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Risparmio Energetico ed Energie rinnovabili: Geotermia, Solare termodinamico e microeolico

Risparmio Energetico ed Energie rinnovabili: Geotermia, Solare termodinamico e microeolico Giampaolo Manfrida. Italia: storia recente dei consumi. Conversione : 1 TEP = 42 GJ = 11600 kWh. Spingere le rinnovabili verso la produzione di calore: una necessità!.

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Risparmio Energetico ed Energie rinnovabili: Geotermia, Solare termodinamico e microeolico

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  1. Risparmio Energetico ed Energie rinnovabili: Geotermia, Solare termodinamico e microeolico Giampaolo Manfrida

  2. Italia: storia recente dei consumi..... Conversione : 1 TEP = 42 GJ = 11600 kWh

  3. Spingere le rinnovabili verso la produzione di calore: una necessità! • Quasi il 50% dell’energia primaria è consumata per produrre calore. • Anche il condizionamento sta assumendo un ruolo sempre più importante nei consumi elettrici • Proposta UE: incrementare dal 10 al 25% la quota di rinnovabili per riscaldamento e raffreddamento EFFICIENZA ENERGETICA ED ENERGIE RINNOVABILI: aspetti di natura tecnica

  4. Non Elettrici (Riscaldamento, trasporti,..)

  5. L’energia elettrica rappresenta solo una frazione del consumo totale di energia (attorno al 20% a livello mondiale)

  6. Interventi di risparmio energetico I provvedimenti della UE in materia di razionalizzazione dell’utilizzo delle fonti energetiche: il 20 – 20 – 20 Obiettivi al 2020: • Efficienza energetica: risparmio di energia primaria del 20% • Fonti rinnovabili: 20% di energie rinnovabili • Emissioni CO2: riduzione del 20%

  7. Il 20 – 20 – 20 per l’Italia: cosa significa? • Consumi totali di energia primaria = 145 MTEP • Così suddivisi per settore (al 2005): • Trasporti ~ 30% • Industria ~ 28% • Residenziale ~ 21% • Terziario ~ 11% • Altri ~ 10% • Risparmiarne il 20% equivale a ~ 30 MTEP • Suddivisione per fonte (~ 198 MTEP lordi) : • Petrolio ~ 43% • Gas ~ 36% • Carbone ~ 9% • Elettricità primaria ~ 6% • Altri ~ 6% È il 57% dell’energia elettrica totale immessa in rete!

  8. Il settore industriale: la Task Force Efficienza Energetica di Confindustria • Valutazione dei possibili risparmi conseguibili con ridotti oneri addizionali alle imprese • Individuazione dei settoripiù interessanti per dimensione e risparmi • Evidenziare le tecnologie disponibili sulla base di accurate analisi costi/benefici • Indirizzare le istituzioni verso una politica per l’efficienza energetica di medio - lungo termine • Definire azioni di comunicazione e informazione

  9. Il lavoro della Task Force (in collaborazione con ENEA e CESI) • Analisi per settore: approfondimento delle tecnologie rilevanti • Per ciascuna tecnologia: periodo iniziale considerato al 2005 e prevedibile andamento del mercato al 2016 • Elaborazione ed individuazione di scenari di possibili risparmi in funzione di diverse politiche di incentivazione ed analisi costi/benefici

  10. Ripartizione settoriale dei Consumi di energia elettrica in Italia (2005) Settore industriale: ha assorbito il 49% del consumo nazionale di energia elettrica (circa 154000 GWh) Circa l’80% dei quali è assorbito da motori elettrici (rapporto CESI) • Ripartizionegeneraledeitotaliconsumielettrici (per tuttiisettori): • Motori~ 45-50% • lluminazione~ 14-17% • Elettrodomestici ~ 12-15% • Stand by, caricabatterie, etc. > 4%!

  11. Motori elettrici Incidenza su consumo primario: 18% • Interventi relativi a: • - industria e costruttori di macchinari e prodotti i cui componenti includono motori elettrici • Interventi previsti: • Installazione di motori efficienti di potenza 1  90 kW (motori in classe eff 1) • Installazione di inverter su motori a regime variabile • Risparmi conseguibili • 9,7  18 TWh • 7%  13% dei consumi primari dei motori elettrici al 2005

  12. Incentivi: Finanziaria 2008 per motori e inverters Fino al 31 dicembre 2010 Detrazione dall’imposta lorda del 20% della spesa per l’acquisto di motore ad alto rendimento o di un inverter (acquisto e l’installazione sul territorio nazionale) Dal 1º gennaio 2010 È vietata la commercializzazione di motori elettrici appartenenti alla classe 3anche all’interno di apparati

  13. Settore civile: Riscaldamento/raffrescamento e acqua calda sanitaria Incidenza su consumo primario generale: 22% • Incidenza sui consumi complessivi del settore civile = 60% • Possibili vantaggi derivanti dall’integrazione tra le varie tecnologie • Diversi interventi possono essere combinati: • Coibentazione e interventi edili (serramenti più efficienti) • Tecnologie per riscaldamento e acqua calda sanitaria (caldaie ad alta efficienza, pannelli solari termici ecc) • Tecnologie per raffrescamento • Risparmi conseguibili: • 5,6  8 Mtep • 15%  20% dei consumi per riscaldamento/raffrescamento del 2005

  14. Incentivi: Finanziaria 2008 per la riqualificazione energetica degli edifici • Fino al 31 dicembre 2010 • Prorogate le detrazioni fiscali del 55%per la riqualificazione energetica degli edifici • Entro il 31 dicembre 2009 • Ladetrazione del 55% si applica anche alle spese per la sostituzioneintera o parziale di impianti di climatizzazione invernalenon a condensazione, sostenute • Le modalità per il riconoscimento dei benefici stabilite con un decreto del Ministro Economia e Finanze

  15. Una fonte fondamentale: il risparmio e la certificazione energetica Esempio: appartamento di 100 m2 con superficie finestrata del 20%, piano singolo, su garage/cantina al 25%, situato in zona centrale nel comune di Pistoia

  16. La classe energetica dell’edificio e i possibili miglioramenti

  17. ILLUMINAZIONE Incidenza su consumo primario: 6% • Sono considerati gli impieghi per illuminazione sia civile che industriale • Tecnologie efficienti: • Lampade efficienti (da incandescenza a CFL) • Sistemi di alimentazione efficienti • Sistemi di regolazione del flusso luminoso • ICT e sistemi di controllo • Risparmi conseguibili • 12,5  17 TWh • 25%  35% dei consumi per illuminazione del 2005

  18. Altri usi elettrici e termici nel settore civileincidenza su consumo primario: 8% • Elettrodomestici, sistemi ITC, sistemi per la refrigerazione e la ristorazione (cottura) • Tecnologie efficienti: • Frigoriferi e congelatori efficienti (classe A++) • Lavabiancheria e lavastoviglie in classe A superiore • Riduzione dei consumi di stand-by (nuove famiglie di prodotti) • Risparmi conseguibili negli impieghi elettrici • 7,5  22 TWh • 9%  25% dei consumi di settore del 2005

  19. Settore civile,Casi specifici: UfficiIndagine ENEA in varie zone climatiche Edifici per ufficio in zona climatica D m3/anno di gas per m2

  20. Edifici per ufficio in zona climatica D Consumi elettrici annui per m2 …. Per zona climatica: … e per addetto:

  21. Consumi elettrici negli uffici

  22. Risparmio energetico per diversi tipi di intervento (edificio uso Ufficio – Riscaldamento)

  23. Risparmio energetico per diversi tipi di intervento (edificio uso Ufficio – Raffrescamento)

  24. Settore civile,Casi specifici: Scuole - Indagine ENEA Un edificio è tanto più efficiente quanto più è compatto. In altre parole quanto più è piccolo il rapporto S/V (minore superficie disperdente rispetto al volume che racchiude). Solamente il 4% degli edifici scolastici analizzati presenta un rapporto di forma S/V minore di 0,3 (Figura 127), questo significa che mediamente gli edifici hanno una grande superficie disperdente. A differenza di edifici passivi residenziali, quelli scolastici dovrebbero essere riscaldati a regime intermittente (riduzione del riscaldamento nelle ore senza lezione). Il regime intermittente porta ad una temperatura interna media inferiore a quella di progetto e, con l’abbassamento della temperatura, si ridurrebbero anche le perdite di calore.

  25. Applicazione di fonti rinnovabili al settore abitativo (ENEA, 2010)Sistemi di microcogenerazione distribuita

  26. Consumi energetici per settore industriale (2008; ENEA)

  27. Consumi elettricità nel settore industriale (2008; ENEA) ENEA valuta che potrebbero essere introdotti ca 1.000.000/anno di motori ad alta efficienza di potenza compresa nell’intervallo 5-90 kW, con un risparmio di ca 1,37 TWh/anno ed un risparmio economico per gli utenti finali di ca 178 M€1, con un tempo di ritorno inferiore a tre anni. Il risparmio potenziale proveniente dagli inverter è ancora maggiore, pari a circa 3,5 TWh/anno, corrispondenti ad un risparmio per gli utenti di ca 450 M€. Uno studio realizzato da Confindustria2 quantifica i possibili risparmi energetici conseguibili con motori al alta efficienza in abbinamento ad inverter. La sostituzione forzata di motori a seguito della normativa cogente potrebbe produrre risparmi energetici fino 5,9 TWh/anno al 2020, corrispondenti a ca 750 M€ di risparmio economico per gli utenti finali. L’inverterizzazione di tutto il potenziale porterebbe ad un risparmio del 35% nel settore ventilazione e pompaggio, del 15% nel settore dei compressori e del 15% per le altre applicazioni.

  28. Usi termici in industria e agricoltura Incidenza sul consumo primario: 18% • Sono presenti principalmente nelle industrie di processo (agroalimentare, tessile, cartiere, ecc.) • Tecnologie efficienti: • Impianti di cogenerazione ad alta efficienza di grossa, media e piccola taglia • Interventi di miglioramento dell’efficienza dei processi industriali, anche mediante nuovi sistemi di automazione • Risparmi conseguibili • 0,8  4 Mtep • 2,5%  12,5% dei consumi del 2005

  29. Crescita del Mercato solare termico nella EU 25 Capacità installata di solare termico ogni 1000 abitanti (in kW e m2) al 2005 Distribuzione del Mercato solare termico nella EU 25 al 2005 Quante sono le installazioni solari termiche in Europa? Italia: abbondantemente indietro rispetto a paesi con molta meno insolazione

  30. Il solare termico nei processi industriali Temperatura < 250 °C Per un fruttuoso utilizzo della fonte solare in ambito industriale Richiesta di energia termica continua e costante  Esclusi processi fortemente stagionali (4 – 6 mesi di inattività) • Classificazione processi industriali in base profilo della domanda di calore: • Domanda continua (24 ore/giorno per 7/7 giorni) • essiccamento del malto (aria calda a 60 °C), essiccamento nelle cartiere (vapore a 135 °C); • Domanda per riscaldamento dei fluidi contenuti in vasche, necessario per: • - Mantenere costante la temperatura durante lo svolgimento di un processo; • Preriscaldare all’avvio di un processo il liquido contenuto nelle vasche; • Riscaldamento del fluido dopo la sua sostituzione. • processi di tintura e candeggio (industria tessile), lavaggio di bottiglie (settore bevande); • Preparazione di acqua calda per diversi usi EFFICIENZA ENERGETICA ED ENERGIE RINNOVABILI: aspetti di natura tecnica

  31. L’accoppiamento tra il solare termico e i processi industriali Strettamente dipendente dalle peculiarità del processo industriale in esame. Può variare moltissimo anche nell’ambito della stessa “famiglia” produttiva (per dimensioni, macchinari disponibili, grado di automazione, sistema termico preesistente, ecc.) Modalità d’integrazione della fonte solare • L’impianto solare può essere accoppiato: • direttamente al processo specifico; • può “aiutare” il sistema centrale di produzione di calore, preriscaldando l’acqua in ingresso ad una caldaia a vapore o generando direttamente vapore (questa ultima è circostanza è molto rara) Scelta tipologia collettori: dipende principalmente dalla temperatura alla quale è richiesto il calore. Opzioni possibili: • Collettori piani vetrati selettivi (fino a 70÷80°C); • Collettori speciali ad elevata efficienza (fino a circa 150 °C); • Collettori parabolici lineari (PTC, fino a 400 °C)

  32. Temperatura di lavoro Criteri di valutazione della fattibilità di sistemi solari per processi industriali. Condizioni climatiche Continuità della domanda Taglia del sistema Energia da fonte solare Frazione solare Disponibilità di tetti o terreni Caratteristiche statiche tetti Recupero del calore di scarto

  33. Censimento degli impianti solari esistenti Sotto vuoto A concentrazione Parabolici Piani Distribuzione per tipologia di collettori Altri Distribuzione per calore di processo e potenza installata Distribuzione per temperatura di esercizio • La maggior parte dei sistemi: • per temperature < 50 °C  taglia intorno a 100 kW • per temperature > 150 ºC  soltanto impianti di grandi dimensioni (> 100 – 200 kW)

  34. Il potenziale di applicazione del solare termico per processi industriali in italia • Energia destinata alla produzione di calore a bassa e media temperatura consumata dall’industria: • 1/3 della domanda totale di energia termica industriale. • Settori potenzialmente compatibili con l’utilizzo di energia solare: • agro-alimentare, tessile e chimico • Bolletta energetica a loro imputabile: • 92 TWh

  35. Distribuzione della superficie solarizzabile • Potenziale applicazioni industriali italiane: • a bassa T in copertura: 5.810.000 m2; • • a bassa T in facciata: 1.490.000 m2; • • a media T in copertura: 15.725.000 m2; • • a media T in facciata: 3.456.000 m2 • Totale = 25.6 Milioni di m2 • 18,5 GW termici • energia prodotta in un anno = 15,6 TWh • Contributo medio in facciata = 10%

  36. Superficie solarizzabile e contributo energetico degli impianti solari nello scenario di medio periodo • Nel breve – medio periodo (2020) realisticamente (potenziale effettivo): • settori con processi termici a media temperatura • 40% della superficie disponibile in copertura • 20% di quella in facciata L’energia globale producibile annualmente = 8,8 TWh potenza installata = 10 GW

  37. Studio su Distretto tessile (Macrolotto 1 Prato; 2010)

  38. Studio su Distretto tessile (Macrolotto 1 Prato; 2010)

  39. 21% in Tromsø, Norway (70ºN) 40% in Yellowknife, Canada (62ºN) 32% in Warsaw, Poland (52ºN) 51% in Harbin, China (46ºN) 67% in Sacramento, USA (39ºN) 39% in Tokyo, Japan (36ºN) 78% in Marrakech, Morocco (32ºN) 75% in Be’er-Sheva, Israel (31ºN) 81% in Matam, Senegal (16ºN) 59% in Puerto Limón, Costa Rica (10ºN) 59% in Jakarta, Indonesia (6ºS) 86% in Huancayo, Peru (12ºS) 69% in Harare, Zimbabwe (18ºS) 65% in Sydney, Australia (34ºS) 39% in Punta Arenas, Chile (53ºS) Alcuni esempi di potenzialità di risparmio domestico con integrazione solare termico • Per un sistema solare termico di uso domestico • 6 m2 di collettori vetrati • Domanda di 300 l/giorno di acqua calda a 60ºC e • 300 l di stoccaggio • La frazione solare è: EFFICIENZA ENERGETICA ED ENERGIE RINNOVABILI: aspetti di natura tecnica

  40. Energia Elettrica

  41. Bilancio Energia Elettrica • Italia, 2009 • 320000 GWh, di cui 40000GWh importati • Prevalenza negli usi di Industria/Terziario • Usi domestici in crescita • Bilancio Energia Elettrica da Rinnovabili Italia, 2008 • 43000 GWh Idroelettrico • 6000 GWh Eolico • 6800 GWh Geotermia • 200 GWh Solare • 4500 GWh biomasse • 1500 GWh da rifiuti

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