Potenza limitata a qualche
decina di kW utenze
domestiche (singole o pochi
appartamenti)
La legna non prende
totalmente fuoco nel vano di
carico ma brucia solamente
quando giunge in prossimità
della griglia:
– la potenza erogata dalla
caldaia è più stabile nel tempo
– la combustione è controllata
– aumenta il rendimento
– si riducono le emissioni
inquinanti


Possibilità di abbinare sistemi di regolazione a
microprocessore ( ηt  90%)
Regolazione ed ottimizzazione dell’aria di
combustione in base al fabbisogno di ossigeno,
misurato nei fumi con la sonda lambda
Caldaie a biomassa per riscaldamento:
caldaie a pellets (Hi=30003400 kWh/m3; ρ=600700 kg/m3)

legno essiccato e pressato in piccoli cilindri

comportamento di un fluido (agevolate
operazioni di movimentazione)

ideale per impianti di riscaldamento
automatici di tutte le dimensioni


l’accensione è automatica e molto rapida, per mezzo di
una resistenza elettrica.
nei sistemi più avanzati la regolazione dell’aria
comburente e del flusso di combustibile vengono
effettuate automaticamente ad opera di un
microprocessore. Queste caratteristiche di semplicità
d’uso e di automazione conferiscono agli impianti di
riscaldamento a pellets un elevato livello di comfort.
Caldaie a biomassa per riscaldamento:
caldaie a pellets (Hi=30003400 kWh/m3; ρ=600700 kg/m3)
L’impianto è costituito da:

caldaia (bruciatori alimentati
dall’alto, sviluppano una
fiamma orizzontale);

serbatoio pellet (le caldaie a
pellets di piccola potenza sono
dotate di un serbatoio per il
combustibile di capacità
generalmente limitata a
qualche centinaio di litri);

sistema di alimentazione del
combustibile (coclea);

centralina di regolazione;
Caldaie a biomassa per riscaldamento:
caldaie a cippato (Hi=600900 kWh/m3; ρ=200400 kg/m3)

legno di diversa origine in pezzi della
dimensione di qualche cm

carico automatico attraverso
dispositivi meccanici;

gli impianti a cippato sono totalmente automatizzati e
non hanno limiti dimensionali, potendo raggiungere
potenze anche di diversi MW termici

per le caratteristiche di automazione e risparmio di
esercizio, gli impianti a cippato sono particolarmente
indicati per il riscaldamento di edifici di dimensioni
medie o grandi, quali alberghi, scuole, condomini,
ospedali e centri commerciali.  (teleriscaldamento)
Caldaie a biomassa per riscaldamento:
caldaie a cippato (Hi=600900 kWh/m3; ρ=200400 kg/m3)
caldaia (a griglia)


fissa (materiali fini a basso contenuto di umidità)
mobile (pezzatura grossolana ad alto contenuto di
ceneri ed umidità)
L’accumulatore termico
• Il funzionamento regolare della caldaia,
evitando interruzioni dovute ad un’insufficiente
richiesta di energia da parte dell’impianto, di
riscaldamento consente:
– di aumentare il rendimento globale dell’impianto
– di proteggere la caldaia da formazioni di
condensati catramosi
– di ridurre la fumosità delle emissioni e lo
sporcamento del camino
• Introdurre un “volano” termico per l’impianto di
riscaldamento  accumulatore termico :
invece di bloccare la combustione o
surriscaldare gli ambienti, la caldaia può
continuare a funzionare immagazzinando
energia nel serbatoio di accumulo;
Il teleriscaldamento
È un servizio energetico urbano mediante il quale il
calore per il riscaldamento degli edifici e per altri usi a
bassa temperatura (come l’acqua calda per uso
igienico-sanitario) viene distribuito tramite una rete di
tubazioni interrate precoibentate che connettono il
generatore termico con le utenze finali attraverso uno
scambiatore.
FONDAZIONE INTERNAZIONALE TRIESTE PER IL PROGRESSO E LA LIBERTÀ DELLE SCIENZE
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Le Filiere dell'Energia
Venerdì 26 novembre 2010
Camera di Commercio di Trieste
Io Convegno Tematico
“Le Biomasse”
Grazie per l’attenzione
Gioacchino Nardin
Dipartimento di Energetica e Macchine
Università degli Studi di Udine