Porretta 3 ottobre 2006
BIOENERGIA:una prospettiva concreta
per l’appennino tosco-emiliano
ALDO IACOMELLI (Segretario Generale ISES ITALIA)
Mondo
Nel 2003 l’offerta di energia primaria è stata di
10.579 Milioni di TEP
Offerta di energia primaria nel mondo - Anno 2003 Fonte IEA Renewables Information 2005
40%
35%
30%
25%
20%
34,40%
15%
24,40%
10%
5%
21,20%
13%
6,50%
0%
Rinnovabili
Carbone
Petrolio
Gas
Nucleare
1
Mondo
PERCENTUALI QUOTE DI PRODUZIONE DI ENERGIA DA FONTI
RINNOVABILI NEL MONDO - ANNO 2003 Fonte IEA Renewables Information 2005
Altre Rinnovabili;
0,7
Biomassa Solida
Geotermico; 3,1
Idroelettrico
Geotermico
Idroelettrico; 16,2
Altre Rinnovabili
Biomassa Solida;
79,9
Mondo
Consumi Primari Mondiali di Energia, 1990
2
In Italia nel 2003 sono stati forniti 181 Milioni di TEP
di energia primaria totale
La fattura energetica è di circa 26,5 miliardi di €, circa il 2,3% del Pil
Consumi elettrici sono stati di 316,8 miliardi di
kWh (316,8 TWh) + 1,8% rispetto al 2002
PRODUZIONE ELETTRICA
INTERNA (circa 283 TWh)
TWh)
Movimenti fisici di
energia elettrica
interni in Italia,
periodo gen. – dic.
2005 (valori
assoluti, miliardi di
kWh). Fonte Terna
Elettricità
Elettricità importata inferiore a 50 TWh/a
TWh/a
II problemi
problemi nel
nel sistema
sistema di
di distribuzione
distribuzione causano
causano
ilil 95
%
dei
guasti
elettrici
negli
USA!
95 % dei guasti elettrici negli USA!
STIRLING Engines
ROOFTOP PVS
FUEL
CELLS
Microturbines
FUEL CELLS
Reciprocating
Engines
Reciprocating
Engines
Microturbines
Source: State of the World 2000
3
M
M icro
in
i i eo
rd lic
oe o
le
ttr
ic
o
Energia ed Ambiente Rurale
Solare termico
.... BIOENERGIA ?....
Fo
to
vo
lta
ic
o
Sistema ibrido
4
ITALIA: QUOTE DELLE DIVERSE FONTI RINNOVABILI
Energia primaria sostituita (2002) totale 17 MTEP
su un totale di 181 Milioni di TEP di energia
primaria totale prodotta (importata)
2%
36%
Biomasse +RSU
Geotermico
Idroelettrico
55%
7%
Eolico +Solare
Fonte Ises Italia- Enea Rapporto Energia Ambiente 2003
FAO-SREN Bioenergy Farm (1998)
Idea nota da
tempo. Ad es.:
FAO-SREN
Prog.PROBIO
Tra le FER,
la Bioenergia
crea il maggior
numero di posti
di lavoro e
protegge il
territorio
5
BIOENERGIA una filiera complessa
Pretrattamento
Tipologia di
Conversione combustibile
Usi finali
Produzion
e
Raccolta
Trasporto
Uso di strumenti GIS
(prog.BIOSIT)
Esempio:
scarti della paglia di cereale e
biomassa forestale
produttività (tonn/km2/anno)
Esempio:
potenziale energetico dei residui forestali
e agricoli
GJ/(km2 anno)
Support
Co-ordination
Co-ordination
Support
Support
6
Impatto socio-economico biomassa
Tramite l’applicazione dei modelli di azienda al SIT ed ai 19
Distretti di Approvvigionamento che sono stati individuati è
stato possibile tentare una stima degli effetti occupazionali
di una politica ambientale ed energetica basata sulla
valorizzazione del 50% della disponibilità di biomasse.
Gli effetti occupazionali complessivi potrebbero arrivare a
circa 880 addetti occupati nella filiera, localizzati
prevalentemente nelle aree montane.
I parametri di investimento per addetto occupato sono
piuttosto interessanti, sicuramente inferiori a quanto
necessario per azioni di sviluppo economico nei tradizionali
settori industriali (30,000 € di investimento medio per
addetto).
Fonte: LIFE-Biosit
Vantaggi
• Fonte di Energia Rinnovabile
• Immagazzinabile-Stoccabile
• Convertita in combustibili
solidi, gassosi o liquidi
• Numerose tecnologie di
conversione
• ampio campo di potenze
• differenti livelli di
sofisticazione
• Produzione di combustibile e
tecnologie di conversione
indigena (anche nei PVS)
• La produzione genera più
occupazione (permanente)
degli altri sistemi ad energia
rinnovabili della stessa taglia
Svantaggi
• Competizione nell’uso del territorio
• Grandi aree (bassa densità
energetica)
• Può richiedere elevati volumi di
fertilizzanti ed irrigazione
• Sistema di gestione (logistica)
complesso
• Problemi di trasporto, stoccaggio e
movimentazione a causa della bassa
densità di mucchio (bulk density)
• Produzione soggetta a variazioni
legate alle condizioni
ambientali/meteo
• Produzione (della biomassa) non
costante durante l’anno
• Contenuto di umidità variabile
• Alcune tecnologie di conversione
non ancora completamente
sviluppate
7
Legno-energia
Legno-energia
Fonte: Eurobserv’ER, 2005
2001
Produzione di elettricità Criticità:
Approvvigionamento (2.2 Mt/y)
•Mercato extra-regionale (> 60 %)
•25-50 (media 35) €/t
•Impianti policomb.
Interesse
verso una
filiera “corta”
…. ma …
assenza di
tecnologia
adeguata
Potenza
(MWe)
0-5
2004: 330 MWe (~300 MWe netti)
Consumo complessivo di Biomassa
ton/anno
%
199.000
8.9
5 – 15
748.000
33.6
> 15
1.280.000
57.5
8
BIOMASSA
TERMOCHIMICA
CATEGORIA
PROCESSO
COMBUSTIONE
PROCESSO
FUMI CALDI
GASSIFICAZIONE
LIQUIDI
CALORE
ED ELETTRICITA’
ATTRAVERSO
VAPORE
SURRISCALDATO
IDROGENO PER
ELETTROLISI
GAS
CALORE
ED ELETTRICITA’
ATTRAVERSO
MCI E IDROGENO
PER ELETTROLISI
O REFORMING
DIRETTO
CALORE
ED
ELETTRICITA’
ATTRAVERSO
VAPORE
SURRISCALDATO
IDROGENO PER
ELETTROLISI
ESTRAZIONE
DI OLI
DIGESTIONE
ANAEROBICA
LIQUAMI
SOLIDI
PRO
DOTTI
FINALI
E MEZZI
PER
OTTE
NERE
IDRO
GENO
DIGESTIONE
AEROBICA
PIROLISI
CARBONIZZAZIONE
PRODOTTI
INTERMEDI
BIOCHIMICA
PRODUZIONE
DIRETTA DI UN
GAS RICCO
D’IDROGENO
FERMENTAZIONE
ALCOLICA
BIODIESEL
BIOGAS
FANGHI
CALORE
FERTILIZZANTI
ETANOLO
ELETTRICITA’
DA DIESEL E
IDROGENO PER
ELETTROLISI O
REFORMING
DIRETTO
CALORE
ELETTRICITA’
ATTRAVERSO
MOTORI A GAS
FERTILIZZANTI
IDROGENO PER
REFORMING
DEL BIOGAS
ELETTRICITA’
ATTRAVERSO
MCI E IDROGENO
PER ELETTROLISI
O REFORMING
DIRETTO
Impianto per la generazione di calore
9
Produzione di vapore per turbine
elettriche
Steam to turbines
chimneys
Combustion of
volatiles
boiler
Flue gas
drying
and cleaning
Feed
hooper
MSW
delivery
Storage
bunker
Combustion
of solids
Slag
removal
Control
room
Produzione di calore in piccole
caldaie
Rendimento moderne caldaie: > 80 %
Tecnologie mature
Costo 1 lt equiv.gasolio (Fonte:
G.Schenone)
10
Biocombustibili disponibili sul mercato
• Pellet
• Cippato
• Bricchette
Pellet
Ottenuto aggregando materiali di scarto quali segatura e
polveri,
polveri, non trattate con colle e vernici
• Dimensini (6 ÷ 8 mm di diametro
1,5 ÷ 2 cm di lunghezza)
• Umidità 12%
• PCI 4000 ÷ 4500 kcal/kg
• piccole–medie utenze
Produzione di pellet per generazione di calore
Il mercato del pellet è in forte e
continua crescita
Installed small scale boilers and stoves
250.000
Pellettizzazione = opzione per
produzione di biomassa combustibile
ed immissione sul mercato quando
non sia possibile combinare
produzione e domanda localmente
200.000
2001
2002
2003
150.000
2004
2005*
100.000
50.000
S
1.400
Fin
At
D
I
Capacity
1.200
Produced
1.000
ktones/year
Dk
800
Demand
600
400
200
S
At Est Fin Dk
It
Pl
D
No UK Nl
11
Cippato
Ottenuto sminuzzando residui legnosi irregolari o
scadenti e piante a piccolo fusto non idonee ad
impieghi più remunerativi
Dimensini (40x20x10
mm)
Umidità 20 ÷ 60 %
PCI 2000 ÷ 3500 kcal/kg
piccole ÷ medie utenze
- 200 g bastano per una doccia di 4 minuti -
in cantina
in un magazzino sotterraneo
umidità potere calorifico
unità
%
Kwh/ MW/kg
kg
Densità
t/m3
Contenuto energetico specifico
m3 / MWh
m3 / GJ
Rapporto fra
OEL e
combustibile
10
cippato
valore medio
15
4,3
15,5
0,24
1
0,28
legno di latifoglie
15
4,3
15,5
0,27
0,9
0,25
9
legno di conifera
15
4,3
15,5
0,21
1,2
0,33
12
olio combustibile
(OEL)
extra leggero
carbon fossile
6
11,9
42,8
0,84
0,1
0,03
1
8,3
29,9
0,87
0,1
0,03
1,4
in un silo
in un fabbricato rurale
12
Tipi di cippato e caldaia a cippato
Cippato bianco: legno tritato senza corteccia
Cippato marrone o con corteccia
Cippato verde: con fogliame ed aghi deriva dalla cippatura di foglie
intere
2,5 kg di cippato corrispondo a circa 1l di petrolio -
Bricchette
Piccoli cilindri di
segatura pressata
ottenute da polveri
grossolane
Rispetto ai pellets
tendono a sfaldarsi con
l’umidità
13
CASI CONCRETI
TOSCANA LEGNOLEGNO-ENERGIA: un profilo per difetto
3,5
3,5 milioni di abitanti
700.000
700.000 residenti in territori rurali
2.300.000
2.300.000 ettari di superficie
pi
più
più di 1 milione di ettari boscati
287
287 comuni e 20 comunità
comunità montane
TOSCANA E LEGNOLEGNO-ENERGIA: i lineamenti essenziali
7 casi di teleriscaldamento a cippato forestale
presso strutture pubbliche, con fabbisogni annui
di 500500-1.500 q di combustibile, e potenze di
impianto fra i 200 e i 500 kW
vari studi di fattibilità
fattibilità tecnica e ambientale in
corso (ad es. Pomino, Rufina - FI)
almeno 80 impianti moderni, di taglia mediomediopiccola presso privati, quasi tutti a legna
migliaia di piccoli impianti termici obsoleti e con
funzione accessoria
14
1° esempio:
LORO CIUFFENNA (Arezzo)
Riscaldamento ambienti e acqua sanitaria
Rete di 420 m di teleriscaldamento
Sede CM e scuole del paese (13.500 m3 )
Caldaia austriaca a griglia mobile e a gradini
Sonda lambda e depolveratore multiciclonico
Serbatoi inerziali da 10 m3 di acqua
Telegestione
LORO CIUFFENNA (Arezzo)
Combustibile: cippato
Fornitore: Cooperativa Alto Valdarno (mansioni anche sulla
manutenzione ordinaria)
Costo di acquisto del cippato: 6 €/q franco consegna
compresa la manutenzione ordinaria
Fabbisogno annuo previsto: 2.000 q
Costo di realizzazione 230.000 €
ALCUNE CONSIDERAZIONI:
•Impianto
Impianto ad alta efficienza, con caldaie secondarie di sicurezza,
sicurezza, per
l’utenza particolarmente sensibile
•Fornitura
Fornitura del cippato affidata a Cooperativa ben strutturata e radicata
radicata
nel territorio, dotata di cippatrice per le proprie attività
attività di manutenzione
del verde
15
2° esempio:
RINCINE (Londa - FI)
Riscaldamento ambienti e acqua sanitaria
Rete di 130 m di teleriscaldamento
Fabbricati della CM (6.500 m3)
Caldaia austriaca a griglia mobile e a gradini
Serranda tagliafiamma Sonda lambda,
regolazione separata dell’
dell’aria primaria e
secondaria
RINCINE (Londa - FI)
Combustibile: cippato
Fornitore: la Comunità
Comunità Montana, con gli scarti delle cure
colturali dai boschi demaniali in gestione (circa 4.500 ha)
Costo di produzione del cippato: 3 €/q
Fabbisogno annuo: 500 q
Costo di realizzazione 128.000 €
ALCUNE CONSIDERAZIONI:
•Razionalizzazione
Razionalizzazione
ed
ottimizzazione
delle
minimizzazione dei trasporti e delle movimentazioni
fasi
produttive;
•Notevole
Notevole ricaduta dimostrativa dell’
dell’impianto, trattandosi di sede
aziendale della CM attiva su molti fronti: formazione, convegni, attività
attività
dell’
dell’Ente etc
16
Progetto BIOSOUTH (IEE)
Rifugio La Selletta
Progetto BIOSOUTH (IEE) Rifugio La Selletta
Payback Period ~ 9 anni, superiore alla media di questo tipo di impianti (3 – 6
anni) a causa principalmente del costo elevato del cippato gravato dal
trasporto al Rifugio e dai costi dell’operazione di cippatura.
Produttore
Modello
Potenza Nominale
Combustione
Pulizia Scambiatore
Lambda Control
Rimozione Ceneri
Alimentazione
Cippato MC MAX
Norma Cippato
Volano Termico (litri)
Web Page
Froeling
Koeb-Schaefer
Uniconfort
Gilles
Heizomat
Lindner
Turbomat 150
Pyrot 150
BIOKRAFT-150
HPK 145
HSK-RA 150
LND SL150T
150 kW
150 kW
150 kW
145 kW
150 kW
150 kW
Griglia Mobile
Griglia Mobile Rotante
Griglia Mobile
Griglia Fissa
Griglia Fissa
Griglia Mobile
automatica
automatica
automatica
automatica
automatica
automatica
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
automatica
automatica
automatica
automatica
automatica
automatica
Coclea / bracci rotanti Coclea / bracci rotanti
Rastrelli
Coclea / bracci rotanti Coclea / bracci rotanti Coclea / bracci rotanti
40%
40%
50%
35%
35%
30%
ÖNORM M7133
ÖNORM M7133
ÖNORM M7133
ÖNORM M7133
ÖNORM M7133
ÖNORM M7133
4000
4000
4000
3000
4000
2500
www.froeling.com
www.koeb-schaefer.com www.uniconfort.com www.gilles.at
www.heizomat.de
www.sl-heizung.at
Utile
10,000
Ripartizione Costi Cippato
Biomassa alla cippatrice
Cippatura - Ammortamento
Cippatrice
€
5,000
0
1
3
5
7
9
11
-5,000
13
46.67
€/t
18.81
€/t
Cippatura - Manodopera
1.30
€/t
Cippatura - Combustibile
0.99
€/t
Trasporto in quota
23.75
€/t
Totale
91.52
€/t
15
-10,000
anno
Utile Netto
Utile d'esercizio
Utile lordo accumulato
17
COMBUSTIONE
Wartsila BioPower
2-25 MWth
1-5 MWe
18
COMBUSTIONE
TURBODEN
Fuel power input (including 20% power reserve)
9.750
kW
Fuel power input (nominal power)
7.800
kW
Nominal power thermal oil boiler and thermal oil ECO
6.200
kW
Nominal power hot water ECO
1.000
kW
Usable thermal power (district and process heat)
5.800
kW
Net electric power ORC
1.100
kW
Thermal driving power of the absorption chiller
3.200
kW
Cooling power of the absorption chiller
2.400
kW
Future expansion potential of district heat and process heat
2.600
kW
Production of heat from biomass
Production of electricity from biomass
Production of cold from biomass
43.500
MWh/a
8.250
MWh/a
18.000
MWh/a
Source: BIOS BIOENERGIESYSTEME
Biogas
http://www.fao.org/WAICENT/FAOINFO/AGRICULT/AGA/AGAP/FRG/Recycle/biodig/manual.htm#Taking the gas to the kitchen
19
GASSIFICAZIONE
BIO_MGT
Microturbina a gas
a combustione
esterna
Progetto Europeo
BIO_MGT
Exhaust gas to the
Cogeneration
Cyclon
Heat Hexchanger
GT Internal Combustor
fired by NG
Location of the BIO_MGT plant
at “Il Forteto” (Tuscany, I)
Mixer
Pellet Bio
Furnace
Micro GT
4 Paesi EU
7 Partners
20
CHP plant Güssing (A)
• First of it’s kind
• 8 MWth, 2.0 MWel
Picture source: TU Vienne, REPOTEC
http://www.ficfb.at
http://www.renet.at
Girasole (Sunflower)
Helianthus annuus
GIRASOLE
Colza (Rapeseed)
Brassica napus oleifera
COLZA
SOIA
•1 t di olio vegetale è
prodotta da 2.5 t di
semi di colza.
Soia (Soy)
Glicine max
•1 ha produce circa 3 t
di semi di colza, da cui
si ottengono 1.18 t di
olio vegetale 1.12
tRME
pari a 1,273 lt
21
PIROLISI
Forestera™ Pilot
(FORTUM, FI)
COMBIO – EC5FP
(CSGI, UNIFI)
PROGETTO LIFE “VOICE”
Technical Developments and
Modifications of Engines to
Use Vegetable Oil as a Fuel
VEREINIGTE WERKSTÄTTEN
PFLANZENÖLTECHNOLOGIE
FÜR
ALOIS DOTZER, DR. GEORG GRUBER, THOMAS KAISER
cylinder head/valves
injection pump
injection nozzles
pistons/piston rings
fuel circuit for vegetable oil
engine electronics
adjusting mechanism for fuel detection
system (FDS)
general operating licence (ABE)
according to StVZO
22
Bioenergy Farm: alcune problematiche
Difficoltà di downscaling degli impianti problemi
tecnici e di redditività
Limitato impatto degli aspetti energetici sul bilancio
aziendale
Capacità di investimento limitate per l’Azienda
Redditività specifica (per intervento) modesta
Maggiore complessità gestionale (integrazione elevata)
Bioenergy Farm: opportunità e benefici
Diversificazione introiti (azienda)
Possibilità di cogenerazione (azienda)
Mantenimento del territorio (azienda e collettività)
Produzione decentralizzata e distribuita da FER
(collettività)
Creazione occupazione permanente (azienda e collettività)
CONCLUSIONI
Opportunità per l’industria
Esiste una “nicchia” di mercato per impianti
di piccola taglia di “ragionevoli” prestazioni
Mercato sia in EU che nei PVS
Ma le tecnologie sono di diverso livello di
sofisticazione
23
Terziario
Centrali Elettriche
Edilizia
Rete elettrica
Industria
MICRO-CO(TRI)GENERAZIONE DISTRIBUITA
Piccole reti, sistemi “stand alone”, produzione di prossimità alla domanda
Wind farm
Centrali a Biomasse
Piccoli Impianti
Solari Termodinamici
Fuel cells
Fotovoltaico sugli
edifici
Impianti
fotovoltaici
Rete elettrica
Terziario
Fuel cells Piccole Turbine
eoliche
Residentiale
Industria
Microturbine
24
Energy Units
1 Barrel of Oil
1 T.O.E.
1 T.C.E.
1 m3 GAS
= 6,1 x 109 J
= 44,7 x 109 J
= 29 GJ
= 3,7 x 107 J
= 5,8 x 106 BTU
= 44,7 GJ = 7,33 barrel of oil
Net Calorific Value
Fuel
Benzine and
diesel
coal
Wood
Natural Gas
NCV
10.000 kcal/kg ~ 45 MJ/kg
7.000 kcal/kg ~ 30 MJ/kg
4.000 kcal/kg ~ 20 MJ/kg
12.000 kcal/kg ~ 50 MJ/kg
1 kg OIL ~ 1,4 kg COAL ~ 4 kg WOOD ~ 0,8 kg GAS
25
Metric Prefixes
26