Center for Advanced Studies, Research and Development in Sardinia Sistemi innovativi ed efficaci...

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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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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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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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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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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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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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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”


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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)


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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)


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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)


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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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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


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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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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


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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


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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 solare termica ad alta temperatura Energia solare termica ad alta temperatura Il sistema ENEA

Filmato ENEA


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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 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 solare termica a bassa temperatura Energia solare termica a bassa temperatura Il progetto CRS4


● 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




Riduzione dei costi di dissalazione attraverso l’innovazione tecnologica



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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 solare termica a bassa temperatura Energia solare termica a bassa temperatura Il sistema propostoIl sistema proposto


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


● 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 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



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Materiali e dispositivi per l’energetica Materiali e dispositivi per l’energetica I progetti CRS4


● Costo dei materiali, tempo di vita dei componenti,…

Validazione delle innovazioni tecnologiche● Dimostrazione della fattibilità tecnica di nuovi disegni e materiali




Sviluppo dell’economia all’idrogeno attraverso l’innovazione tecnologica



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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


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Materiali e dispositivi per l’energetica Materiali e dispositivi per l’energetica Il sistema proposto


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


● 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


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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


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