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Corso « Clean Energy Project Analysis »Corso « Clean Energy Project Analysis »

Stato delle tecnologie Stato delle tecnologie energetiche puliteenergetiche pulite

Casa con sistema solare passivo

Foto: McFadden, Pam DOE/NREL

Foto: Nordex Gmbh

Impianto eolico

Produzione energia elettrica con residui legnosi

ObiettivoObiettivo

• Aumentare la conoscenza in merito all’efficienza Aumentare la conoscenza in merito all’efficienza energetica e alle tecnologie energetiche rinnovabilienergetica e alle tecnologie energetiche rinnovabili Mercati

Applicazioni tipiche

Energia solare FV e termica

Foto: Warren Gretz, NREL PIX Foto: Vadim Belotserkovsky

DefinizioniDefinizioni

Efficienza energeticaEfficienza energetica Usare meno risorse energetiche

soddisfando la stessa domanda energetica

Energia rinnovabileEnergia rinnovabile Usare risorse naturali rinnovabili per

soddisfare la domanda energetica

Casa con sistema solare passivoFoto: Jerry Shaw

TecnologieTecnologieenergetiche Puliteenergetiche Pulite

Convenzionale Efficiente

Efficiente &Rinnovabile

Ragioni per l’utilizzo di energie Ragioni per l’utilizzo di energie pulitepulite

• AmbientaliAmbientali Cambiamento climatico

Inquinamento locale

• EconomicheEconomiche Minori costi gestionali

Diminuzione combustibili

fossili

• SocialiSociali Più occupazione

Minore utilizzo di denaro pubblico

Aumento della domana energetica (x3 entro il 2050)

Energia eolica: costi energia

1980 1990 2000

Fonte: National Laboratory Directors

per il Ministero dell’Energia USA (1997)

Caratteristiche comuni delle Caratteristiche comuni delle tecnologie energetiche pulitetecnologie energetiche pulite

• Rispetto alle tecnologie convenzionali:Rispetto alle tecnologie convenzionali:

Costo iniziale generalmente più elevato

Costi di gestione più bassi

Ecologicamente più pulite

Spesso più economiche rispetto alla

vita dell’impianto

Costi totali di un sistema che Costi totali di un sistema che genera o che consuma energiagenera o che consuma energia

• Costo totaleCosto totale

+ + Costi annuali combustibile e Costi annuali combustibile e

O&MO&M

+ + Maggiori costi di revisione Maggiori costi di revisione

generalegenerale

+ + Costi di decomissioningCosti di decomissioning

++ Costi di finanziamento Costi di finanziamento

++ ecc. ecc.

costo d’acquistocosto d’acquisto

== costo d’acquistocosto d’acquisto

Tecnologie rinnovabili per la Tecnologie rinnovabili per la produzione di energia elettricaproduzione di energia elettrica

Tecnologie ed applicazioni Tecnologie ed applicazioni eolicheeoliche

• Necessitano di vento buonoNecessitano di vento buono (>4 m/s a 10 m) Aree costiere, creste, pianure

• Applicazioni:Applicazioni:

Rete isolataIn paralleloSouthwest Windpower, NREL PIXPhil Owens, Nunavut PowerWarren Gretz, NREL PIX

In isola

Pala del rotore

Altezza

Gondola con trasmissione e generatore

Mercato energia eolica Mercato energia eolica

Installazione annuale mondiale turbine eoliche

Potenza installata nel mondo (2003): 39.000 MW(~20,6 milioni di case rif. a 5.000 kWh/casa/anno e 30% capacity factor)

Germania: 14.600 MWSpagna: 6.400 MWUSA: 6.400 MWDanimarca: 3.100 MW

83.000 MW entro il 2007 (previsione)

Fonte: Associazione danese costruttori turbine eoliche, BTM Consult, Associazione mondiale energia eolica, Renewable Energy World

Piccole applicazioni e Piccole applicazioni e tecnologie idroelettrichetecnologie idroelettriche

• Tipi progetto:Tipi progetto:SerbatoiFiumi

• Applicazioni:Applicazioni:In paralleloRete isolataIn isola

Turbina Francis

SpillamentoBacino

CondottaForzata

LineaElettrica Generatore

TurbinaDiffusore

Centrale

Corrente

COMPONENTI IMPIANTO IDROELETTRICO

Mercato del piccolo Mercato del piccolo idroelettricoidroelettrico

• 19% dell’energia elettrica utilizzata nel mondo è generata da grandi e piccole centrali 19% dell’energia elettrica utilizzata nel mondo è generata da grandi e piccole centrali idroelettricheidroelettriche

• Mondo: Mondo: 20.000 MW già sviluppati (taglia impianti < 10 MW) Previsioni: da 50.000 a 75.000 MW entro il 2020

• Cina:Cina: 43.000 MW esistenti

(taglia imp.< 25 MW) 19.000 MW sviluppati Ulteriori 100.000 MW econom. fattibili

• Europa:Europa: 10.000 MW sviluppati Ulteriori 4.500 MW econom. fattibili

• Canada: Canada: 2.000 MW già sviluppati Ulteriori 1.600 MW economicamente fattibili

Fonte: ABB, Renewable Energy World e International Small Hydro AtlasFonte: ABB, Renewable Energy World e International Small Hydro Atlas

Piccolo impianto idroelettrico

Applicazioni e tecnologie Applicazioni e tecnologie fotovoltaiche (FV)fotovoltaiche (FV)

Foto: Tsuo, Simon DOE/NREL

Foto: Strong, Steven DOE/NREL

Sistema FV domestico

Sistema di pompaggio FVSistema FV ad integrazione arch.

Campo Fotovoltaico

InverterFV

Batteria

Elettricità

Impianto FV centralizzato

Contatore

Energiadistribuita

ReteElettrica

Il mercato del fotovoltaicoIl mercato del fotovoltaico

Installazioni fotovoltaiche annuali nel mondo

Potenza installata nel mondo (2003): 2.950 MWp(~1,2 milioni di case. Dato riferito a 5.000 kWh/casa/anno)

32% di incremento nelle spedizioni nel 2003

Fonte: PV News

CogenerazioneCogenerazione

• Produzione simultanea di due o più tipi di energia da una Produzione simultanea di due o più tipi di energia da una singola fonte energetica (anche detta: “cogenerazione”)singola fonte energetica (anche detta: “cogenerazione”)

Combustibile

100 unitàMacchina produzione energia

Caldaia

Recupero

Generatore

Calore + gas di scarico70 unità

Gas di scarico15 unità

Calore55 unità

Energia elett.30 unità

Carichi

Termici

Carichi

Elettrici

Efficienza recupero termico (55/70) = 78,6%

Efficienza totale ((30+55)/100) = 85,0%

CogenerazioneCogenerazioneApplicazioni, combustibili, Applicazioni, combustibili, tecnologietecnologie

Foto: Gaz Metropolitan

Foto: Rolls-Royce plc

Motore endotermico per produzione energia

Applicazioni molteplici Vari combustibili utilizzabili

Varie tecnologie disponibili

Foto: Gretz, Warren DOE/NREL

Biomassa per cogenerazione

Photo Credit: Gaz Metropolitan

Ciclo produzione biogas dadiscarica

Captazione biogas

Filtro

Compressore

Raffred.

Vapore

Processo

Energia elettrica

Torcia

Cogenerazione Cogenerazione ApplicazioniApplicazioni

• Edifici singoliEdifici singoli• Commercio e industriaCommercio e industria• Edifici multipliEdifici multipli• Teleriscaldamento (es. Teleriscaldamento (es.

comunità)comunità)• Processi industrialiProcessi industriali

Cogenerazione per teleriscaldamento, Svezia

Foto: Urban Ziegler, NRCan Foto: Urban Ziegler, NRCan Microturbina in una serra

Foto: Urban Ziegler, NRCan

Cogen. Municipio di Kitchener

CogenerazioneCogenerazioneCombustibiliCombustibili

• RinnovabiliRinnovabili Residui legnosi Gas da discarica Biogas Bioprodotti agricoli Bagasse Colture appositamente

coltivate, ecc.

• FossiliFossili Gas naturale Gasolio Carbone, ecc.

• Energia geotermicaEnergia geotermica• IdrogenoIdrogeno Foto: Joel Renner, DOE/ NREL PIX

Geyser geotermico

Foto: Warren Gretz, DOE/NREL

Biomassa per cogenerazione

Cogenerazione Cogenerazione Apparecchiature e tecnologieApparecchiature e tecnologie

• Unità frigorifereUnità frigorifere Chiller a compressione Chiller ad assorbimento Pompe di calore, ecc.

• Unità produzione energiaUnità produzione energia Turbogas Turbogas ciclo combinato Turbina vapore Motore endotermico Cella a combustibile, ecc.

• Unità termicheUnità termiche Caldaia / Forno / Riscaldatore Recupero calore a perdere Pompa di calore, ecc.

Foto: Rolls-Royce plc Turbogas

Foto: Urban Ziegler, NRCan

Gruppo frigorifero

CogenerazioneCogenerazioneIl mercatoIl mercato

Crescita prevista: 10 GW/annoCrescita prevista: 10 GW/anno247 GW247 GWMondoMondo

Cogen. per sostituzione impianti a carboneCogen. per sostituzione impianti a carbone0,5 GW0,5 GWSud AfricaSud Africa

Magg. alimentazione a bagasse per zuccherificiMagg. alimentazione a bagasse per zuccherifici4,1 GW4,1 GWIndiaIndia

Energia distribuita associata ad installaz. isolateEnergia distribuita associata ad installaz. isolate2,8 GW2,8 GWBrasileBrasile

Forti incentivi per le rinnovabiliForti incentivi per le rinnovabili4,9 GW4,9 GWG.B.G.B.

In aumento la cogenerazione municipaleIn aumento la cogenerazione municipale11 GW11 GWGermaniaGermania

30% dell’elettricità prodotta con cogenerazione30% dell’elettricità prodotta con cogenerazione65 GW65 GWRussiaRussia

Cogeneraz. maggiormente alimentata a carboneCogeneraz. maggiormente alimentata a carbone32 GW32 GWCinaCina

Rapida crescita, grazie al supporto politicoRapida crescita, grazie al supporto politico67 GW67 GWUSAUSA

Principalmente cartiere e industrie petroliferePrincipalmente cartiere e industrie petrolifere12 GW12 GWCanadaCanada

CommentiCommentiPotenzaPotenzaRegioneRegione

Fonte: World Survey of Decentralized Energy 2004, WADE

Energia rinnovabileEnergia rinnovabileTecnologie per riscaldamento e Tecnologie per riscaldamento e reffreddamentoreffreddamento

Riscaldamento a biomassaRiscaldamento a biomassaTecnologie ed applicazioni Tecnologie ed applicazioni

Cippato legnoso

Impianto di riscaldamento

Edifici singoli e/o teleriscaldamento

Foto: Wiseloger, Art DOE/NREL

Foto: Oujé-Bougoumou Cree Nation

• Combustione controllata di Combustione controllata di legno, scarti agricoli, RSU ecc. legno, scarti agricoli, RSU ecc. per generare caloreper generare calore

• Mondo:Mondo: La combustione di biomassa costituisce l’11%

dell’energia primaria totale (EPT) del mondo Oltre 20 GWt di impianti di riscaldamento

controllati

• Paesi in via di sviluppo:Paesi in via di sviluppo: Per cucinare e riscaldare Non sempre sostenibile Africa: 50% dell’EPT India: 39% dell’EPT Cina: 19% dell’EPT

• Paesi industrializzati:Paesi industrializzati: Riscaldamento, energia elettrica,

forni a legna Finlandia: 19% dell’ETP Svezia: 16% dell’ETP Austria: 9% dell’ETP Danimarca: 8% dell’ETP Canada: 4% dell’ETP USA: 68% di tutte le rinnovabili

Mercato del riscaldamento a Mercato del riscaldamento a biomassabiomassa

Fonte: Ingwald Obernberger con dati dalla Camera di Commercio Agricoltura e Foreste, Austria meridionale

Foto: Ken Sheinkopf/ Solstice CREST

Camera di combustione

Fonte: Statistiche IEA – Renewables Information 2003, Renewable Energy World 02/2003

01.0002.0003.0004.0005.0006.0007.0008.000

Nuove installazioni di piccola taglia (<100 kW) a biomassa Impianti riscald. in Austria

Riscaldamento solare dell’ariaRiscaldamento solare dell’ariaTecnologie ed applicazioniTecnologie ed applicazioni

• Collettori senza vetro Collettori senza vetro per preriscaldamento per preriscaldamento ariaaria

• L’aria calda viene L’aria calda viene riscaldata riscaldata attraversando piccoli attraversando piccoli fori nella piastra fori nella piastra metallica assorbente metallica assorbente (Solarwall(SolarwallTMTM) )

• Un ventilatore fa Un ventilatore fa circolare l’aria circolare l’aria riscaldata dentro riscaldata dentro l’edificiol’edificio

Diffusore murale

Ventilatore

Pannellosolareperforato

Ariaesterna

• Preriscaldamento dell’aria Preriscaldamento dell’aria di ventilazione per edifici di ventilazione per edifici con grandi necessità con grandi necessità d’aria esternad’aria esterna

• Impianti d’essiccazioneImpianti d’essiccazione

• Costo competitivo per Costo competitivo per nuovi edifici e grandi nuovi edifici e grandi ristrutturazioniristrutturazioni

Edificio industriale

Foto: Conserval Engineering

Impianto solare per essiccazione

Foto: Conserval Engineering

Mercato riscaldamento solare Mercato riscaldamento solare dell’ariadell’aria

Riscaldamento solare di acquaRiscaldamento solare di acquaTecnologie ed applicazioniTecnologie ed applicazioni

• Collettori vetrati e non vetratiCollettori vetrati e non vetrati

• Accumulo acqua (serbatoi e piscine)Accumulo acqua (serbatoi e piscine)

Edifici commerciali/pubblici e piscine Acquacoltura – Allevamento di salmoni

Riscaldamento solare di acquaRiscaldamento solare di acquaIl mercatoIl mercato

• Più di 30 milioni di mPiù di 30 milioni di m22 di collettori di collettori installati nel mondoinstallati nel mondo

• Europa:Europa: 10 milioni di m2 di collettori in funzione

Crescita annua del 12%

Germania, Grecia ed Austria i mercati più attivi

Obiettivo: 100 milioni di m2 entro il 2010

• Forte mercato mondiale per il Forte mercato mondiale per il riscaldamento di piscineriscaldamento di piscine

• Nelle Barbados più di 35.000 sistemiNelle Barbados più di 35.000 sistemi

Foto: Chromagen

Edifici residenziali

Edifici residenziali e piscine

Fonte: Renewable Energy World, Oak Ridge National Laboratory

Riscaldamento solare passivoRiscaldamento solare passivoTecnologie ed applicazioniTecnologie ed applicazioni

• Genera dal 20 al 50% del Genera dal 20 al 50% del riscaldamento ambiente riscaldamento ambiente richiesto durante richiesto durante l’invernol’inverno

• Alto rendimento solare Alto rendimento solare grazie alle finestre ad grazie alle finestre ad orientamento equatoriale orientamento equatoriale ad alta efficienza ad alta efficienza

• Accumulo del calore Accumulo del calore all’interno della struttura all’interno della struttura dell’edificiodell’edificio

• Utilizzo Utilizzo dell’ombreggiamento per dell’ombreggiamento per ridurre i carichi termici ridurre i carichi termici estiviestivi

Inverno

Estate

Foto: Fraunhofer ISE (dal sito web Siemens Research and Innovation)

Riscald. solare passivo in un condominio

Mercato del riscaldamento Mercato del riscaldamento solare passivosolare passivo

• La tecnologia solare La tecnologia solare passiva è l’uso efficiente passiva è l’uso efficiente delle finestre – pratica delle finestre – pratica standard ai giorni nostristandard ai giorni nostri

• Per le nuove costruzioni Per le nuove costruzioni aumento dell’investimento aumento dell’investimento quasi nulloquasi nullo Finestre ad alta efficienza Orientamento degli edifici Ombreggiamento appropriato

• Costo competitivo per i Costo competitivo per i nuovi edifici e le nuovi edifici e le ristrutturazioniristrutturazioni

Edificio commerciale

Foto: DOE/NREL Gretz, Warren

Edificio residenziale

Foto: DOE/NREL

Pompe di calore geotermiche Pompe di calore geotermiche Tecnologie ed applicazioniTecnologie ed applicazioni

• Riscaldamento e Riscaldamento e raffreddamento acqua ed raffreddamento acqua ed ambientiambienti

• Ciclo a compressione Ciclo a compressione alimentato elettricamentealimentato elettricamente

• Calore preso dalla terra in Calore preso dalla terra in inverno e dissipato sotto inverno e dissipato sotto terra in estateterra in estateCircuito orizzontale

Circuito verticale

Mercato delle pompe di calore Mercato delle pompe di calore geotermichegeotermiche

Edifici commerciali, pubblici ed industriali

Foto: Geothermal Heat Pump Consortium (GHPC) DOE/NREL

Pompa di calore residenziale • Mondo:Mondo: 800.000 unità installate Potenza totale 9.500 MWt

Crescita annuale del 10%

• USA: 50.000 installazioni ogni USA: 50.000 installazioni ogni annoanno

• Svezia, Germania e Svizzera i Svezia, Germania e Svizzera i maggiori mercati europeimaggiori mercati europei

• Canada:Canada: Più di 30.000 unità

residenziali Più di 3.000 unità

commerciali ed industriali 435 MWt installati

Altre tecnologie commerciali Altre tecnologie commerciali pulitepulite

• Combustibili: etanolo e biodieselCombustibili: etanolo e biodiesel

• Sistemi di refrigerazione efficientiSistemi di refrigerazione efficienti

• Motori a velocità variabileMotori a velocità variabile

• Utilizzo luce solare e sistemi Utilizzo luce solare e sistemi efficienti di illuminazioneefficienti di illuminazione

• Recupero calore ventilazioneRecupero calore ventilazione• AltreAltre

Foto: David and Associates DOE/NREL

Foto: Robb Williamson/ NREL Pix

Luce solare ed illuminazione efficiente

Combustibile da scarti agricoli

Refrigerazione efficiente per pista di pattinaggio

Tecnologie pulite emergentiTecnologie pulite emergenti

• Energia termoelettrica solareEnergia termoelettrica solare

• Energia termoelettrica Energia termoelettrica oceanicaoceanica

• Energia da correnti marineEnergia da correnti marine

• Energia da correnti oceanicheEnergia da correnti oceaniche

• Energia dalle onde marineEnergia dalle onde marine

• ecc.ecc.

Foto: Gretz, Warren DOE/NREL

Foto: Sandia National Laboratories DOE/NREL

Centrale termoelettrica solare con concentratori

Centrale termoelettrica solare a concentrazione su torre

• Esistono opportunità Esistono opportunità economicamente economicamente praticabilipraticabili

• Molti i casi di successoMolti i casi di successo

• Mercati crescentiMercati crescenti

• Le risorse rinnovabili e Le risorse rinnovabili e le opportunità per una le opportunità per una maggiore efficienza maggiore efficienza energetica sono energetica sono disponibili e vanno disponibili e vanno sfruttatesfruttate

Foto: Michael Ross Renewable Energy Research

Foto: Price, Chuck

Parks Canada Sistema ibrido eolico e FV (Arctico a 81°N)

Telefono FVFoto: Nordex Gmbh

Installaz. turbina eolica 600 kW

ConclusioniConclusioni

Domande?Domande?

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Capitolo XIV - Clean-1

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