Esperienze di ricerca nel settore delle energie rinnovabili in Provincia di Latina

Esperienze di ricerca nel settore delle energie rinnovabili in Provincia di Latina

Alessandro CorsiniTMRG @ Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Gruppo Sistemi per l’Energia e l’Ambiente, Facoltà di Ingegneria, Latina “Sapienza” Università di Roma

e.mail: [email protected], [email protected]

Latina, 26 marzo 2007

TMRGroup @ DMA-URLS

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

A Corsini, Latina 26 marzo 2007TMRGroup @ DMA-URLS

Indice

Indice dell’intervento

• 1. Modellazione di sistemi energetici da fonti energetiche rinnovabili FENR

Studio di rete elettriche isolate o SAPS, il caso dell’isola di Ventotene

Captazione di energia dal moto ondoso, la tecnologia OWC nel mar Tirreno

Motore a vapore con alimentazione solare&biomasse

progetto PIBE, recupero energetico delle Acque di Vegetazione Essiccate

• 2. Attività di pianificazione energetica nel territorio della Provincia di Latina

• 3. Progetti didattici nel settore delle rinnovabili, esperienze di collaborazioni con il mondo imprenditoriale

Diagnosi energetica nel settore florovivaistico, Selecta Italia

Valutazione del potenziale solare nel Comune di Anzio, Azzero CO2

Concentratore solare FV per regimi di media concentrazione, Aires Tech Srl

1. FENR in reti di potenza isolate


Integrazione di FENR in reti di potenza isolate

Perché la creazione di strumenti modellistici per FENR

La definizione di scenari di riduzione dei consumi energetici e di incremento dell’efficienza nella produzione di potenza utile impone lo sviluppo di strumenti di aiuto alla decisione per indirizzare correttamente l’azione amministrativo-gestionale delle Pubbliche Amministrazioni, degli operatori energetici, degli utenti finali

Ricostruzione fedele delle dinamiche evolutive di un sistema energetico su scale temporali diverse (giornaliera, stagionale, annuale, &c)

Modello numerico non-stazionario permette la valutazione della prestazioni energetico-ambientali di scenari di intervento complessi, con azioni sul lato domanda ovvero sul lato offerta, misurata in ragione dell’impatto sul diagramma di carico del sistema

Perché gli SAPSNei paesi industrializzati, i sistemi Stand Alone caratterizzano le isole minori non elettro-connesse con la rete nazionale (es. le isole Pontine) ed in alcuni distretti industriali

SAPS costituiscono un laboratorio per verificare i problemi connessi con l’aumento della penetrazione di fonti non-programmabili

SAPS in isole minori, sono caratterizzati da costi di produzione del kWh da 2 a 10 volte superiori rispetto all’EPC della rete nazionale

Modello di sistema energetico



Caso studio: Isola di Ventotene


Frame 002 21 Mar 2007 No Data Set



Sistema dicontrollo

Domanda dienergia elettrica

Misure diefficienzaenergetica

Generatorediesel

FotovoltaicoOWC

Turbina eolica

Sistema di potenza

Sistema di buffer

Sistema lato domanda

Consumoidrico

Idrogeno

Acqua

Datimeteorologici

Celle a combustibile

Corsini A., Rispoli F., Gamberale M., “Assessment of renewable energy solutions in an Italian small island energy system using a transient simulation model”, ASME J. of Solar Energy Engineering, 128, 237-244, 2006.

Corsini A., Rispoli F., Tortora E., Gamberale M., “Assessment of H2 and H2O-based renewable energy-buffering systems in minor islands”, in corso di revisione Renewable Energy, 2007.

programma Isole Minori del MATT


Curva di domanda

Sistema di generazione: motori diesel

Situazione attuale



0 2000 4000 6000 80000

100

200

300

400

500

600

700

kW

ore

fabbisogno:2100 MWh/annopicco di potenza:

720 kW

0 2000 4000 6000 80000

100

200

300

400

500

600

700

kW

ore

Interventi lato domanda DSM

tecnologie: ST, pompe di calore

riduzione del 37,6 % del picco estivo

risparmio energetico totale: 694,9 MWhel/anno

emissioni evitate: 521,75 ton CO2/anno



Fonti energetiche rinnovabili

FENR power mix

• turbina eolica: 600 kWp

• campo fotovoltaico: 126 kWp

• OWC: 165 kW

• celle a combustibile: 195 kW

1,3 GWhel/anno (copertura effettiva del 57 % del carico con misure di efficienza energetica)

Potenziali emissioni evitate: 975 ton CO2/anno

2000 4000 6000 80000

100

200

300

400

500

600

700

800

900kW

ore

0 2000 4000 6000 80000

100

200

300

400

500

600

700


Accumulo stagionale del surplus di FENR (1)

2000 4000 6000 80000

100

200

300

400

500

600

700

800

2000 4000 6000 80000

100

200

300

400

500

600

700

800

Frame 001 27 Oct 2006 Converted Excel Data

2000 4000 6000 80000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Producibilità celle a combustibile: 375 MWh/anno

m3/h

ore

kW

kWElettrolizzatore

Celle a combustibile

Acqua dissalata: 35685 ton/anno (48,5 % del carico idrico annuale)




produzione H2 dissalazione acqua

ore

ore

Accumulo stagionale del surplus di FENR (2)




Settimana invernale Settimana estiva

Consumo di combustibile




1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120

10

20

30

40

50

60

70

80

Situazione attualeProduzione di idrogenoProduzione di acqua

ton

mesi

537 ton/anno

176 ton/anno

208 ton/anno

- 61,3%

- 67,2%

Energia dal moto ondoso Il potenziale della risorsa, Italia


1. Energia dal moto ondoso nel mar Tirreno

rete ondametrica nazionale, APAT serv. Idromare

0

2

4

6

8

10

12

14

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12mesi

livel

lo m

edio

di p

ote

nza

(kW

/m)

1999 2000 2001

2002 2003

potenza max circa 12 kW/m

potenza media invernale 8 kW/m, periodo ott. – febbr.

potenza min 2kW/m

surplus di energia RES è marcatamente stagionale

soluzioni per l’accumulo o il buffering stagionale dell’energia convertita

necessaria una potenza “rotante” di tipo convenzionale per coprire i vuoti di potenza rinnovabile

Boa APAT di Ponza, dati dal 1999 al 2003

Energia dal moto ondoso Il potenziale della risorsa, Italia


meccanismo di trasferimento di energia è efficace con una naturale concentrazione di energia meccanica sulla superficie dell’acqua

una volta create le onde viaggiano su lunghe distanze con basse perdite

la potenza delle onde è proporzionale al quadrato della loro ampiezza o altezza Hw per il loro periodo caratteristico Twe.g. per onde di: periodo lungo 7 – 10 s

ampiezza media 2 m

Tecnologie mare-motrici shoreline o on-shore

Oscillating Water Column

OWC (i)Sviluppato:

Instituto Tecnico Superior, Lisbona

Wavegen Ltd & Queen’s University, Belfast

STRUTTURA:

Si tratta di un apparato che sfrutta l’energia dell’onda per comprimere dell’aria all’interno di una camera

processo di conversione di tipo penumatico, con due fasi utili (e.g compressione – aspirazione)

FUNZIONAMENTO:

L’aria viene fatta fluire attraverso un dispositivo espansore che permette la produzione di potenza meccanica-elettrica

VANTAGGI:

Si tratta attualmente della soluzione più promettente sia per la fattibilità tecnica ed economica

Impianti già in servizio, esperienze di integrazione in Sistemi di Potenza isolati

dispositivo di potenza compresa nel range di 60÷500 kW



Oscillating Water Column OWC

Impianti pilota (i)

• Isola di Islay (Scozia), 500 kW

70 kW/m potenza disponibile

shoreline

• Isola di Pico (Azzorre, Portogallo), 1000 kW


shoreline

• Porto di Sakata (Giappone), 200 kW


integrazione nell’infrastrutture portuali



OWC, applicazione ad un’isola del Mar Tirreno

Prestazioni OWC, potenza e rendimento

Pmax= 160 kW

En.= 97 MWh/anno

max = 0,6



Corsini A., Rispoli F., “A transient model for OWC device. Application to Mediterranean sea states”, OWEMES, April 2006.



Idea progettuale

1. Solare a concentrazione & biomasse

STEAM ENGINE

BIOMASS BOILER

CHILLER

Sviluppato in collaborazione con ANTARES Energy ESCo & AiresTech Srl, presentato a Energy Med 2007

Definizione di uno schema co-generativo o tri-generativo completamente alimentato da fonti rinnovabili FENR

espansori a vapore per -generazione

uso combinato solare a concentrazione & biomasse

buon comportamento fuori-progetto adatto alla variabilità tipica dell’alimentazione solare

condizioni allo scarico adatte ad utenza tri-generativa

Dimensioni impianto

Campo solare: 500 - 2000 m²Potenza caldaia: 1 MWPotenza motore: 200 kW

Risultati

Energia da solare: 1GWh/anno

Producibilità dei collettori per m2: 470 kWh/m2

Energia da biomassa: 7,6 GWh/anno

Energia convertita: 1,4 GWh/anno

Temperatura acqua di raffreddamento: 100 °C

Emissioni evitate (solare): 750 ton CO2/anno

Caldaia abiomassa

Surriscaldatore

Economizzatore

Evaporatore

Condensatore

Generatoreelettrico

Concentratorisolari

RadiazionesolareBiomassa

Motore avapore

Generatore di vapore

Fonti rinnovabili

Motore a vapore

chiller

Utenza termica

TMRGroup @ DMA-URLS


Schema di impianto & dimensioni


A Corsini, Latina 26 marzo 2007


Prestazioni

0 2000 4000 6000 80000 2000 4000 6000 80000

500

1000

1500

kW

ore

Potenza da solare

Potenza da biomassa

Potenza al generatore di vapore

TMRGroup @ DMA-URLS


A Corsini, Latina 26 marzo 2007


1. Recupero energetico da AVE

PIBE (Piattaforma Integrata Bioreflui ed Energia)

Obiettivo del progetto: realizzare e sperimentare un nuovo processo di depurazione /smaltimento delle acque di vegetazione derivanti dal ciclo produttivo dell’olio d’oliva, con recupero di parte del loro contenuto energetico.

Acque di vegetazione (AV): residuo liquido derivante dalla lavorazione meccanica delle olive per la produzione dell’olio. È altamente inquinante (almeno 20 volte il potere inquinante dei reflui civili) dato l’elevato contenuto di sostanze organiche.

Sezione A

Trattamento termico delle AV

Sezione C

Unità di cogenerazione

Sezione B

Combustione del concentrato

AV

Condensato

Concentrato

Fumi

Ceneri

Fumi

Energia elettrica

CaloreMetano

Vapore

Acqua

Il punto focale dell’analisi è stato lo studio dell’interazione di un flusso geometricamente complesso che genera ampie zone di ristagno, con i processi di reazione chimica. Codice CFD XENIOS sviluppato dal TMRG@DMA-URLS

Il metodo utilizzato per l’integrazione delle equazioni che descrivono il campo chimico-fluidodinamico è il Metodo agli Elementi Finiti (FEM) Modello a due equazioni k-epsilon non lineare Modello termochimico adottato è lo stretched laminar flamelets per flussi premiscelati.

Griglia dell’avanforno della Sezione B.

Campo delle velocità, streamlines e vortex core nell’avanforno della Sezione B.

Campo delle temperature nell’avanforno della Sezione B.


1. Recupero energetico da AVE

PIBE, simulazione della combustione nell’avanforno


Pianificazione energetica nella Provincia di Latina

2. Pianificazione energetica nella Provincia di Latina

Studio per la pianificazione energetica della Provincia di Latina

in fase di realizzazione

potenziale da biomasse, forestali e agricole, e zoomasse

politiche energetiche per i piccoli comuni

politiche energetiche per le isole Pontine

Partner universitario all’interno de LEMA, Latina Energy Management Agencyin fase di lancio


Progetti didattici nel settore delle rinnovabiliesperienze di collaborazioni con il mondo imprenditoriale

3. Progetti didattici università-impresa

Tirocinii e stage, nell’ambito dei corsi di laurea triennale in Ingegneria Meccanica e Ingegneria dell’Ambiente e del Territorio

alcuni esempi delle esperienze maturate

Fotovoltaico, att. sperimentale e sviluppo prodotti EUROSOLARE Spa, ENIPOWER

LCA di sistemi di potenza FENR EcoBilancio & Ambiente Italia

DLR German Aerospace Center IAT

LCA di prodotti per azzeramento emissioni GHG AzzeroCO2

Efficienza energetica negli edifici AzzeroCO2

Diagnosi energetiche industriali Selecta Italia

Nuova OTER Srl

Cogenerazione industriale OROS Progetti e Ricerche

Progettazione di impianti di potenza a FENR Antares Energy, Aires Tech Srl

Pianificazione energetica, solare, biomasse &c AzzeroCO2, AiresTech Srl

TMRGroup @ DMA-URLS

Diagnosi energetica nel settore florovivaistico, Selecta Italiavincitore del Premio di Laurea BIC Lazio, 2006


1. Lo studio del mercato florovivaistico per evidenziare ed analizzare; le tendenze, le problematiche, l’andamento annuale dei prezzi e del commercio mondiale, con l’intento di individuare i vantaggi che il progetto apporterebbe all’azienda florovivaistica proposta;

2. La ricostruzione del ciclo produttivo dell’azienda oggetto di studio allo scopo di evidenziare i punti di forza e di debolezza dell’impresa e quindi dell’impianto;

3. AUDIT TERMICO ED ELETTRICO

4. Progettazione interventiINTERVENTO STRUTTURALE E SUL SISTEMA DI REGOLAZIONE DELL’IMPIANTO TERMICO e DI VENTILAZIONE

IMPIANTO CO-GENERAZIONE A BIOMASSA QUALE ALTERNATIVA AL BTZ

IMPIANTO FOTOVOLTAICO DIMENSIONATO SULLE UTENZE ELETTRICHE DEL SISTEMA DI SERVO-MOTORI DELLE SERRE

ANALISI DISPERSIONI TERMICHE PRIMA E DOPO INTERVENTI

3181

17

7385

02

3347

73

1076

003

4436

9

9623

04

5228

47

8418

37

1129

428

4796

00

7707

62

7082

14

9447

17

1122

928

6140

66

6254

98

3398

51

3117

40

4603

3950

0995

7341

28

5471

94

7299

03

2067

76

4800

26

2176

02

6994

02

2746

1

0

200000

400000

600000

800000

1000000

1200000

SERRA 1

SERRA 2

SERRA 3.1

SERRA 3.2

SERRA 4

SERRA 5

SERRA 6

SERRA 7

SERRA 8

SERRA 10

SERRA11/1

2

SERRA 15

SERRA 16

coll.

Princ.

PO

TE

NZ

E D

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ER

SE

IN

(W

)

DISPERSIONI PRIMAINTERVENTODISPERSIONI DOPOINTERVENTO


Calcolo del potenziale energetico italiano da irraggiamento solare. Caso di studio il comune di Anzio, AzzeroCO2vincitore della Borsa di Studio “Anzio Futura” 2006-2008


METODOLOGIA

1. Scelta dei software (Arcview 3.2, Google Earth)

2. Reperimento di materiali sul territorio di Anzio (piano regolatore, dati statistici, foto aeree, etc)

3. Misura superficie totale delle coperture disponibili (foto-riconoscimento)

4. Calcolo della superficie dei moduli installabili (in base a misura, inclinazione, orientamento dei pannelli; all'indice di forma dele coperture, al tipo di copertura)

5. Calcolo del potenziale (distinzione tra solare fotovoltaico e termico)


Progetto e realizzazione di un modulo concentratore FV per regimi di media concentrazione


Il progetto di tirocinio verte sulla progettazione e realizzazione di un modulo concentratore prove sperimentali out-door in regime di concentrazione di 100 soli

caratteristiche elettriche delle celle fotovoltaiche per uso in concentrazione

macchia focale di tipo lineare con dimensioni di 90 cm², in grado di accogliere e testare dispositivi anche di potenze elevate

modulo ad inseguimento a due assi, apparato di controllo in grado di realizzare precisioni nel puntamento dell’ ordine di 0,2º

4 fotosensori per i due circuiti di controllo


Gruppo di Sistemi per l’Energia e l’Ambiente

F. Rispoli, D. Borello, C. Iossa, F. Menichini, P. Venturini

S. Boccanera, C. Forcina, M. Luppi, E. Tortora, G. Ullucci

D. Pianura, S. Vagnati

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