Ing. Pier Angelo Gualco
A.I.C.A. – S.T. Piemonte - Liguria
RECUPERO E RISPARMIO ENERGETICO
INTRODUZIONE
L’energia ai giorni nostri permea tutto quello che ci circonda, molto più che in passato.
La richiesta energetica è in costante aumento, come testimoniano i recenti black-out
dell’estate ’05 causati da una incapacità di soddisfare i picchi di domanda.
Oggigiorno le fonti da cui si trae energia sono di vari tipi, e possono essere classificate in
2 grandi categorie:
• Fossili
• Rinnovabili
Le seconde sono le uniche che possono produrre energia con un inquinamento
praticamente nullo, anche se sotto il profilo dei costi andrebbe fatta una disamina ben
più mirata nei vari casi.
INTRODUZIONE
Raffronto tra offerta di energia primaria nel Mondo ed in Italia
(fonte International Energy Agency 2005)
Fossili
(gas - petrolio - carbone
Rinnovabili
Fossili
(gas - petrolio - carbone
Rinnovabili
Nucleare
Nucleare
8%
5%
0%
13%
79%
95%
Nel Mondo
In Italia
INTRODUZIONE
Raffronto tra le tipologie di energia rinnovabile in Italia (Fonte ENEA)
Idroelettrico
Biomasse-RSU
Geotermia
Fotovoltaico
Eolico
3% 3%
9%
10%
75%
INTRODUZIONE
Si prevede che entro il 2030 le fonti rinnovabili arriveranno a coprire tra il 18% ed il
22% del fabbisogno energetico, con un aumento della potenza installata nei vari campi,
con l’obiettivo di ridurre l’utilizzo dell’elettricità tramite un insieme di tecnologie
informatiche per la gestione degli impianti, l’aumento dell’isolamento degli edifici, il
passaggio a sistemi di riscaldamento centralizzati funzionanti con biocarburanti o
biocombustibili.
Per quanto riguarda anche gli scenari globali, occorre contrastare il ricorso ad energie a
basso costo ma altamente inquinanti, quali l’impiego del carbone, che rischiano di
aggravare il riscaldamento globale, imponendo limiti alle emissioni di CO2 e utilizzando
politiche nazionali ed internazionali per opporsi all’impiego di detto combustibile.
INTRODUZIONE
Per uscire dalla dipendenza dal petrolio, utilizzando le fonti rinnovabili e l’efficienza
energetica, sono stati identificate le seguenti motivazioni:
1) La riduzione dell’impatto sul clima;
2) La sicurezza della fornitura di energia sul lungo periodo;
3) L’incentivo di essere una nazione all’avanguardia;
4) Il rafforzamento nella competizione economica internazionale;
5) Lo sviluppo di risorse energetiche da biomasse per diminuire la dipendenza da
fonti esterne.
INTRODUZIONE
Una delle fonti più efficiente e veloce da installare nel nostro territorio è quella
solare, affiancata alla generazione di energia attraverso biomasse derivanti sia da
alcuni scarti industriali che da produzioni agricole apposite.
Con l’emanazione dell’ultima finanziaria, il Governo sta incentivando la costruzione di
impianti fotovoltaici ad uso domestico e soprattutto industriale (visto le elevate superfici
utili di cui le imprese dispongono), i quali potrebbero funzionare ad elevate efficienze
grazie all’ottimale incidenza dei raggi solari dell’Italia in generale (nonché della nostra
zona).
INTRODUZIONE
La presenza diffusa sul territorio di questi microgeneratori ridurrebbe il consumo
di combustibili fossili nei periodi di maggior richiesta di elettricità, in quanto ogni
impianto è interconnesso con la rete di distribuzione nazionale. Perciò nel momento in
cui la corrente elettrica prodotta non venisse utilizzata in loco verrebbe
automaticamente venduta alla rete di distribuzione nazionale e pagata dallo Stato
attraverso finanziamenti in conto energia (quindi un tot di € per KW immesso in rete fisso
per un periodo di tempo determinato).
LEGISLAZIONE E NORMATIVA
LEGISLAZIONE NORMATIVA
Nel gennaio di quindici anni fa entrò in vigore la legge 10/91 contenente le “norme per
l’attuazione del piano energetico nazionale in materia di uso razionale dell’energia, di
risparmio energetico e di sviluppo delle fonti rinnovabili di energia”.
Era un’ottima legge, e poneva l’Italia all’avanguardia, in Europa, riguardo al
contenimento dei consumi energetici nell’ambiente costruito; introduceva, fra
l’altro, la certificazione energetica degli edifici, i piani energetici comunali, l’obbligo
delle fonti rinnovabili negli edifici pubblici.
L’aspettativa era grande.
Ci si accorse presto, però, che aveva due difetti che la resero lettera morta: era piena di
articoli che recitavano “…entro 180 giorni sarà emanato..” questo o quello dei decreti
attuativi che rendevano operativa la legge, e di fatto non erano previste sanzioni per chi
la disattendeva.
LEGISLAZIONE NORMATIVA
Fu così che si dovette aspettare più di due anni perché fosse dato alla luce il decreto
attuativo DPR 412/93 che conteneva le “norme per la progettazione, l’installazione,
l’esercizio degli impianti termici degli edifici ai fini del contenimento dei consumi
di energia”.
Poi, in pratica, il nulla.
Le speranze si riaccesero nel dicembre 2002, quando fu pubblicata la direttiva europea
2002/91/CE sul rendimento energetico nell’edilizia.
Venivano concessi tre anni per adottarla (la scadenza era il 4 gennaio 2006), e
rappresentava una grande opportunità per una svolta nella politica di contenimento dei
consumi energetici negli edifici.
L’aspetto forse più interessante era il fatto che non riguardava solo il riscaldamento,
ma anche la produzione di acqua calda, l’illuminazione, la ventilazione e il
condizionamento estivo.
LEGISLAZIONE NORMATIVA
La Certificazione energetica degli edifici, resa obbligatoria non solo per quelli
nuovi ma anche per quelli esistenti, è finalizzata ad individuare norme più restrittive
sulle caratteristiche dell’involucro, al fine di renderlo più performante dal punto di vista
energetico.
Il tutto è finalizzato al conseguimento di due obiettivi strategici:
• ridurre in modo decisivo il consumo energetico nel settore edilizio (non solo il
nuovo ma anche l’esistente)
• creare delle opportunità, con un mercato di componenti e sistemi per l’efficienza
energetica e per lo sfruttamento delle fonti rinnovabili in grado di affiancarsi con
dignità agli altri settori dell’economia.
LEGISLAZIONE NORMATIVA
Il Dlgs.192/2005 indubbiamente introduceva elementi nuovi rispetto alla legislazione
precedente, ferma praticamente al 1991 con la legge 10, ma la prova su strada aveva
dimostrato fin dall’inizio alcune incongruenze e perfino alcuni errori che rendevano di
fatto inapplicabili alcune sue parti.
I decreti attuativi avrebbero dovuto avere due scopi: completare il Dlgs.192/05 e
modificarne alcuni punti introducendo gli auspicati correttivi, sviluppando l’elemento
che aveva suscitato forti perplessità nel campo di applicazione della certificazione
energetica degli edifici.
In base al testo del D.lgs. 192/2005 con tutte le modifiche ed integrazioni introdotte
dal D.lgs 311/2006 entrato in vigore dal 02.02.2007, la certificazione energetica viene
comunque applicata negli edifici esistenti con gradualità: dal 1 luglio 2007 per i passaggi
di proprietà di interi edifici di grosse dimensioni, e al 1 luglio 2009 per le singole unità
immobiliari.
LEGISLAZIONE NORMATIVA
In attesa dell’emanazione delle linee guida per la certificazione energetica, prevista entro
la fine dell’anno, il decreto introduce un documento che anticipa la certificazione,
l’attestato di qualificazione energetica, documento che però non viene rilasciano da
un soggetto indipendente come previsto chiaramente dalla Direttiva 2002/91/CE ma dal
Direttore dei lavori.
Nel vecchio D.lgs192/2005, il solare termico era obbligatorio per gli edifici pubblici
o a uso pubblico: veniva così ripresa, anche se con maggiore enfasi, una norma già
presente nella legge 10/1991, ma quasi mai applicata. Nel D.lgs 311/2006, invece, il
50% dell’energia termica primaria necessaria per la produzione di acqua calda
sanitaria deve essere prodotto con un impianto solare termico di qualità ed
efficienza certificata, conformemente alla normativa europea.
LEGISLAZIONE NORMATIVA
Nel caso di edifici di nuova costruzione, pubblici e privati, e di ristrutturazione degli
stessi, è obbligatoria l’installazione di impianti fotovoltaici, che grazie alla
semplificazione apportata, rendono l’iter burocratico per la realizzazione di un impianto
fotovoltaico più snella.
Il pacchetto di leggi e decreti che il nuovo Governo ha emanato e che trova riscontro
principalmente nel D.lgs 192/2005 modificato dal D.lgs. 311/2006 fissa essenzialmente 2
tipi di obblighi:
• obbligo di certificazione energetica degli edifici
• obbligo di allegare agli atti della documentazione concernente la certificazione
energetica (o l’attestato di qualificazione energetica).
E’ sotto questa ottica che si sta sempre più sviluppando il concetto di CASA
PASSIVA, che mira a ridurre al minimo le dispersioni di calore e a sfruttare tutti gli
apporti dall’esterno, al fine di ridurre la dipendenza dalle normali fonti energetiche.
LEGISLAZIONE NORMATIVA
Tali obblighi devono essere rispettati nei seguenti casi:
• nuove costruzioni di edifici realizzati in forza di permesso di costruire o denuncia di
inizio attività richiesta o presentata dopo l’ 08/10/2005;
• interventi di ristrutturazione su edifici esistenti effettuati in forza di permesso di
costruire o Denuncia di Inizio Attività richiesta o presentata dopo l’ 08/10/2005;
• L’applicazione degli obblighi previsti è TOTALE qualora l’intero edificio sia oggetto di
intervento di ristrutturazione integrale.
• L’applicazione degli obblighi previsti è LIMITATA AL SOLO AMPLIAMENTO, qualora
risulti un aumento della volumetria di entità superiore al 20% dell’esistente.
• L’applicazione è limitata al rispetto di SPECIFICI PARAMETRI E LIVELLI
PRESTAZIONALI, nel caso di interventi non rientranti nelle due fattispecie sopra
elencate, e nel caso di nuove installazioni o ristrutturazioni di impianti termici in edifici
esistenti.
LEGISLAZIONE NORMATIVA
Tipologie di interventi e di atti
Obblighi di certificazione e di allegazione a far data da:
02/02/2007
Edifici di nuova costruzione, con pratiche
edilizie presentate dopo il 08/10/2005
X
Edifici esistenti al 08/10/2005, con
superficie > 1000mq, per ristrutturazione
integrale dell’involucro edilizio
X
Edifici esistenti al 08/10/2005, con
superficie > 1000mq, per demolizione e
ricostruzione
X
Edifici di nuova o vecchia costruzione con
superficie > 1000mq, se l’atto di
trasferimento oneroso riguarda l’intero
immobile
Edifici di nuova o vecchia costruzione con
qualunque superficie, se l’atto di
trasferimento oneroso riguarda l’intero
immobile
Edifici di nuova o vecchia costruzione con
qualunque superficie, se l’atto di
trasferimento oneroso riguarda singole
unità immobiliari
01/07/2007
01/07/2008
01/07/2009
X
X
X
A PROPOSITO DI ENERGIA
Come fare per utilizzare al meglio l’energia?
USO RAZIONALE DELL’ENERGIA
FONTI
RINNOVABILI
RISPARMIO
ENERGETICO
FONTI RINNOVABILI DI ENERGIA
Solare
Termico
Fotovoltaico
Biomasse
FONTI
RINNOVABILI
Teleriscaldamento
Cogenerazione
FOTOVOLTAICO
FOTOVOLTAICO
La tecnologia solare fotovoltaica si fonda sulla proprietà di alcuni materiali
semiconduttori, come il silicio, di convertire l'energia delle radiazioni solari in
corrente elettrica.
L'elemento
base
di
un
impianto
è
la
cosiddetta
cella
fotovoltaica.
Quando la luce del Sole colpisce la cella, si crea una corrente elettrica continua,
paragonabile a una debole pila.
Più celle assemblate e collegate tra loro in serie formano un'unica struttura, il modulo
fotovoltaico, elemento base del pannello fotovoltaico.
Un insieme di pannelli, collegati elettricamente in serie, costituiscono una stringa; più
stringhe, collegate a loro volta, generalmente in parallelo, costituiscono un generatore
fotovoltaico.
FOTOVOLTAICO
Oltre al pannello fotovoltaico in sé, per realizzare un impianto di produzione di energia
elettrica (grande o piccolo che sia) sono anche necessari i seguenti dispositivi:
• l' inverter, trasforma l'energia elettrica da corrente continua a corrente alternata
rendendola idonea alle esigenze delle comuni apparecchiature elettriche (lampade,
elettrodomestici, alimentatori, computer...);
• misuratori di energia, sono dispositivi che servono a controllare e contabilizzare la
quantità di energia elettrica prodotta e scambiata con la rete.
FOTOVOLTAICO
Gli impianti fotovoltaici possono essere:
• Autonomi quando non sono integrati in una rete elettrica, quindi producono da soli
la totalità della richiesta energetica (con o senza batterie di accumulo).
• Connessi alla rete che hanno la particolarità di lavorare in regime di interscambio
con la rete elettrica locale.
Negli impianti connessi alla rete quando la luce non c'è o non è sufficiente è la rete
elettrica che garantisce l'approvvigionamento dell'energia elettrica necessaria, fungendo
da batteria di capacità infinita.
Se l'impianto solare produce più energia di quella richiesta dall'utenza, tale energia può
essere immessa in rete. In questo caso si parla di "cessione delle eccedenze"
all'azienda elettrica locale.
E' importante sapere che l'incentivo statale in conto energia può essere richiesto
solamente per impianti connessi alla rete.
FOTOVOLTAICO
SCHEMA IMPIANTI FOTOVOLTAICI AUTONOMI
FOTOVOLTAICO
SCHEMA IMPIANTI FOTOVOLTAICI CONNESSI ALLA RETE
FOTOVOLTAICO
Per quanto riguarda l’installazione delle celle fotovoltaiche, sono attualmente
impiegati due sistemi:
• Fissi quando sono posizionati in funzione del massimo irraggiamento, ma che
presentano rendimenti ridotti nelle ore del mattino e in quelle serali, in quanto l’angolo di
incidenza dei raggi solari non risulta ottimale per lo sfruttamento dell’energia.
• Con inseguitori solari che hanno la funzione di variare l’orientamento delle celle,
in modo da aumentare il rendimento, sfruttando meglio l’incidenza dei raggi solari sui
pannelli, e trasformando cosi una maggiore quantità di energia solare in energia elettrica.
FOTOVOLTAICO
FOTOVOLTAICO
Una modalità ottimale di impiego, già diffusa in alcuni Paesi europei, è l'integrazione dei
pannelli fotovoltaici in facciate e tetti degli edifici: questa soluzione permette di produrre
energia e insieme garantire l'isolamento termico della costruzione.
FOTOVOLTAICO
La potenza nominale di un impianto fotovoltaico si misura con la somma dei valori di
potenza nominale di ciascun modulo fotovoltaico di cui è composto il suo campo, e
l'unità di misura più usata è il chilowatt picco (simbolo: kWp).
Negli impianti su terreno o tetto piano, infatti, è prassi comune distribuire
geometricamente il campo su più file, opportunamente sollevate singolarmente
verso il sole, in modo da massimizzare l'irraggiamento captato dai moduli.
In entrambe le configurazioni di impianto, ad isola o connesso, l'unico componente
disposto in esterno è il campo fotovoltaico, mentre regolatore, inverter e batteria sono
tipicamente disposti internamente in locali tecnici predisposti.
FOTOVOLTAICO
SUDDIVISIONE DEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI
Piccoli impianti
Potenza
< 20 kWp
Medi impianti
Potenza
Tra 20 e 50 kWp
Grandi impianti
Potenza
> 50 kWp
Questa classificazione è stata in parte dettata dalla stessa normativa italiana
del Conto energia.
FOTOVOLTAICO
Gli impianti per la produzione di energia elettrica mediante tecnologia fotovoltaica
presentano diversi vantaggi, tra i quali i più significativi sono:
• assenza di qualsiasi tipo di emissioni inquinanti;
• risparmio dei combustibili fossili;
• estrema affidabilità poiché non esistono parti in movimento (vita utile superiore a 20
anni);
• costi di manutenzione ridotti al minimo;
• modularità del sistema (per aumentare la taglia basta aumentare il numero dei moduli).
FOTOVOLTAICO
BENEFICIO ECONOMICO
Incentivo statale erogato
per 20 anni dal GSE
In base all’energia
Prodotta
(Gestore Servizi Elettrici)
Risparmio sulla bolletta
elettrica in base alla
Potenzialità da coprire
per proprie utenze
FOTOVOLTAICO
Il proprietario di un impianto fotovoltaico al quale sia stato concesso l' incentivo in conto
energia ha la possibilità di recuperare il capitale speso per la realizzazione dell'
impianto durante gli anni di funzionamento dello stesso.
Queste caratteristiche rendono particolarmente interessante la scelta, per coprire il
capitale necessario alla realizzazione di un impianto fotovoltaico, con un finanziamento
bancario.
FOTOVOLTAICO
I dati emersi a seguito dell’avvio del meccanismo di finanziamento del solare fotovoltaico
in conto energia fanno emergere alcuni fatti evidenti:
La maggior parte delle domande presentate, circa il 60%, si riferisce ad impianti di
potenza inferiore a 20kW, evidenziando un forte interesse dei piccoli utenti verso
questa tecnologia, il 40% si riferisce ad impianti con potenze tra 20 e 50 kW e solo
l’2% è rivolta a grandi impianti con potenza superiore a 50kW.
Si è evidenziato però che in termini di potenza e non di impianti, ben il 61% della
potenza ammessa si riferisce a impianti fra 20 e 50 kW, il 26% si riferisce a impianti
fra 50 e 1.000 kW e solo il 13% a impianti fra 1 e 20 kW.
Occorre precisare comunque che le domande ammesse, non rappresentano impianti
realizzati, ma semplici “intenzioni” di realizzare detti impianti.
FOTOVOLTAICO
Raffronto tra domande ammesse in termini di numero e di potenza cumulata
1 <= P <= 20kW
1 <= P <= 20kW
20 < P <= 50 kW
20 < P <= 50 kW
50 < P <= 1000 kW
50 < P <= 1000 kW
1%
13%
26%
41%
58%
61%
Per numero
Per potenza cumulata
FOTOVOLTAICO
Infatti, il raffronto tra domande e impianti realizzati, porta ad evidenziare questa
situazione:
• delle domande ammesse per la classe 1 - 20 kW, hanno dato inizio ai lavori ben il 52%
del totale, hanno finito i lavori il 13% e sono entrati in esercizio il 7%;
• delle domande ammesse per la classe 20 - 50 kW, hanno dato inizio ai lavori solo il 3%
del totale, hanno finito i lavori l’1% e sono entrati in esercizio l’1%;
• delle domande ammesse per la classe 50 – 1.000 kW, hanno dato inizio ai lavori il 5%
del totale, hanno finito i lavori il 2% e sono entrati in esercizio il 2%.
A prescindere dai tempi tecnici e burocratici più brevi per la realizzazione degli impianti
più piccoli (da 1 a 20 kW), dai dati emergono certamente alcune interessanti novità che
evidenziano un sorprendente ribaltamento nei rapporti fra le diverse classi di potenza
degli impianti realmente realizzati.
FOTOVOLTAICO
Raffronto tra impianti ammessi e impianti iniziati
1 <= P <= 20kW
1 <= P <= 20kW
20 < P <= 50 kW
20 < P <= 50 kW
50 < P <= 1000 kW
50 < P <= 1000 kW
8%
13%
26%
19%
73%
61%
Ammessi
Iniziati
SOLARE TERMICO
SOLARE TERMICO
Il solare termico è una tecnologia usata ormai da decenni per la produzione dell'acqua
calda sanitaria e per uso riscaldamento, per essiccazione, sterilizzazione, dissalazione
e cottura cibi. Applicazioni di questo tipo sono testimoniate fin dal 1700. Inizialmente
trovarono ampio spazio le tecnologie ad alta temperatura per la produzione di vapore
(concentratori parabolici), che non si affermarono, nonostante continue riduzioni dei costi,
a causa delle espansioni successive dei combustibili fossili (carbone prima, petrolio poi).
Lo sfruttamento dell’energia del sole mediante collettori termici solari costituisce
una tra le tecniche di riscaldamento di un fluido, l’acqua, alternative all’uso dei
combustibili fossili. Attualmente la tecnologia dei collettori solari è pienamente
sviluppata e, per una realtà industriale che deve affrontare costi energetici in continua
crescita, costituisce una possibile soluzione a supporto del fabbisogno energetico a
integrazione degli impianti di generazione di acqua calda di processo richiedendo
investimenti economicamente giustificati.
SOLARE TERMICO
Il recupero di energia mediante l’impiego di collettori solari dipende, innanzi tutto, dalla
disponibilità complessiva di energia solare, che in Italia corrisponde a un
irraggiamento medio annuo compreso tra 1.100 e 1.700 kWh/mq, equivalente al
contenuto energetico di circa 100-170 litri di gasolio o di 100- 170 metri cubi di metano.
Comunemente un impianto solare, a seconda del collettore impiegato, delle dimensioni e
del posizionamento, consente di trasformare in calore fino al 75% dell’irraggiamento
globale, dato dalla somma di quello diretto e di quello diffuso.
In Italia un impianto a collettori solari fornisce il massimo rendimento, ovviamente
nei mesi centrali dell’anno, con i collettori orientati verso sud e inclinati di 30°
rispetto al piano orizzontale.
SOLARE TERMICO
La curva caratteristica di rendimento del collettore è funzione del rendimento ottico (per
effetto della riflessione del vetro di copertura l’irraggiamento solare non viene totalmente
assorbito) e della cessione di calore per irraggiamento e convezione.
Poiché l’impiego dell’energia solare termica non solo migliora il rendimento
dell’impianto di produzione di calore per i processi industriali ma permette anche
un significativo risparmio energetico, sono state sviluppate nuove applicazioni
destinate ai processi produttivi industriali nell’ottica del risparmio energetico e della
riduzione delle emissioni inquinanti. L’impiego dei sistemi solari termici per i processi
industriali a bassa e media temperatura costituisce una considerevole integrazione
al fabbisogno di calore con conseguente interessante riduzione dei costi di gestione.
SOLARE TERMICO
UTILIZZO ENERGIA SOLARE TERMICA
Collettori Piani
Per riscaldamento
acqua
Collettori piani
Ad aria
Concentratori
Per calore
Di processo
SOLARE TERMICO
Il dispositivo base, "il collettore solare“, è costituito da un corpo nero assorbente
entro il quale può scorrere un fluido (con la funzione di captare l'energia irradiata
dal sole attraverso la superficie scura e trasferirla sotto forma di energia termica al
fluido) e una copertura selettiva trasparente sulla parte esposta al sole (con la funzione
di limitare le dispersioni per irraggiamento verso l'ambiente esterno), tutto racchiuso in un
un contenitore opportunamente isolato sulle pareti laterali e sulla parete opposta a quella
di ricezione della radiazione
I Collettori Solari vengono connessi tra loro in serie e parallelo in modo da riuscire a
produrre consistenti quantità di acqua calda con temperatura crescente a partire da
50°C.
IMPIANTO SOLARE TERMICO
In un impianto solare termico le principali componenti sono:
• il pannello solare vero e proprio, generalmente posizionato sulle coperture dei
fabbricati;
• il serbatoio di accumulo dell'acqua calda, di dimensione adeguata al fabbisogno
dell’utenza;
• una pompa per la circolazione dell'acqua e una centralina elettronica (nei sistemi a a
circolazione forzata);
• i collegamenti idraulici ed elettrici per il funzionamento dell’impianto stesso;
• un eventuale generatore termico tradizionale di supporto e/o integrazione.
IMPIANTO SOLARE TERMICO
SCHEMA DI UN IMPIANTO SOLARE TERMICO
COGENERAZIONE
COGENERAZIONE
La cogenerazione è la produzione combinata di elettricità e calore.
Dal punto di vista del rendimento energetico in un impianto convenzionale di produzione
di energia elettrica risulta che circa il:
• 35% dell'energia si trasforma in energia di tipo elettrico;
• 65% viene disperso sotto forma di calore.
Nell'impianto di cogenerazione il calore prodotto dalla combustione viene
recuperato per produrre calore impiegato poi in altri usi.
La cogenerazione consente di raggiunge una efficienza superiore all’ 80% e una
diminuzione delle emissioni della CO2.
COGENERAZIONE
Gli impianti di cogenerazione trovano applicazione anche all’interno di complessi
industriali.
Gli impianti consentono di aumentare l’efficienza di utilizzo delle fonti energetiche,
raggiungendo un rendimento termo-elettrico complessivo vicino all’80%. L’impiego di
impianti di cogenerazione è una componente chiave delle strategie energetiche nazionali
e non per ridurre l’inquinamento atmosferico ed il riscaldamento del globo terrestre.
La cogenerazione consiste nella produzione simultanea di energia elettrica e
termica: il vantaggio essenziale consiste nel fatto che il consumo totale di energia
primaria, necessaria per la produzione congiunta di energia elettrica e termica, è
inferiore a quello necessario per la produzione dello stesso ammontare energetico con
processi di trasformazione separati, mediante centrali elettriche tradizionali e/o caldaie.
COGENERAZIONE
RENDIMENTI ENERGETICI SISTEMI TRADIZIONALI
COGENERAZIONE
RENDIMENTI ENERGETICI COGENERAZIONE
COGENERAZIONE
In una centrale elettrica tradizionale solo una quota dell’energia primaria del
combustibile è convertita in energia elettrica, ed il resto viene perso come calore,
ad un basso livello termico dissipato nell’ambiente.
Con la cogenerazione distribuita si hanno inoltre minori perdite di trasmissione e di
distribuzione, evitando così la costruzione di grandi centrali ad elevato impatto
ambientale e rafforzando peraltro il sistema elettrico nazionale e limitando i danni
conseguenti ad eventuali black-out, i quali possono causare ingenti perdite economiche
ai cicli produttivi industriali.
Grazie ai progressi significativi che la tecnologia correlata agli impianti ha fatto nel
corso degli ultimi anni, la cogenerazione a livello europeo è riconosciuta come una
delle “migliori tecniche disponibili”.
COGENERAZIONE
Inoltre, è possibile, mediante l’inserimento di un gruppo assorbitore, utilizzare
l’energia termica prodotta dall’impianto di cogenerazione per ottenere acqua refrigerata.
In questo caso l’impianto è definito di “trigenerazione” in quanto da un’unica fonte (ed un
unico impianto) si ottengono tre forme di energia: elettrica, termica e frigorifera. In
questo modo si soddisfano le richieste interne di un’impresa, sia migliorando la qualità
della vita nel posto di lavoro, che diminuendo costi economici ed ambientali gravanti sulla
collettività e di conseguenza sull’impresa stessa a causa di un potere d’acquisto
diminuito dei consumatori a seguito di una maggiore pressione fiscale.
Oltre ai lati positivi sovraesposti, la cogenerazione presenta molti altri vantaggi:
COGENERAZIONE
• Eliminazione della caldaia e dei conseguenti costi di gestione, manutenzione ed
ammortamento.
• Garanzia di continuità del servizio perché il calore è prodotto in cogenerazione in
centrale termoelettrica.
• Garanzia di sicurezza contro rischi di esplosione ed incendio perché non si distribuisce
combustibile bensì acqua calda.
• Eliminazione dei vincoli, derivanti da motivi di sicurezza, imposti per legge alle centrali
termiche tradizionali.
TIPOLOGIE DEI SISTEMI DI COGENERAZIONE
•motori alternativi, a ciclo Otto o Diesel, da cui viene recuperato il calore del circuito di
raffreddamento del motore e dell’olio a bassa temperatura (da 50° a 90° C) e quello dei
gas di scarico ad alta temperatura (circa 400-500°C);
TIPOLOGIE DEI SISTEMI DI COGENERAZIONE
•turbine a gas, in cui i gas, prodotti dalla combustione di aria compressa e gas naturale,
si espandono in una turbina a gas (turbogas) la cui rotazione aziona un alternatore per la
produzione di energia elettrica. Il calore elevato dei volumi di gas di scarico viene
recuperato e utilizzato mediante scambiatori di calore per produrre acqua calda.
TELERISCALDAMENTO
TELERISCALDAMENTO
Il teleriscaldamento è un mezzo semplice, pulito, economico e sicuro per riscaldare un
insieme di immobili localizzati in una data area.
Teleriscaldamento vuol dire trasporto a distanza di calore ad uso riscaldamento e
acqua calda sanitaria.
Il calore, recuperato dai fumi di scarico della turbina a gas sotto forma di acqua calda, è
trasportato attraverso tubazioni interrate fino ad uno scambiatore di calore situato
presso l'utente; l'utente paga il riscaldamento a contatore in base al consumo effettuato,
come per l'energia elettrica, l'acqua e il gas.
Il teleriscaldamento è adatto sia per fabbricati di nuova costruzione sia per quelli
esistenti.
In questo secondo caso è sufficiente sostituire la caldaia con uno scambiatore di
calore allacciato alla rete di teleriscaldamento, senza dover effettuare modifiche al
preesistente impianto interno di riscaldamento.
TELERISCALDAMENTO
Come illustrato in precedenza nella cogenerazione oltre all’energia elettrica viene
prodotta contemporaneamente energia termica che può esser impiegata per produrre
acqua calda per uso civile trasportata agli utenti mediante una rete di tubazioni detta rete
di Teleriscaldamento.
Nei caso di cogenerazione abbinata a teleriscaldamento la produzione combinata di
energia elettrica e termica consente di ottimizzare i costi di esercizio e ridurre
drasticamente la quantità di emissioni nocive nell’atmosfera.
Negli impianti degli utenti al posto della caldaia (autonoma o centralizzata) viene inserito
uno scambiatore di calore allacciato alla rete di teleriscaldamento, con appositi sistemi di
contabilizzazione.
L’utente pertanto paga il calore in base al consumo effettuato, così come accade per
l'energia elettrica, l'acqua o il gas.
TELERISCALDAMENTO
SISTEMA COGENERAZIONE / TELERISCALDAMENTO
Particolare di posa delle tubazioni per teleriscaldamento
Ipotesi di sviluppo della rete
Ipotesi di sviluppo della rete
L’ipotesi proposta prevede la realizzazione di una rete principale di distribuzione ad
anello chiuso, che si snoda per una lunghezza ipotetica di circa 4 km nel centro cittadino.
Da questo anello saranno derivati i molteplici stacchi necessari per alimentare le
sottostazioni di scambio termico per l’allacciamento degli impianti termici esistenti nei
fabbricati che intenderanno usufruire di questo servizio.
La rete sarà costituita da una coppia di tubazioni (di mandata e ritorno), corredate di
tutte quelle apparecchiature, valvole di intercettazione, sfiati e drenaggi necessari per
ottimizzarne la gestione.
La distribuzione del calore alle utenze finali avverrà tramite l’installazione di una
sottocentrale di scambio termico, costituita essenzialmente da uno scambiatore di
calore idoneo alla volumetria da riscaldare e alla destinazione d’uso dell’edificio, e dalle
apparecchiature di regolazione e controllo e contabilizzazione.
Ipotesi di sviluppo della rete
Per quanto riguarda i combustibili, il gas potrà essere utilizzato per una quota parte,
ma prevedendo anche l’impiego di fonti alternative quali ad esempio le biomasse,
che consentono di incidere positivamente sull’impatto ambientale e sul ritorno
economico dell’operazione.
Al fine di massimizzare il rendimento, si è previsto un funzionamento continuativo del
cogeneratore nell’arco delle 24 ore, abbinando un serbatoio d’accumulo dell’acqua
calda prodotta in eccesso durante il periodo notturno di spegnimento degli impianti
utilizzatori, con la funzione di sopperire ai consumi di punta giornalieri.
In aggiunta sono previsti generatori di calore a combustibili alternativi, da
utilizzarsi in caso di emergenza o comunque a compensazione anch’essi dei picchi
di richiesta di energia termica da parte delle utenze.
Ipotesi di sviluppo della rete
Volumetria da riscaldare
circa 1’100’000 mc
Energia totale da produrre
circa 48‘000'000 kwh
Potenza termica necessaria
circa
19’000 kw
Potenzialità termica recuperata dai cogeneratori
Potenza termica delle caldaie
circa
circa
30%
70%
Potenza elettrica prodotta dai cogeneratori
circa
5’500 kw
Ipotesi di sviluppo della rete
A completamento della centrale risulta essenziale per il corretto funzionamento
dell’impianto l’installazione dei seguenti sistemi:
-Il sistema di accumulo dell’acqua calda prodotta, costituito da due serbatoi
coibentati aventi ciascuno idonea capacità;
-il sistema di pompaggio per la circolazione del fluido termovettore
all’interno della rete di teleriscaldamento, dotato di pompe ad alta
efficienza e controllate tramite inverter;
-il sistema di smaltimento del calore prodotto dai cogeneratori ma non
recuperabile all’interno della rete di teleriscaldamento;
- il sistema di trasformazione elettrica per adattare la tensione prodotta a quella
delle linee di distribuzione da asservire.
BIOMASSE
BIOMASSE
La valorizzazione energetica delle biomasse rimane uno dei punti di riferimento per
individuare un percorso, che veda nella riduzione delle emissioni dei vari gas ad
effetto serra, la strategia vincente.
Risulta infatti, grazie al bilancio tra l’energia prodotta attraverso le biomasse e
l’assorbimento del carbonio atmosferico e l’emissione di anidride carbonica dall’uso delle
biomasse a fini energetici, possibile considerare quali fonti rinnovabili le biomasse stesse.
Pensando di individuare fra i vari obiettivi la tutela del territorio, si può
ragionevolmente pensare di inserire l’impiego delle biomasse come una possibile
prospettiva sia sul piano energetico che su quello della riduzione delle emissioni.
BIOMASSE
Se poi, non meno importante, si pensa di individuare un obiettivo sociale nella logica
strategia delle biomasse con occasioni interessanti di attività socialmente utili,
credo sia quanto mai importante esplorare e intensificare detto settore che sembra dare
coinvolgimento anche di giovani.
Al fine però di definire programmi e progetti efficaci, risulta importante e
necessario conoscere lo stato dell’arte effettivo del mercato, che seppur in fase di
sviluppo è ancora poco noto, cercando di sgombrare il campo dai pregiudizi e/o
barriere che ostacolano l’uso delle biomasse.
Si può pensare che la piena e corretta valorizzazione delle biomasse, come recita il
rapporto 2003 dell’”ITABIA” (Italian Biomass Association):
“ … … sul nostro territorio darà i suoi migliori frutti se tutti gli attori coinvolti nel processo,
a livello nazionale, regionale e locale si muoveranno in maniera sinergica col fine
comune di affrontare la problematica dello sviluppo delle biomasse … …”
BIOMASSE
Le biomasse avranno sicuramente un ruolo importante nella lotta ai cambiamenti
climatici e daranno un notevole contributo allo sviluppo delle energie rinnovabili.
Perché questo avvenga nel modo più sostenibile possibile, esiste la necessità di
assicurare il mantenimento della biodiversità, in quanto l’utilizzo della biomassa potrebbe
aumentare la pressione sugli ecosistemi. In altre parole, una ottimizzazione di tutti i
processi legati all’utilizzo della biomassa, potrà contribuire alla riduzione dei gas
serra.
BIOMASSE
I principali impieghi delle biomasse a fini energetici sono la produzione di energia
(bioenergia)
e
la
sintesi
di
carburanti
(biocarburanti).
Le biomasse utilizzate provengono di solito da apposite coltivazioni o da colture
oleaginose.
Possono anche essere costituite da scarti di attività agricole e/o industriali, come la legna
da ardere, i residui agricoli e forestali, gli scarti dell'industria agroalimentare, i reflui degli
allevamenti e i rifiuti urbani.
L'uso di questi materiali come fonti energetiche consente allo stesso tempo di
eliminare i rifiuti delle attività umane e di produrre energia elettrica, riducendo la
dipendenza dalle fonti di natura fossile, come il petrolio.
BIOMASSE
Altri indiscutibili vantaggi delle biomasse sono la loro
abbondanza, la facile reperibilità, il basso costo, la
rinnovabilità.
Dal punto di vista ambientale, non contribuiscono
all'effetto serra, hanno basso tenore di zolfo e, quindi,
non contribuiscono alla produzione di piogge acide.
Inoltre, la fine del loro ciclo costituisce un potenziale
fertilizzante.
I processi di conversione in energia delle biomasse
possono essere ricondotti a due grandi categorie:
processi termochimici e processi biochimici.
BIOMASSE
I processi termochimici si fondano sull'azione del calore, che permette le reazioni
chimiche necessarie a trasformare la materia in energia.
Le biomasse impiegate per i processi di conversione termochimica sono la legna e
tutti i suoi derivati, i più comuni sottoprodotti colturali di tipo ligno-cellulosico e gli
scarti di lavorazione.
I processi di conversione biochimica permettono, invece, di ricavare energia per
reazione chimica dovuta al contributo di enzimi, funghi e micro-organismi, che si
formano nella biomassa in particolari condizioni.
Le biomasse più idonee per questo processo sono le colture acquatiche, alcuni
sottoprodotti colturali, i reflui zootecnici, alcuni scarti di lavorazione e alcune tipologie di
reflui urbani e industriali.
BIOMASSE
BIOMASSA
Molto Carbonio (C)
Poca Acqua (H2O)
Molto Azoto (N)
Molta Acqua (H2O)
Alcune specie
vegetali
Utilizzo Diretto
(combustione)
Processo di
Trasformazione
(digestione anaerobica,
Fermentazione,
Processo di
Trasformazione
Biogas
(65%metano
35% CO2)
Biocombustibili
Pirolisi
Energia Termica
Energia Elettrica
Biomassa
SECCA
Biomassa
UMIDA
BIOMASSE
Stima di produzione Biomasse
Biomassa
Concentrazione
territoriale (t/ha)
Coltivazioni apposite oleagginose (colza, girasole ecc)
1 t di olio / ha / anno
Coltivazioni apposite ligneo-cellulosiche (mais, canna, ecc) 3-15 t / ha / anno
Scarti da colture erbacee (mais, riso, grano ecc)
2-5 t / ha / anno
Materiale legnoso derivante da potature
1 – 4 t / ha / anno
Produzione dalle siepi e filari
2 -3 t / 100mt / anno
RISPARMIO ENERGETICO
RISPARMIO ENERGETICO
L’efficienza energetica rappresenta la principale ricetta per rispondere alla doppia sfida
posta oggi al settore energetico mondiale: ridurre la dipendenza da combustibili
fossili e abbattere conseguentemente l’impatto ambientale del settore energetico.
Il piano d’azione recentemente presentato dalla Commissione Europea indica in ambito
UE l’obiettivo di riduzione al 2020 del 20% dei consumi energetici attuali; si stima che
una analoga percentuale di riduzione possa essere l’obiettivo per l’Italia.
Applicare tra il 2007 ed il 2020 soltanto le misure ad oggi economicamente convenienti
consentirebbe di attuare un risparmio energetico pari ad 83 TWh/anno nel 2020.
Come riportato nel diagramma seguente, si nota come circa l’80% di settori di
applicazione sia concentrato nell’industria e nel terziario, che pertanto rappresentano i
soggetti da sensibilizzare maggiormente in questa razionalizzazione dei consumi
energetici.
RISPARMIO ENERGETICO
DISTRIBUZIONE DEL POTENZIALE ECONOMICAMENTE CONVENIENTE
8%
13%
34%
servizi pubblici
residenziale
industriale
45%
terziario commerciale
RISPARMIO ENERGETICO
EFFICIENZA ENERGETICA
produrre gli stessi prodotti e servizi con meno energia
minor impatto
sull’ambiente
minori costi
(per le aziende e
per il sistema Italia)
RISPARMIO ENERGETICO
•Le tecnologie rilevanti ai fini dell’efficienza energetica individuate ad ora sono:
– GENERAZIONE DI ENERGIA ELETTRICA
– COGENERAZIONE/TRIGENERAZIONE
– CLIMATIZZAZIONE
– COIBENTAZIONE E/O ALTRI INTERVENTI EDILI
– MOTORI ELETTRICI/INVERTERS
– SISTEMI DI PROPULSIONE
– RIFASAMENTO
– ILLUMINAZIONE
– ELETTRODOMESTICI
– ICT/AUTOMAZIONE (BUILDING AUTOMATION)
RISPARMIO ENERGETICO
Alcune Applicazioni con Particolari Ritorni per il Settore Industriale
•COGENERAZIONE / TRIGENERAZIONE
•EDIFICI INDUSTRIALI / UFFICI
•Coibentazione
•Riscaldamento / Condizionamento
•Illuminazione
•MOTORI ED INVERTERS
•RIFASAMENTO
RISPARMIO ENERGETICO
Motori elettrici asincroni trifase in BT
Una possibilità di contribuire al risparmio energetico è l’impiego di motori ad
alta efficienza sia nel caso di nuove installazioni che nel caso di
sostituzione di motori esistenti, che in virtù del maggiore rendimento
consentono di ridurre i consumi elettrici in maniera proporzionale alle ore di
funzionamento.
Questo consente inoltre di ammortizzare in breve tempo i costi di acquisto di
detti motori, in quanto come si vede nel grafico, il costo d’acquisto del motore
stesso rappresenta solamente una minima parte rapportata al consumo di
energia elettrica durante il periodo di vita del motore stesso.
I motori ad alta efficienza sono suddivisi in due classi, denominate eff1 (la
migliore) ed eff2, per le quali sono stabiliti i rendimenti minimi che devono
assicurare.
RISPARMIO ENERGETICO
RISPARMIO ENERGETICO
EFFICIENZA DEI MOTORI ELETTRICI
IN FUNZIONE DELLA POTENZA
RISPARMIO ENERGETICO
Il programma valutato dalla Commissione Europea (CE) permette di aiutare le
aziende a risparmiare energia elettrica nel campo degli azionamenti eletrici per
tutti quelli che si adopereranno per attuare un piano di efficienza energetica
sostenibile.
RISPARMIO ENERGETICO
RIFASAMENTO
Oggi in Italia se si consuma energia reattiva Q per più del 50% dell’energia
attiva P consumata si paga una penale al distributore per il disturbo provocato
alla rete e le perdite generate.
Parecchie aziende pagano, ed a volte senza saperlo, salate penali in bolletta
per il reattivo consumato.
Con l’installazione di condensatori di rifasamento si ha in moltissimo casi un
ritorno a breve.
Diffondere maggiore conoscenza sui dati tecnici relativi al rifasamento, i costi e i
benefici
economici
che
ne
derivano
e
i
relativi
tempi
di
dell’investimento, favorisce comunque un effettivo risparmio energetico.
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