Corso « Clean Energy Project Analysis » Stato delle tecnologie energetiche pulite © Minister of...
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Corso « Clean Energy Project Analysis »Corso « Clean Energy Project Analysis »
Stato delle tecnologie Stato delle tecnologie energetiche puliteenergetiche pulite
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
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
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
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
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
TecnologieTecnologieenergetiche Puliteenergetiche Pulite
Convenzionale Efficiente
Do
man
da
di
ener
gia
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
0
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1980 1990 2000
Anni
Fonte: National Laboratory Directors
per il Ministero dell’Energia USA (1997)
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
Co
sti
ener
gia
(U
S¢/
kWh
)
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
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
Costi totali di un sistema che Costi totali di un sistema che genera o che consuma energiagenera o che consuma energia
• Costo totaleCosto totale
• 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
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
Tecnologie rinnovabili per la Tecnologie rinnovabili per la produzione di energia elettricaproduzione di energia elettrica
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
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
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
In isola
Vento
Vento
Pala del rotore
Torre
Altezza
Gondola con trasmissione e generatore
Mercato energia eolica Mercato energia eolica
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
Installazione annuale mondiale turbine eoliche
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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
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
Diga
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
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
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.
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
Campo Fotovoltaico
InverterFV
Batteria
Elettricità
Impianto FV centralizzato
Contatore
Contatore
Energiadistribuita
ReteElettrica
Il mercato del fotovoltaicoIl mercato del fotovoltaico
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
Installazioni fotovoltaiche annuali nel mondo
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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”)
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
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
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
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
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
• 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
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
• 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
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
• 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
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
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
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
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
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
• 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
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
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
1988
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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
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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
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
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
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
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
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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
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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
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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
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
Mercato delle pompe di calore Mercato delle pompe di calore geotermichegeotermiche
Edifici commerciali, pubblici ed industriali
Foto: Geothermal Heat Pump Consortium (GHPC) DOE/NREL
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
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
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
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
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.
• 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
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ConclusioniConclusioni
Domande?Domande?
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