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Center for Advanced Studies, Research and Development in SardiniaCenter for Advanced Studies, Research and Development in Sardiniahttp://www.crs4.ithttp://www.crs4.it
Sistemi innovativi ed efficaci per la Sistemi innovativi ed efficaci per la produzione di energiaproduzione di energia
Energia: un’opportunità di sviluppo per la Sardegna e il territorio
Convegno della Camera del Lavoro di CagliariHotel Mediterraneo – 13 dicembre 2004
Cagliari, 13 dicembre 2004
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Energia: un’opportunità di sviluppo per la Sardegna e il territorio
CRS4: una breve descrizioneCRS4: una breve descrizione
Il CRS4 in cifreIl CRS4 in cifre
Centro di ricerca interdisciplinare specializzato nelle scienze computazionali● Consorzio no-profit
■ RAS(C21), IBM, STM, UniCA, UniSS, Saras, Tiscali
● Attivo dal 1992
Staff tecnico di ~80 persone
Turnover di ~7M Euro, di cui il ~50% da finanziamenti esterni● Progetti di ricerca EU/Nazionali● Contratti industriali
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Energia: un’opportunità di sviluppo per la Sardegna e il territorio
CRS4: CRS4: una breve descrizioneuna breve descrizione
MissioneMissione
Avanzamento della ricerca scientifica/industriale e dello sviluppo tecnologico● Soluzioni computazionali/ICT
Supporto alla comunità scientifica/industriale regionale● Infrastrutture avanzate di ICT/HPC
Alta formazione● Formazione su applicazioni industriali innovative
Supporto a “POLARIS”● Il CRS4 è la struttura di calcolo di POLARIS● Il CRS4 è la struttura principale di POLARIS per l’implementazione
delle tecnologie ICT/HPC nelle filiere di ICT, Energia e Ambiente, Biotecnologie per la genetica e la farmacologia
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Energia: un’opportunità di sviluppo per la Sardegna e il territorio
CRS4: CRS4: una breve descrizioneuna breve descrizione
Metodologie e Metodologie e applicazioniapplicazioniLe metodologie chiave includono
● Calcolo ad alte prestazioni e network
● Metodi di matematica computazionale
● Metodi di visualizzazione
● Tecnologie web avanzate
La applicazioni sono focalizzate su● Scienze energetiche & ambientali
● Information society
● Biomedical sciences
Verso “Bandwidth Unlimited Computing”● Sistemi di calcolo su risorse distribuite
Verso la soluzione di problemi computazionali su larga scala in
● Energia rinnovabile
● Medicina computazionale
Trends attuali di ricercaTrends attuali di ricerca
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Energia: un’opportunità di sviluppo per la Sardegna e il territorio
Progetti energetici al CRS4Progetti energetici al CRS4
Tre gruppi principali di progettiTre gruppi principali di progetti
Laboratorio di sviluppo tecnologico per l’Energia Solare Termica ad Alta Temperatura● Dimostratore per la produzione di elettricità e di idrogeno
Progetto di sviluppo tecnologico per l’Energia Solare Termica a Bassa Temperatura● Dimostratore per la dissalazione di acqua marina
Progetti di sviluppo tecnologico per Materiali e dispositivi per l’energetica● Materiali innovativi per Celle a Combustibile● Celle a Combustibile● Materiali per la purificazione di idrogeno● Combustori a idrogeno ● …
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Energia: un’opportunità di sviluppo per la Sardegna e il territorio
Generazione di energia da solare termico Generazione di energia da solare termico Motivazioni
La radiazione solare è abbondante sulla superficie della terra (dallo 0.1%della superficie, e con η=20%, si soddisfano I consumi annuali mondiali)
L’energia solare è illimitata Nessun particolare governo, o individuo, possiede l’energia solare L’utilizzo dell’energia solare è eco-compatibile Nella fascia solare terrestre l’energia solare è ben distribuita Il solare termico è una tecnologia provata e dimostrata (nella sola
California, più di 9 miliardi di kWh solari sono stati immessi nella rete) Il solare termico ha costi attuali stimati di 0.15-0.20 €/kWh e costi
stimati a medio-lungo termine di 0.05-0.10 €/kWh Il solare termico è pronto per altre applicazioni se una penetrazione
sul mercato inizia immediatamente Nuovi progetti portano a ulteriore innovazione e riduzione dei costi
Il solare termico è uno dei candidati per Il solare termico è uno dei candidati per l’energia pulita e rinnovabile del futuro l’energia pulita e rinnovabile del futuro immediatoimmediato
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Energia: un’opportunità di sviluppo per la Sardegna e il territorio
Generazione di energia da solare termico Generazione di energia da solare termico Principio di funzionamento
Principio di funzionamento di un impianto con specchi lineari e accumulo termico
Principio di funzionamento di un impianto con torre solare e produzione di un vettore energetico “solare”
Cagliari, 13 dicembre 2004
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Energia: un’opportunità di sviluppo per la Sardegna e il territorio
Generazione di energia da solare termico Generazione di energia da solare termico Impianti nel mondo
I principali progetti di sviluppo di impianti di solare termico (Fonte: DLR-Almeria, 2000)
Cagliari, 13 dicembre 2004
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Energia: un’opportunità di sviluppo per la Sardegna e il territorio
Generazione di energia da solare termico Generazione di energia da solare termico Specchi lineari
Vista aerea dei 5 impianti da 30 MWe a Kramer Junction, California (Fonte: Ren. Ener. World, 2000)
Cagliari, 13 dicembre 2004
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Energia: un’opportunità di sviluppo per la Sardegna e il territorio
Generazione di energia da solare termico Generazione di energia da solare termico Torri solari
Impianto dimostrativo a torre solare di 10 MWe a Barstow, California (Fonte: Ren. Ener. World, 2000)
Cagliari, 13 dicembre 2004
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Energia: un’opportunità di sviluppo per la Sardegna e il territorio
Generazione di energia da solare termico Generazione di energia da solare termico Piattaforma solare di Almeria
Istallazioni solari sperimentali ad Almeria.Queste istallazioni sono da supporto adesperimenti internazionali e agli impianti Solar Tres di Cordoba (≈37 MWe) eSolar Cuatro nel sud della Spagna (≈130 MWe) (Fonte: Ren. Ener. World, 2000)
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Energia: un’opportunità di sviluppo per la Sardegna e il territorio
Generazione di energia da solare termico Generazione di energia da solare termico I costi di impianto
Fonte: World Bank Cost reduction study for solar thermal power plants, 1999
Cagliari, 13 dicembre 2004
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Energia: un’opportunità di sviluppo per la Sardegna e il territorio
Generazione di energia da solare termico Generazione di energia da solare termico Penetrazione del mercato
Introduzione sul mercato degli impianti solari termici con finanziamenti pubblici e crediti verdi Fonte: SunLAB, USA, 2000
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Energia: un’opportunità di sviluppo per la Sardegna e il territorio
Generazione di energia da solare termico Generazione di energia da solare termico Evoluzione del costo del kWh
Evoluzione del costo del kWh per impianti solari termici localizzati in siti con irradiazioni differenti Fonte: SunLAB, USA, 2000
Cagliari, 13 dicembre 2004
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Energia: un’opportunità di sviluppo per la Sardegna e il territorio
Generazione di energia da solare termico Generazione di energia da solare termico Tecnologie chiave e innovazione
Fonte: Price & Kearney, Parabolic-Truogh Roadmap – A pathway for sustained commercialDevelopment and deployment of parabolic trough technology, DOE, 1999
Cagliari, 13 dicembre 2004
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Energia: un’opportunità di sviluppo per la Sardegna e il territorio
Energia solare termica ad alta temperatura Energia solare termica ad alta temperatura Il progetto CRS4
Scopi e obiettivi principali del progettoScopi e obiettivi principali del progettoIdentificazione delle variabili critiche di costo
● Fattore di capacità annuo, costo dei materiali, tempo di vita dei componenti, scaling-up,…
Validazione delle innovazioni tecnologiche
Verifica delle opzioni tecnologiche allo stato dell’arte
Miglioramento dell’accuratezza delle proiezioni economiche per progetti commerciali● Banca dati per i costi di capitale, gestione e manutenzione
Diffusione delle informazioni agli “stakeholders”
Riduzione dei costi dell’energia attraverso l’innovazione tecnologica
Assunzione di baseAssunzione di base
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Energia: un’opportunità di sviluppo per la Sardegna e il territorio
Energia solare termica ad alta temperatura Energia solare termica ad alta temperatura Il sistema ENEA
Filmato ENEA
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Energia: un’opportunità di sviluppo per la Sardegna e il territorio
Energia solare termica ad alta temperatura Energia solare termica ad alta temperatura Il sistema propostoIl sistema proposto
Risultati raggiuntiRisultati raggiunti
Nuovi fluidi vettori termici● Analisi e ottimizzazione di gas vettori
Nuovo tubo ricevente● Analisi e ottimizzazione di tubi ricevitori modificati
Nuovo sistema di stoccaggio termico ● Analisi e ottimizzazione di materiali solidi per lo stoccaggio termico● Studio del comportamento termo-fluido-dinamico del sistema di
stoccaggio termico
Innovazioni tecnologicheInnovazioni tecnologiche
● Un solo contenitore di stoccaggio è richiesto● I materiali di stoccaggio sono economici e stabili● L’intervallo di T di funzionamento è esteso (T_min~50oC, T_max~700oC)● L’efficienza globale del sistema integrato è aumentata● Il fattore di capacità annuo è aumentato
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Energia: un’opportunità di sviluppo per la Sardegna e il territorio
Energia solare termica ad alta temperatura Energia solare termica ad alta temperatura Il sistema propostoIl sistema proposto
Costo stimato del Laboratorio di Sviluppo Tecnologico● Approx. 42 MEuro
Schema di supporto finanziario● 70% dal MIUR, 30% da aziende private e da RAS● Attività specifiche del laboratorio da bandi FP6 della UE
Prospettive ● Progettazione di un impianto solare capace di:
■ soddisfare il 10% del fabbisogno elettrico aunnuo della Sardegna (approx. 110 MW)
■ produrre elettricità a costi inferiori di quelli stimati per
■ essere incluso in uno dei “Progetti Faro” della UE
Costi, schema di supporto finanziario e Costi, schema di supporto finanziario e prospettiveprospettive
Solar Tres (Cordoba, ES)
Solar Cuatro (Southern ES)
Solar 100 (Southwest US)
Costo elettricità, $/kWh 0.16 0.12 0.08
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Energia: un’opportunità di sviluppo per la Sardegna e il territorio
Energia solare termica a bassa temperatura Energia solare termica a bassa temperatura Il progetto CRS4
Scopi e obiettivi principali del progettoScopi e obiettivi principali del progettoIdentificazione delle variabili critiche di costo
● Costo dei materiali, tempo di vita dei componenti, progettazione dello scambiatore di calore, scaling-up,…
Validazione delle innovazioni tecnologiche● Dimostrazione della fattibilità tecnica della dissalazione su larga scala
Verifica delle opzioni tecnologiche allo stato dell’arte
Miglioramento dell’accuratezza delle proiezioni economiche per progetti commerciali● Banca dati per i costi di capitale, gestione e manutenzione
Diffusione delle informazioni agli “stakeholders”
Riduzione dei costi di dissalazione attraverso l’innovazione tecnologica
Assunzione di baseAssunzione di base
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Energia: un’opportunità di sviluppo per la Sardegna e il territorio
Energia solare termica a bassa temperatura Energia solare termica a bassa temperatura Descrione del progetto
Il principio di funzionamento dello Stagno Il principio di funzionamento dello Stagno SolareSolare
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Energia: un’opportunità di sviluppo per la Sardegna e il territorio
Energia solare termica a bassa temperatura Energia solare termica a bassa temperatura Il sistema propostoIl sistema proposto
Risultati raggiuntiRisultati raggiunti
Nuovo sistema di estrazione del calore (brevetto CRS4)● Analisi di differenti configurazioni di estrazione del calore
Nuovi metodi di controllo della stabilità a tempi lunghi dallo stagno solare● Analisi dei metodi di gestione del gradiente salino
Innovazioni tecnologicheInnovazioni tecnologiche
● Validazione modellistica del metodo di estrazione del calore● Validazione modellistica della stabilità a tempi lunghi del gradiente salino● Aumento dell’efficienza dell’impianto stagno solare-dissalatore● Prima stima dei costi dell’acqua dissalata
20000 m3/day Plant RO MED-fossil fuel
SP-MED
Desalted water cost, Euro/m3 1.25 1.65 1.00
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Energia: un’opportunità di sviluppo per la Sardegna e il territorio
Energia solare termica a bassa temperatura Energia solare termica a bassa temperatura Il sistema propostoIl sistema proposto
Costo stimato del Progetto di Sviluppo Tecnologico● 5.8 MEuro
Schema di supporto finanziario● Progetto FAR: 70% dal MIUR, 30% da aziende private
Partnership ● CRS4, CASIC, MSS, Università di Cagliari
Prospettive● Industrializzazione dei risultati e creazione di spin-off● Estensione ad altre applicazioni
■ Riscaldamento di serre■ Aumento della produttività delle saline■ Crescita di batteri per la degradazione di biomasse■ …
● Industrializzazione dei risultati nei paesi del Maghreb
Costi, schema di supporto finanziario e Costi, schema di supporto finanziario e prospettiveprospettive
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Energia: un’opportunità di sviluppo per la Sardegna e il territorio
Materiali e dispositivi per l’energetica Materiali e dispositivi per l’energetica I progetti CRS4
Scopi e obiettivi principali del progettoScopi e obiettivi principali del progettoIdentificazione delle variabili critiche di costo
● Costo dei materiali, tempo di vita dei componenti,…
Validazione delle innovazioni tecnologiche● Dimostrazione della fattibilità tecnica di nuovi disegni e materiali
Verifica delle opzioni tecnologiche allo stato dell’arte
Miglioramento dell’accuratezza delle proiezioni economiche per progetti commerciali● Banca dati per i costi di capitale, gestione e manutenzione
Diffusione delle informazioni agli “stakeholders”
Sviluppo dell’economia all’idrogeno attraverso l’innovazione tecnologica
Assunzione di baseAssunzione di base
Cagliari, 13 dicembre 2004
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Energia: un’opportunità di sviluppo per la Sardegna e il territorio
Materiali e dispositivi per l’energetica Materiali e dispositivi per l’energetica Descrizione dei progetti
Il principio di funzionamento e l’uso delle Il principio di funzionamento e l’uso delle Celle a CombustibileCelle a Combustibile
Cagliari, 13 dicembre 2004
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Energia: un’opportunità di sviluppo per la Sardegna e il territorio
Materiali e dispositivi per l’energetica Materiali e dispositivi per l’energetica Il sistema proposto
Risultati raggiuntiRisultati raggiunti
Sviluppo della conoscenza di base della fenomenologia delle CC ● Analisi delle relazioni tra materiali, disegno e prestazioni
Sviluppo di strumenti di simulazione meccanicisti per il disegno di CC● Sviluppo di software stabile, accurato e veloce per la gestione di CC ● Integrazione dei modelli sviluppati in piattaforme commerciali
Innovazioni tecnologicheInnovazioni tecnologiche
● Validazione modellistica delle prestazioni di PEMFC, DMFC e SOFC ● Validazione modellistica del meccanismo di trasporto protonico nelle
membrane polimeriche● Comprensione dettagliata del ruolo della struttura dei materiali
elettrodici nelle prestazioni delle CC
Cagliari, 13 dicembre 2004
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Energia: un’opportunità di sviluppo per la Sardegna e il territorio
Materiali e dispositivi per l’energetica Materiali e dispositivi per l’energetica Il sistema proposto
Costo dei progetti di sviluppo tecnologico ● 17.2 MEuro (costo totale di quattro progetti)
Schema di supporto finanziario● 2 progetti FISR: 50% dal MIUR, 50% dai partecipanti● 2 progetti FISR: 70% dal MIUR, 30% dai partecipanti
Partnership ● CRS4, Università italiane, CNR, ENEA, Industrie (NUVERA,
EniTechnology, ENEL,…)
Prospettive● Industrializzazione dei risultati e creazione di spin-off● Attrazione di industrie high-tech attive nella produzione di CC● Partecipazione attiva ai bandi del FP6 della UE
Costi, schema di supporto finanziario e Costi, schema di supporto finanziario e prospettiveprospettive