UTRINN-2010 1
Unità Tecnica Fonti Rinnovabili
Francesco Di Mario
Casaccia, 9/10/2013
UTRINN-2010 2
Solare termodinamico (CSP)
Fotovoltaico
Biomasse e bioenergie
Idrogeno, celle a combustibile e sistemi di
accumulo dell’energia
Tematiche di intervento dell’Unità
UTRINN-2010 3
2002
CSP – Dal laboratorio alla dimostrazione industriale
2001
2006
2007
2008
2009
Avvio del Progetto
Realizzazione
impianto di prova
Dimostrazione a
scala industriale
Progettazione e
realizzazione
dell’impianto
presso l’ENEL
di Priolo
Qualificazione della
componentistica
innovativa
2005
2004
2003 Sviluppo componenti in
collaborazione con
imprese industriali
2010
Ricerca di
laboratorio
PCS Impianto Archimede (5 MW)
UTRINN-2010 4
Principali risultati raggiunti
Sviluppo di un know how originale
sul sistema e sui suoi componenti
critici (tubo ricevitore, collettore
solare, circuito a sali fusi,
generatore di vapore, sistema di
accumulo) (più di 20 brevetti)
Sviluppo, in collaborazione con
l’industria nazionale, delle
tecnologie e dei processi di
produzione dei componenti
Dimostrazione della validità della
tecnologia in un impianto
industriale, come Archimede
UTRINN-2010 5
Competenze e infrastrutture disponibili in ENEA
Capacità di sviluppo e
progettazione dei componenti e
del sistema
Laboratori per R, S e
caratterizzazione dei componenti
del campo solare (tubo
ricevitore, collettore solare,
giunti, …)
Impianto sperimentale per
caratterizzazione chimico-fisica
delle miscele di sali fusi
Impianto PCS per prove di
funzionamento in condizioni reali
e qualificazione di componenti e
sistemi
UTRINN-2010 6
Obiettivi e linee di sviluppo per il medio termine
Promuovere l’introduzione nel mercato della tecnologia nazionale dei
sistemi CSP, riducendo il costo degli impianti e dell’energia elettrica
prodotta, attraverso:
R, S e qualificazione di componenti e sistemi degli impianti solari
termodinamici, in collaborazione con le aziende interessate;
Collaborazione con società di ingegneria e utilities per studi di
fattibilità e per progettazione e realizzazione di impianti di diversa
taglia (dalle centinaia di kW alle decine di MW) e per diverse
applicazioni (generazione di potenza, impianti ibridi, dissalazione,
produzione di calore di processo,..);
Utilizzo del know how sugli impianti solari a sali fusi per
applicazioni diversificate (CSP con collettori non parabolici,
produzione di combustibili con energia solare,…)
Collaborazioni internazionali sia nel settore della ricerca che per la
realizzazione di impianti.
UTRINN-2010 7
Solare Termodinamico (CSP)
Principali progetti in corso (1)
MATS, progetto europeo coordinato da ENEA, in collaborazione con diversi partner
industriali e di ricerca (impianto da 1 MW, per produzione di energia elettrica e calore
per dissalazione, da realizzare in Egitto; 2011-2015)
Archetype 550, progetto europeo coordinato da Enel Green Power per la
realizzazione di un impianto da 30 MW in Sicilia (FP7 e NER 300; 2012-2017)
OPTS, progetto europeo coordinato da ENEA per lo sviluppo e realizzazione di un
sistema di accumulo innovativo, basato su un unico serbatoio con generatore di
vapore integrato (2011-2014).
HYSOL, progetto europeo, coordinato da ACS-COBRA, per la realizzazione di un
impianto ibrido solare-biomasse (2013-2016)
OMSOP, progetto europeo, coordinato da CITY, per lo sviluppo di un sistema da 5-
10 kW basato sull’accoppiamento di un solar dish ed una microturbina (2013-2017)
Sviluppo e qualificazione di componenti e sistemi (tubo ricevitore, collettore
solare, giunti,…) in collaborazione strutture di ricerca e con l’industria nazionale
(ASE, DD, Ronda, Meccanotecnica Umbra,….)
Studi di fattibilità e progetti preliminari di impianti di diverse taglie e per diverse
applicazioni (collaborazioni con aziende cinesi, vari comuni italiani, CIPNES, …)
UTRINN-2013 8
Solare Termodinamico (CSP)
Principali progetti in corso (2)
Progetti europei per utilizzo e sviluppo infrastrutture di ricerca:
SFERA (Solar Facilities for the European research Area)
EUSOLARIS (The European Solar Research Infrastructure for
CSP)
Progetti europei per la diffusione delle tecnologie solari nell’area del
Mediterraneo:
PWMSP (Paving the Way for the Mediterranean Solar Plan)
STS-MED (Small scale Thermal Solar district units for
Mediterranean communities)
Studio e sviluppo di soluzioni innovative per configurazioni
d’impianto, fluidi termici, sistemi di accumulo, coating per tubi
ricevitori nell’ambito dell’AdP MSE-ENEA
UTRINN-2010 9
Attività sul Fotovoltaico in Casaccia
Ricerca su semiconduttori innovativi per dispositivi FV:
CZTS Kesterite
composto quaternario a base di rame: Cu2ZnSnS4
Processi innovativi per celle in silicio:
eterogiunzioni silicio amorfo/silicio cristallino
Consulenza e supporto alle industrie nazionali
Sperimentazione e monitoraggio di sistemi fotovoltaici
UTRINN-2010 10
Attività di ricerca e sviluppo tecnologico sul PV
Semiconduttori a base di rame Sviluppo di semiconduttori a base di rame:
CZTS in grado di sostituire lo strato di indio,
sempre più raro e costoso, nei moduli a film
sottile tipo CIS, CIGS
Ricerca sul silicio cristallino Aumento dell’efficienza di cella attraverso il
miglioramento dei processi industriali e lo sviluppo
di nuove configurazioni su wafer sottili (< 150mm)
Sviluppo di step di processi industriali innovativi
(trattamenti chimici a basso impatto ambientale e
via plasma, emitter selettivi, laser doping, fine-line
screen printing)
Sviluppo di celle ad eterogiunzione sia con contatto
frontale che con entrambi i contatti sul retro
(brevetto BEHIND) con efficienza potenziale
superiore al 20%
1995 2000 2005 2010 20150
2
4
6
8
10
Inizio uso
co-sputtering
IBM
Katagiri
Solar Frontier
ENEA
WORLD
CZ
TS
Reco
rd E
ffic
ien
cy (
%)
Year
p-type c-Si
n-typeSiOx
a-Si:H buffer
BRAGG
Reflector
Aluminum
TCO
Screen printed Ag
i a-Si:H
i a-Si:H
SiNx
p-type c-Si
screen printed Ag
n a-Si:Hp a-Si:H
(AdP MSE-ENEA, Accordo CNR-ENEA) (AdP MSE-ENEA, Accordo CNR-ENEA)
UTRINN-2010 11
Fotovoltaico
Consulenze definite
• Test di paste serigrafiche
per i contatti delle celle
• Test di celle acquisite da
fornitori diversi
• Sviluppo di tecniche di
contattatura innovative
(plating di rame)
Attività sui sistemi fotovoltaici
Monitoraggio fotovoltaico in Italia
• Analisi delle caratteristiche e delle prestazioni
degli impianti del “conto energia” (Conv. GSE)
Normativa
• Messa a punto di norme europee CENELEC e
di norme tecniche CEI per moduli e sistemi.
Attività sperimentale
• Sviluppo del software e dell’hardware per il
monitoraggio ed il controllo remoto dei sistemi.
• Sviluppo di un progetto sui sistemi PV (inclusi
convertitori, accumulo ed i sistemi di “energy
management”) con produzione prevedibile.
Varie
• Supporto a enti pubblici per la progettazione e
il monitoraggio di impianti fotovoltaici
Accordi in corso di valutazione
• Sviluppo di processi per la
fabbricazione di eterogiunzioni
a-Si/ c-Si
UTRINN-2010 12
Bioenergia Principali attività svolte in Casaccia
Ottimizzazione dei processi di digestione anaerobica
Sviluppo di sistemi di purificazione del biogas
Produzione di idrogeno mediante processi biologici
Biocombustibili di 2° generazione
UTRINN-2010 13
Bioenergia
Digestione anaerobica
Clean-up del biogas
■ Studio dei processi chimico-fisici e biologici per l’abbattimento
degli inquinanti del biogas, fino ai livelli di purezza richiesti
dalle diverse applicazioni (produzione di energia elettrica,
immissione in rete,..)
■ Realizzazione e sperimentazione di prototipi da laboratorio
■ Ottimizzazione dei processi di digestione anaerobica /
codigestione di diverse miscele (FORSU/deiezioni
animali/rifiuti agroalimentari/fanghi di depurazione) e confronto
tra diverse configurazione del DA
■ Realizzazione e sperimentazione di prototipi di digestori
anaerobici, utilizzabili sia per prove da laboratorio che sul
campo
■ Supporto alle aziende per la progettazione realizzazione di
sistemi di taglia industriale
(AdP MSE-ENEA, Progetti MAREA e Veritas)
(AdP MSE-ENEA)
UTRINN-2010 14
Bioenergia
Produzione di idrogeno da processi biologici
Biocombustibili di 2a generazione
■ Colture di microalghe per impieghi energetici
■ Studio di filiere innovative per la produzione di etanolo da biomasse agroforestali e colture di biomasse legnose e erbacee (progetto BIOSEGEN - MIPAAF)
■ Studio di processi biologici fermentativi per la
produzione di idrogeno e miscele metano/idrogeno
■ Studio e sperimentazione di processi di produzione
idrogeno accoppiati alla «dark-fermentation»
(elettrolisi biologicamente assistita)
UTRINN-2010 15
H2 e sistemi elettrochimici
Linee di attività principali
H2&FC
Sviluppo di sistemi di produzione e accumulo dell’idrogeno
Sviluppo di sistemi con celle a combustibile per diverse applicazioni
(generatori portatili, cogeneratori di piccola taglia per usi residenziali,
generazione distribuita)
Sistemi di accumulo elettrochimico
Sviluppo di materiali e componenti e caratterizzazione di celle e
moduli di batterie al litio e supercondensatori
UTRINN-2010 16
Sistemi di produzione e accumulo dell’idrogeno
Produzione di idrogeno e miscele
metano/idrogeno mediante processi
di reforming alimentati da calore
solare (progetti METISOL,
COMETHY)
Produzione di idrogeno mediante
cicli termochimici alimentati da
calore solare (progetto SOL2HY2)
Studio sistemi di accumulo H2 e O2
per impiego nei sottomarini (coll.
con Ministero Difesa)
Collaborazione con industrie per
sistemi di produzione di idrogeno di
piccola taglia basati su
sodioboroidruro
Generatore di H2
da NaBH4
(ENEA, ErreDue)
Impianto sperimentale ciclo zolfo-iodio
UTRINN-2010 17
Sistemi con celle a combustibile
Sviluppo di componenti per le diverse
tecnologie di celle a combustibile (celle
polimeriche, a carbonati fusi, ad ossidi solidi)
Sviluppo di sistemi di piccola taglia con celle
ad elettrolita polimerico alimentati da gpl e
sodioboroidruro
Sviluppo di sistemi di cogenerazione con
celle ad ossidi solidi da 1 e 2,5 kW per usi
residenziali (Progetto EFESO, coordinatore
Merloni)
Sviluppo di sistemi con celle a combustibile
ad alta temperatura alimentati con gas
derivante da biomasse o rifiuti (AdP MSE,
Progetti europei)
Studi sul ciclo di vita delle celle a
combustibile e sull’inserimento nella rete
elettrica (progetti europei) Stazione di prova per celle a carbonati fusi
Sistema da 1 kW
con celle
polimeriche
alimentato a GPL
Sistemi di accumulo elettrochimico
R&S di materiali, componenti
e sistemi per batterie al lito e
supercondensatori con
caratteristiche migliori di quelli
disponibili (in termini di
energia, sicurezza, impatto
ambientale)
Caratterizzazione di sistemi
di accumulo in stazioni di
prova dedicate
(Progetti europei, AdP MSE)
UTRINN-2010 19
Principali collaborazioni internazionali
Implementing Agreement IEA su:
CSP (Solar Paces)
Bioenergy
Hydrogen
Advanced Fuel Cells
EERA (European Energy Research Alliance), con
partecipazione ai programmi sui temi di interesse dell’Unità
Fuel Cells & Hydrogen Joint Understanding ENEA è membro di N.ERGHY (New European Research
Grouping on fuel cells and HYdrogen)
International Partnership for Hydrogen Economy
UTRINN-2010 20
Laboratori e infrastrutture di ricerca
Solare termodinamico Impianto PCS per prova componenti, Impianto MOSE per prova e caratterizzazione
miscele sali fusi, Laboratorio per qualificazione termomeccanica componenti,
Laboratorio di ottica, Laboratori su cicli termochimici e combustibili da solare
Fotovoltaico
Linea pilota per realizzazione celle in silicio, forno per diffusione droganti in silicio,
Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD), impianti evaporazione e
sputtering per film sottili, clean room, strumentazione per caratterizzazione di materiali e
celle
Biomasse e bioenergie Laboratorio per lo sviluppo di nuovi processi fermentativi a scopo energetico,
Laboratorio per lo studio e lo sviluppo di impianti per la produzione di microalghe,
Laboratorio di ecologia microbica per lo studio dei processi naturali e loro applicazioni
Idrogeno, celle a combustibile e sistemi di accumulo dell’energia
Laboratori per sviluppo e caratterizzazione materiali e componenti per celle a
combustibile, batterie, supercondensatori e accumulo di idrogeno; camera secca;
microreattori per studio catalizzatori; stazioni di prova celle e stack; ciclatori per batterie
UTRINN - Progetti europei in corso - Solare PROGETTO FINANZIAMENTO DURATA BUDGET ENEA CO-
FINANZIAMENTO
Paving the Way for the Mediterranean Solar Plan
ENPI 36 MESI 01/09/2010 - 01/09/2013
€ 385,361.00 € 385,361.00
SFERA - Solar Facilities for the European Research Area
UE – 7° PROGRAMMA QUADRO
54 MESI 01/07/2009 - 31/12/2013
€ 802,818.88 € 708,540.08
OPTS - Optimization of a Thermal energy Storage system with integrated Steam Generator
UE – 7° PROGRAMMA QUADRO
36 MESI 01/11/2011 - 30/10/2014
€ 1,705,338.00 € 1,412,838.00
MATS - Multipurpose Applications by Thermodynamic Solar
UE – 7° PROGRAMMA QUADRO
42 MESI 19/07/2011 - 19/01/2015
€ 2,401,217.17 € 1,912,669.00
STS MED - Small scale thermal solar district units for Mediterranean communities
ENPI CBC-MED 36 MESI 17/11/2012 - 16/11/2015
€ 406,201.00 € 365,580.90
MED-DESIRE - MEDiterranean DEvelopment of Support schemes far solar Initiatives and Renewable Energies
ENPI CBC-MED 35 MESI 01/02/2013 - 31/12/2015
€ 541,356.04 € 487,220.44
HYSOL - Innovative Configuration for a fully renewable hybrid CSP plant
UE – 7° PROGRAMMA QUADRO
36 MESI 01/04/2013 - 31/03/2016
€ 732,900.00 € 556,550.00
EU-SOLARIS - The European SOLAR Research Infrastructure for Concentrating Solar Power
UE – 7° PROGRAMMA QUADRO
48 MESI 01/11/2012 - 31/10/2016
€ 400,486.85 € 290,577.59
OMSOP - Optimised Microturbine Solar Power system
UE – 7° PROGRAMMA QUADRO
48 MESI 01/02/2013 - 31/01/2017
€ 1,070,104.00 € 753,304.00
ARCHETYPE SW550 -ARChimede Hot Energy TYPology Enhanced Solar Water 550
UE – 7° PROGRAMMA QUADRO
60 MESI 01/01/2012 - 31/12/2017
€ 909,800.00 € 747,725.00
TOTALE € 9,355,582.94
€ 7,620,366.01
UTRINN- Progetti europei in corso IDROGENO, CELLE E ACCUMULO
PROGETTO FINANZIAMENTO DURATA BUDGET ENEA CO-FINANZIAMENTO
CoMETHy - Compact Multifuel-Energy To Hydrogen converter
FCH JU 36 MESI 01/12/2011 - 30/11/2014
€ 676,127.00 € 351,468.00
H2FC - Infrastructures UE – 7° PROGRAMMA QUADRO
48 MESI 01/11/2011 - 31/10/2015
€ 142,150.00 € 101,752.00
GREENLION - Advanced manufacturing processes for Low Cost Greener Li-Ion batteries
UE – 7° PROGRAMMA QUADRO
48 MESI 01/11/2011 - 31/10/2015
€ 561,926.00 € 429,033.00
MCFC-CONTEX - MCFC catalyst and stack component degradation and lifetime: Fuel Gas CONTaminant effects and EXtraction strategies
FCH JU 54 MESI 01/10/2010 – 31/03/2015
€ 898,909.56 € 428,009.13
SOL2HY2— Solar To Hydrogen Hybrid Cycles
FCH JU 36 MESI 01/06/2013 – 31/05/2016
€ 582,963.00 € 376,570.00
SCoReD 2.0— Steel Coatings For Reducing Degradation in SOFC
UE – 7° PROGRAMMA QUADRO
36 MESI 01/07/2013 – 30/06/2016
€ 590,376.00 € 356,704.00
TOTALE € 3,452,451.56
€ 2,043,536.13
UTRINN
Progetti europei approvati e in fase di avvio PROGETTO FINANZIAMENTO DURATA BUDGET ENEA CO-FINANZIAMENTO
GRAIL— Glycerol Biorefinery Approach for the Production of High Quality Products of Industrial Value
UE – 7° PROGRAMMA QUADRO
48 MESI € 799,992.00 € 606,244.00
HITECO - New solar collector concept for high temperature operation in CSP applications
UE – 7° PROGRAMMA QUADRO
36 MESI € 460,704.00 € 230,704.00
NELLHI - New all-European high performance stack: design for mass production
FCH JU 36 MESI € 538,880.00
€ 421,775.00
SFERA-II - Solar Facilities for the European Research Area-Second Phase
UE – 7° PROGRAMMA QUADRO
48 MESI € 663,156.86 € 588,352.07
STAGE-STE— Scientific and Technological Alliance for Guaranteeing the European Excellence in Concentrating Solar Thermal Energy
UE – 7° PROGRAMMA QUADRO
48 MESI € 1,143,816.00 € 547,336.00
MARS-EV – Materials for Ageing Resistant li-ion High Energy Storage for the Electric Vehicle
UE – 7° PROGRAMMA QUADRO
48 MES € 544,989.00 € 415,104.00
TOTALE € 4,151,537.86 € 2,809,515.07
Grazie per l’attenzione