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Ing. CARLO PIEMONTE
Unione Geotermica Italiana
SVILUPPO DEI PROGETTI
DI TELERISCALDAMENTO
Studio Associato di Ingegneria - Milano
Università degli Studi di Brescia
Piancastagnaio, 11 dicembre 2012
POSSIBILI SORGENTI FREDDE
PER POMPE DI CALORE ACQUA-ACQUA
• CORSI D’ACQUA SUPERFICIALI (FIUMI , ROGGE, ETC.)
• LAGHI E BACINI IDRICI
• ACQUA DI MARE
• ACQUA DI FALDA
• ACQUE GEOTERMICHE
• ACQUA DI ALIMENTAZIONE DELLE RETI DI DISTRIBUZIONE DI ACQUA POTABILE
COMUNALE
• ACQUA IN USCITA DA IMPIANTI DI DEPURAZIONE
• ACQUE LURIDE DA SISTEMI FOGNARI CITTADINI
• ACQUA DI CIRCUITO LAVAGGIO FUMI DI FORNI INCENERITORI
• ACQUA DI CIRCUITI DI TORRE DI RAFFREDDAMENTO
• ACQUA DI CIRCUITI DI RAFFREDDAMENTO DI CENTRALI ELETTRICHE
(COGENERATIVE E NON)
VANTAGGI DI UTILIZZO DI RISORSE SUPERFICIALI
• LE RISORSE SUPERFICIALI SONO FACILMENTE ACCERTABILI
• ASSENZA O COMUNQUE RIDUZIONE DEL RISCHIO MINERARIO
• MINORI COSTI DI INVESTIMENTO PER
L’APPROVVIGIONAMENTO
• ASSENZA DI RISCHIO DI DEPRIMERE CON L’EMUNGIMENTO
ALTRE ATTIVITÀ (AD ESEMPIO, ATTIVITÀ TERMALI)
• CHIMISMO IN GENERE MENO PROBLEMATICO
• PROCEDURE AUTORIZZATIVE PIÙ SEMPLICI
• POSSIBILITÀ DI COMPENSARE IL MINOR SALTO TERMICO
RECUPERABILE DALLA SORGENTE FREDDA CON UNA
MAGGIORE DISPONIBILITÀ DI PORTATA
MOTIVAZIONI PER UN PREVEDIBILE SVILUPPO
DI SISTEMI DI TELERISCALDAMENTO GEOTERMICI
• AMPIA DISPONIBILITÀ SUL TERRITORIO NAZIONALE DI RISORSE
GEOTERMICHE
• TENDENZA A UN CONSISTENTE SVILUPPO DEL
TELERISCALDAMENTO PER LA NECESSITÀ DI FIDELIZZAZIONE
DEL CLIENTE FINALE
• DISPONIBILITÀ DI POMPE DI CALORE CHE POSSONO EROGARE
ACQUA CALDA ALLA TEMPERATURA DI 90°C
• TREND DI CRESCITA DEL PREZZO DELL’ENERGIA ELETTRICA
INFERIORE A QUELLO DEI COMBUSTIBILI FOSSILI
• CONTRIBUTO A FONDO PERDUTO (CREDITO D’IMPOSTA) PER
SISTEMI DI TELERISCALDAMENTO GEOTERMICI PARI A 0,0258
EURO/kWht IN CONTO ESERCIZIO E 20,66 EURO/kWt IN CONTO
CAPITALE (SOLO PER ZONE CLIMATICHE E ED F)
FLUIDI DI LAVORO PER CICLI
A POMPA DI CALORE
• R 134a
• R 245fa (per applicazioni particolari)
•R 1234ze (per applicazioni particolari)
CAMPI DI APPLICAZIONE
DEI DIVERSI TIPI DI COMPRESSORE PER POMPE DI CALORE
TEMPERATURE MASSIME OTTENIBILI PER L’ACQUA CALDA
CON CICLI A POMPA DI CALORE BISTADIO
COMPRESSORE CENTRIFUGO
(SOLO CON R245fa O R1234ze)
COMPRESSORE
A VITE O
CENTRIFUGO
CO
MP
RE
SS
OR
E A
VIT
E
CO
MP
RE
SS
OR
E A
PIS
TO
NI
TE
MP
ER
AT
UR
A
MA
SS
IMA
(°
C)
POTENZA TERMICA (kW)
COMPRESSORE
CENTRIFUGO
10
0
100
90
80
70
30
20
15.000
COMPRESSORE
CENTRIFUGO
60
50
40
20.0009000 10.0005.000 6.000 1.000 2.000
NUMERO STADI DELLA POMPA DI CALORE
• UNO PER SALTO TERMICO MAX DI 40°C TRA CONDENSATORE
ED EVAPORATORE
• DUE PER SALTO TERMICO FINO A 85°C TRA CONDENSATORE
ED EVAPORATORE
VALORI INDICATIVI DI COP
(COEFFICIENTE DI PRESTAZIONE)
PER POMPE DI CALORE CON COMPRESSORE CENTRIFUGO
TEMPERATURA SCARICO
SORGENTE FREDDA
TEMPERATURA USCITA
ACQUA CALDACOP
8 °C 80 °C 2,9 - 3
8 °C 90 °C 2,65 - 2,8
In funzione solo durante il periodo di riscaldamento
Numero di unità 1xFamagosta 1xCanavese
Refrigerante R134a
Sorgente di calore Acqua di falda
Dati tecnici Singola unità
Potenza frigorifera 9’732 kW
Temp. in/out acqua fredda 15.0 / 7.6 °C
Portata acqua fredda 1’150 m3/h
Temp. in/out acqua telerisc. 65.0 / 90.0 °C
Portata acqua telerisc. 546 m3/h
Potenza ele. compressore 5’768 kW
Potenza termica 15’500 kW
COP 2.68
Teleriscaldamento “AEM Milano” di Famagosta e Canavese, Italia
POMPE DI CALORE CENTRIFUGHE BISTADIO DI GRANDE POTENZA
Teleriscaldamento per Vaertan, Stoccolma
Numero di unità 6
Refrigerante R134a / R22
Potenza termica totale 180’000 kW
Temp. in/out acqua telerisc. 50 / 80°C
Sorgente di calore Acqua di mare,
diretta
Temp. in/out sorgente calore 3.5 / 1.7°C
UNITA’ PACKAGE CENTRIFUGHE
Serbatoio di accumulo acqua calda
Värtan
6 unità in funzione con successo dal 1985
Teleriscaldamento per Vaertan, Stoccolma
Rielaborazione grafica
Centrale di teleriscaldamento/teleraffreddamento “Katri Vala”, Helsinki, Finlandia
POMPE DI CALORE DI GRANDE POTENZA
COMBINATE CON PRODUZIONE FRIGORIFERA
IL PIU’ GRANDE IMPIANTO AL MONDO
PER LA PRODUZIONE COMBINATA DI
ENERGIA TERMICA E FRIGORIFERA
Progetto
Teleriscaldamento/teleraffreddamento “Katri Vala”, Helsinki, Finlandia
Pronta per
la coibentazione
POMPE DI CALORE DI GRANDE POTENZA
COMBINATE CON PRODUZIONE FRIGORIFERA
Estate
Numero di unità 5
Refrigerante R134a
Sorgente fredda Acqua teleraff.
Potenza frigorifera 60’000 kW
Temp.in/out acqua fredda 20.0 /
4.0 °C
Portata acqua fredda 3’225
m3/h
Temp.in/out acqua telerisc. 45.0 / 88.0 °C
Portata acqua telerisc. 1850
m3/h
Potenza ele. compresore 30’565
kW
Potenza termica 90’565
kW
COP 2.96
Inverno
5
R134a
Acq. fognatura, indiretta
60’000 kW
10.0 / 4.0 °C
8’600 m3/h
50.0 / 62.0 °C
6’105 m3/h
23’850 kW
83’850 kW
3.51
Centrale di teleriscaldamento/teleraffreddamento “Katri Vala”, Helsinki, Finlandia
POMPE DI CALORE DI GRANDE POTENZA
COMBINATE CON PRODUZIONE FRIGORIFERA
5 unità in funzione con successo dal 2006
SISTEMA DI TELERISCALDAMENTO
AL SERVIZIO DEL POLO UNIVERSITARIO DI ZURIGO
CON POMPE DI CALORE AD ACQUA DI FIUME
SISTEMA DI TELERISCALDAMENTO
AL SERVIZIO DEL POLO UNIVERSITARIO DI ZURIGO
CON POMPE DI CALORE AD ACQUA DI FIUME
Sistema di teleriscaldamento al servizio di Morbegno (SO), Italia
•Numero di unità 1
•Tipo UNITOP® 33 CY
•Potenza termica 3’740 kW
•Temp. acqua tlr in/out 60 / 84°C
•Temp. acqua raffr.motori in/out 46 / 40°C
•COP [riscaldamento] 4.294
Morbegno – recupero di calore
dal circuito di raffreddamento di motori a gas
Morbegno – recupero di calore
dal circuito di raffreddamento di motori a gas
Installazione della pompa di calore di SEM Morbegno
SISTEMI DI
TELERISCALDAMENTO DA 73 MWt
E
TELERAFFREDDAMENTO DA 23 MWf
A SERVIZIO DI UNA IMPORTANTE
CITTÀ IN FRANCIA
CONFIGURAZIONE DEI POZZI DI ACQUA DI FALDA
PER IL PROGETTO DI TELERISCALDAMENTO GEOTERMICO
PER UNA IMPORTANTE CITTÀ FRANCESE
Implantation des 18 puits pour l’estimation du potentiel géothermique de la Craie
Etats de saturation thermique de la Craie (en froid à gauche - en chaleur à droite)
POMPE DI CALORE REVERSIBILI
CON SORGENTE FREDDA COSTITUITA DA ACQUA DI FALDA
PER IL PROGETTO DI TELERISCALDAMENTO GEOTERMICO
A SERVIZIO DI UNA IMPORTANTE CITTÀ FRANCESE
Friotherm
UNITOP 33/28CPY-
8149U
Friotherm
UNITOP 23/22BY-
7097U
Fluido refrigerante R134a R134a
Funzionamento Invernale Invernale
Sorgente fredda Acqua di falda Acqua di falda
Potenza termica sottratta a sorgente fredda 5.250 kW 2.200 kW
Temp. sorgente fredda in/out 14/5 °C 14/5 °C
Sorgente calda Acqua TLR Acqua TLR
Potenza termica ceduta a sorgente calda 8.000 kW 3.436
Temp. sorgente calda in/out 65/80 °C 65/80 °C
Funzionamento Estivo Estivo
Sorgente fredda Acqua gelida Acqua gelida
Potenza termica sottratta a sorgente fredda 9.500 kW 3.250 kW
Temp. sorgente fredda in/out 14/4,5 °C 14/5 °C
Sorgente calda Acqua di falda Acqua TLR
Potenza termica ceduta a sorgente calda 11.310 kW 4.936 kW
Temp. sorgente calda in/out 16/32 °C 65/80 °C
ESEMPIO APPLICATIVO DI POMPA DI CALORE
PER RISORSE GEOTERMICHE PROFONDE
(ACQUA CALDA A ALTA TEMPERATURA)
kW kW
°C °C °C
t/h t/h t/h
°C
t/h
kW kW
°C
t/h
°C
t/h
°C °C °C
t/h t/h t/h
°C
t/h
°C °C °C
t/h t/h t/h
kW kW
°C
t/h
CONDENSER + SUBCOOLER
EVAPORATOR
CONDENSER + SUBCOOLER
ELECTRICAL MOTOR
60
EVAPORATOR250,0
HEAT PUMP 1
SUBCOOLER
CONDENSER
5.760 6.277
ELECTRICAL MOTOR
CONDENSER
79,8
424,6
4.580
1.718
3,65 4,74 COP COP
HEAT PUMP 2
65,0
1.215
44
250,0
65
212,3
SUBCOOLER
68,5
212,3
212,3
44
28
250,0
424,6
250,0
60
250,0
4.610
68,2
424,6
67,8
212,3
65
90,0
424,6
79,8
424,6
GROUND WATER
DISTRICT HEATING
M
GROUND WATER
DISTRICT HEATING
M
TELERISCALDAMENTO
GEOTERMICO
DA 35 MWt
A SERVIZIO DI UNA
IMPORTANTE CITTÀ
IN SPAGNA
BACINO D’ UTENZA
PROVINCIA DI SASSARI
TELERISCALDAMENTO DI
SANTA MARIA COGHINAS, VIDDALBA E VALLEDORIA
PROVINCIA DI SASSARI
TELERISCALDAMENTO DI
SANTA MARIA COGHINAS, VIDDALBA E VALLEDORIA
RISORSE GEOTERMICHE
PROVINCIA DI SASSARI
TELERISCALDAMENTO DI
SANTA MARIA COGHINAS, VIDDALBA E VALLEDORIA
RISORSE GEOTERMICHE
SORGENTE FREDDA
GRATUITA
SISTEMA INTEGRATO POMPA DI CALORE + MOTORE A GAS
100
ENERGIA
TERMICA
ENTRANTE ENERGIA
ELETTRICA
RECUPERO
TERMICO DAL
MOTORE
42
126
ENERGIA
TERMICA
UTILE
169
43
84
COPERTURA DELLA CURVA DI DURATA
DEL CARICO TERMICO
Potenza termica alla punta: 10.000 kW
Fabbisogno termico totale: 19.300 MWh/anno
0
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
7.000
8.000
9.000
10.000
11.000
0 500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000
Durata (h/anno)
Po
ten
za t
erm
ica
(kW
)
CASO CON IL SOLO MOTORE COGENERATIVO
Energia termica da motore cogenerativo: 4.000 MWh/anno (20%)
Energia termica da caldaie: 15.300 MWh/anno (80%)
CASO CON MOTORE COGENERATIVO E POMPA DI CALORE
Energia termica da motore cogenerativo: 8.000 MWh/anno (40%)
Energia termica da pompa di calore: 9.000 MWh/anno (45%)
Energia termica da caldaie: 2.300 MWh/anno (15%)
POMPA DI CALORE BISTADIO CONVENZIONALE
SOLUZIONE CON POMPA DI CALORE BISTADIO CON RECUPERO
DI CALORE AGGIUNTIVO INTERSTADIO
CASO A B C
Taglia piccola media grande
Fluido lavoro
Potenzialità termica (kW) 3.000 8.950 20.000
COP 2,95 2,75 2,68
Sorgente fredda
Fluido
Portata (m3/h) 341 688 1.363
Temperatura ingresso (°C) 13 13 14
Temperatura uscita (°C) 8 5,9 6
Sorgente calda
Fluido
Portata (m3/h) 143 262 882
Temperatura ingresso (°C) 60 60 70
Temperatura uscita (°C) 78 90 90
ESEMPI DI PRESTAZIONI DI POMPE DI CALORE CON
SORGENTE TERMICA ACQUA DI FALDA
acqua teleriscaldamento
R134a
acqua in uscita dal depuratore
CASO A B C
Taglia piccola media grande
Fluido lavoro
Potenzialità termica (kW) 939 1.742 3.477
COP 3,76 5,25 6,09
Sorgente fredda
Fluido
Portata (m3/h) 122 303 444
Temperatura ingresso (°C) 40 47,2 47
Temperatura uscita (°C) 35 43 40,9
Sorgente calda
Fluido
Portata (m3/h) 41 117,6 793
Temperatura ingresso (°C) 58 65 65,1
Temperatura uscita (°C) 78 78 69
POMPE DI CALORE CON SORGENTE FREDDA COSTITUITA DA
ACQUA CIRCUITO RAFFREDDAMENTO MOTORI PRIMI
acqua teleriscaldamento
R245fa
acqua circuito raffreddamento
ESEMPIO DI PREFATTIBILITA’
• VOLUMETRIA 500.000 m3
• POTENZA TERMICA 10 MW
• CENTRALE COMPOSTA DA:
• n.1 pompa di calore ad acqua di falda da 3 MW
• n. 1 motore a gas cogenerativo da 1,5 MW
• n. 2 caldaie a gas di integrazione e riserva da 5,5 MW
• COSTO IMPIANTO
• Centrale 7.500.000 €
• Rete 2.000.000 €
• TEMPO DI RITORNO DELL’INVESTIMENTO 6 anni
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