Dai residui vegetali, urbani e Dai residui vegetali, urbani e zootecnici energia per il territoriozootecnici energia per il territorioTecnologie ed Applicazioni Energetiche Delle Tecnologie ed Applicazioni Energetiche Delle

Biomasse Agroforestali Biomasse Agroforestali

Foligno Foligno –– Palazzo TrinciPalazzo Trinci

25 Ottobre 200725 Ottobre 2007

RelatoreProf. Ing. Franco Cotana

Direttore del Centro Ricerca Biomasse –Università di Perugia

1.1. FACEBFACEB--ERAPERAP Energia Rinnovabile ed aria pulita 1 MWe + 5 MWt (300 minicentrali in Italia nei prossimi 10 anni, 20 minicentrali in Umbria) 2. 2. GassificazioneGassificazione da 60 kWda 60 kWee a 800 kWa 800 kWee COGENERAZIONE(MICRO)COGENERAZIONE(MICRO)

Gassificatore per cippato 20% UmiditGassificatore per cippato 20% Umiditàà

3. Biogas 3. Biogas -- ERAARZERAARZ da 40 kWe a 800 da 40 kWe a 800 KWeKWe COGENERAZIONE (MICRO)COGENERAZIONE (MICRO)

(Energia Rinnovabile per le Aziende Agricole derivante da Reflui(Energia Rinnovabile per le Aziende Agricole derivante da Reflui Zootecnici) (Az. Zootecnici) (Az. Zootecnica Provincia di Terni)Zootecnica Provincia di Terni)

44. . Potature Potature -- ERAASPVERAASPV da 100 a 400 da 100 a 400 kWkWtt CALORE + VAPORE (MICRO)CALORE + VAPORE (MICRO)

(Energia Rinnovabile per le Aziende Agricole derivante da Scarti(Energia Rinnovabile per le Aziende Agricole derivante da Scarti Potature dei Vigneti) Potature dei Vigneti) (Azienda Vitivinicola Provincia di Perugia)(Azienda Vitivinicola Provincia di Perugia)

5.5. Olio vegetaleOlio vegetale 200 kWe + 200 kWt dalla filera girasole o soia.200 kWe + 200 kWt dalla filera girasole o soia.

(Impiego di olio vegetale in motori appositi per la (Impiego di olio vegetale in motori appositi per la cogenerazionecogenerazione))

6.6. CoCo--CombustioneCombustione con carbonecon carbone di di biomassabiomassa secca da Sorgo da Fibra, Canna, Pioppo, secca da Sorgo da Fibra, Canna, Pioppo, SRF, ramaglie, potatureSRF, ramaglie, potature

7.7. CoCo--Combustione con GAS NaturaleCombustione con GAS Naturale di biogas di biogas (eventuale e syngas da gassificazione di biomasse e carbone)(eventuale e syngas da gassificazione di biomasse e carbone)

8.8. BioetanoloBioetanolo II Generazione dalla filiera II Generazione dalla filiera LegnoLegno--cellulosacellulosa impiego di Celle a Combustibileimpiego di Celle a Combustibile9. 9. BioPolimeriBioPolimeri

Cogenerazione a biomasse: Progetti del CRBCogenerazione a biomasse: Progetti del CRB

1. PROGETTO FACEB:FILIERA AGROFORESTALE PER CENTRALI

A BIOMASSA DI PICCOLA TAGLIA

ENERGIA RINNOVABILE E ARIA PULITA : ENERGIA RINNOVABILE E ARIA PULITA : PROGETTO 1 MWE E 4 MWT OGNI 100 KMPROGETTO 1 MWE E 4 MWT OGNI 100 KM

1. PROGETTO FACEB-ERAP

Analisi tecnica dell’impianto

5 MWPotenza termica

2,5 milioni €Ricavi annui stimati (primi 8 anni)

16.000 MWh/annoEnergia termica prodotta

10 milioni €Investimento

6.300 MWh/annoEnergia elettrica prodotta

4.000 ore/annoProduzione termica

6 (4,5) anniPayback period

7.500 ore/annoProduzione elettrica

0,18Rendimento elettrico

1 MWPotenza elettrica lorda

Dati tecnici centrale

900 ton/annoProduzione ceneri

6 %Contenuto ceneri

13.000 kJ/kgPCImedio

18.000 ton/annoQuantità

Caratteristiche Biomassa

Analisi tecnica dell’impianto

Caratteristiche tecniche dell’impiantoPotenza elettrica lorda ≅ 1 ,1 MW

Potenza termica lorda ≅ 5 MW

Biomassa in ingressoQuantità = 18.000 ton/anno

PCI medio = 13 MJ/kg

EnergiaEnergia elettrica = 6300 MWh/anno

Energia termica = 20.000 MWh/annoCeneri ≅ 900 ton/anno

Sistema di essiccazione

Edifici e coperture

Sistema automatico raccolta e cippatura biomassa

Sistema automatico per la raccolta e la cippatura

Sistema di gassificazione

Sistema di conversionedell’energia

Sistema automatico raccolta e cippatura biomassa

1N° operatori

1÷2 t/hProduttività

200.000 €Costo

Sistema automatico per la raccolta e la cippatura

Sistema automatico per la raccolta e la cippatura

Macchina per la raccolta, trinciatura e pre-essiccazione della biomassa

Sono state realizzate delle prove di trinciatura e convogliamento di biomassa impiegando macchinari

attualmente presenti sul mercato.

MinicentraliEsempio Città di Castello: circa il 10% del consumo energetico

elettrico e termico della città

Centrale a biomassa a Ciclo Rankine Organico: SCHEMA DI PRINCIPIO

PIATTAFORMA ORC

PIATTAFORMA ORC

LAYOUT D’IMPIANTO

LAYOUT D’IMPIANTO

2. GASSIFICAZIONE

Tecnologie di conversione energetica:Gassificatore

6.000Ore funzionamento annue

75.000 €Ricavi annui totali stimati

360 ton/annoConsumo biomassa5/6 anniPayback period

60 kWPotenza termica netta25 % - 30 %Rendimento elettrico6.000 €/kW360.000 €

Costi specificiCosto di investimento

60 kWPotenza elettrica netta

CARATTERISTICHE

2. Progetto Energia GAS-BIOCOGEN:

MotorePulizia

gas

Coclea di carico

Alimentazione del gassificatore1 Kg di biomassa

in input:Cippato di legno

Insilato di mais

Sorgo da fibra

1 kWh elettrico

3. PROGETTO ERAARZ:ENERGIA RINNOVABILE PER LE AZIENDE

AGRICOLE DERIVANTE DA REFLUI ZOOTECNICI

PROGETTO ERAARZ

Azienda agricola dispone di 200 CAPI BOVINI di peso vivo pari a 1800 q

TECNOLOGIA DI IMPIANTO DI DIGESTIONE ANAEROBICA:

• Impianto di co-digestione

• Digestore di tipo Plug-flow

• Condizioni di termofilia (45 °C)

• Tempo di ritenzione di 15 giorni

• Schema semplificato

• Configurazione costruttiva compatta mobile e modulare

6 tonnellate giorno di deieizioniAzienda agricola dispone di STOCCHI DI MAIS: 100 kg/giorno

SCHEMA D’IMPIANTO

4.500Ore funzionamento annue

90.000 €Ricavi annui totali stimati

5/6 anniPayback period

4.000 €/kW400.000 €

Costi specificiCosto di investimento

100 kWPotenza elettrica netta

CARATTERISTICHE

4. PROGETTO ERAASPV: ENERGIA RINNOVABILE PER LE AZIENDE

AGRICOLE DERIVANTE DA SCARTI DI POTATURA DEI VIGNETI

Studio della filiera del recupero energetico delle potature presso un’azienda vitivinivicola umbra

Obiettivi del progetto:

1. Autonomia energetica dell’azienda

2. Risparmio di energia da fonte primaria fossile

3. Sviluppo di sistemi di conversione dell’energia da biomassa

4. Sviluppo dell’indotto legato alla filiera.

La filiera si articola nelle seguenti fasi:

• raccolta della potatura• stoccaggio• cippatura

• conversione energetica

PROGETTO ERAASPV

Le potature sono state raccolte con una macchina rotoimbalatrice.

RACCOLTA DELLE POTATURE

Superficie a vigneto: 200 haProduzione potatura: 0,5-0,7 t/ha Biomassa disponibile: circa 100 tonnellate/annoPCIdb = 17.700 kJ/kg

STOCCAGGIO

Balle di potatura: ESSICCAZIONE NATURALE

CIPPATURA CARRO MISCELATORE: Macchine usate in

zootecnia

Fabbisogni termici e frigoriferi

Caldaia ad olio diatermico

10 barPressione olio diatermico280 °CTemperatura olio diatermico

30 m3/hPorta olio diatermico

40 kWPotenza nominale

CONVERSIONE ENERGETICACombustione

N°6 Macchine frigorifere assorbimento da 13 kW Temperatura acqua refrigerata -

10°C

CONVERSIONE ENERGETICA DELLA BIOMASSA

ACQUA CALDA 85°C(riscaldamento locali e produzione acqua

calda sanitaria)

ACQUA REFRIGERATA -10°C

(Processo di vinificazione)

ACQUA FREDDA7°C

(condizionamento estivo dei locali)

VAPORE(processi

sterilizzazione delle bottiglie)

40.000 €/annoRisparmio economico annuo (compresi i certificati bianchi)

18 MWh/annoRisparmio energia elettrica

5.000 l/annoRisparmio GPL

28.000 l/annoRisparmio gasolio

1010 MWh/annoConsumo elettrico per gruppifrigo

11.000 l/anno Consumo GPL

30.000 l/annoConsumo gasolio

15 anniDurata dell’impianto

8-9 anniTempo di ritorno dell’investimento

25.000 €/annoRicavo annuo (al netto dellespese)

40.000 €/annoRisparmio economico annuo

100 €/t Costo annuo produzione cippato

200.000 €Costo realizzazione impianto

CONSUMI E RISPARMI ANALISI ECONOMICA

5. OLIO VEGETALE

5. 5. Olio vegetaleOlio vegetaleImpianto di produzione di olio vegetale da semi di girasole

abbinato ad un motore a combustione interna, alimentato dallo stesso olio prodotto, con sezione di cogenerazione per la

produzione di energia elettrica ed energia termica

IMPATTO AMBIENTALE

VANTAGGI AMBIENTALI

5. 5. Olio vegetaleOlio vegetale

STUDIO DI FATTIBILITÀ DI UN IMPIANTO DI TRIGENERAZIONE ALIMENTATO AD OLIO VEGETALE

La ristrutturazione della Rocca di S.Apollinare (Marsciano – PG) prevede la realizzazione di un impianto di trigenerazione alimentato ad olio vegetale.L’impianto consentirà quindi la produzione di:

-Energia elettrica;-Acqua calda per il riscaldamento locali ed utilizzo sanitario;-Acqua refrigerata per il condizionamento estivo.

Layout Stoccaggio e cogeneratore

ANALISI ECONOMICA

265˙000 € + IVATOTALE

45˙000 € + IVAMACCHINA AD ASSORBIMENTO E RETE DI DISTRIBUZIONE

200˙000 € + IVAIMPIANTO PRODUZIONE BIOCOMBUSTIBILE E COGENERATORE

20˙000 € + IVAOPERE CIVILI

IMPORTOCOSTI FISSI

98˙200 €/anno + IVATOTALE

30˙000 €/anno + IVACOSTO GESTIONE IMPIANTO (1 persona + manutenzione)

68˙200 €/anno + IVACOSTO MATERIA PRIMA (22 €/q × 3˙100 q)

IMPORTOCOSTI

126˙500 €/anno + IVATOTALE

18˙500 €/anno + IVAVENDITA PANI COME MANGIMI ZOOTECNICI(1˙850 q/anno × 10 €/q)

28˙000 €/anno + IVARISPARMIO METANO DA PROD. CALORE E FREDDO IN TRIGENERAZIONE (400 MWh/anno × 70 €/MWh)

80˙000 €/anno + IVAENERGIA ELETTRICA AL GESTORE DI RETE E CERTIFICATI VERDI (400˙000 kWh/anno × 0,2 €/kWh)

IMPORTORICAVI

1) IPOTESI DI FUNZIONAMENTO DI 4000 ore/anno

148˙800 €/anno + IVATOTALE

30˙000 €/anno + IVACOSTO GESTIONE IMPIANTO (1 persona + manutenzione)

118˙800 €/anno + IVACOSTO MATERIA PRIMA (22 €/q × 5˙400 q)

IMPORTOCOSTI

207˙500 €/anno + IVATOTALE

32˙500 €/anno + IVAVENDITA PANI COME MANGIMI ZOOTECNICI(3˙250 q/anno × 10 €/q)

35˙000 €/anno + IVARISPARMIO METANO DA PROD. CALORE E FREDDO IN TRIGENERAZIONE (500 MWh/anno × 70 €/MWh)

140˙000 €/anno + IVAENERGIA ELETTRICA AL GESTORE DI RETE E CERTIFICATI VERDI (700˙000 kWh/anno × 0,2 €/kWh)

IMPORTORICAVI

2) IPOTESI DI FUNZIONAMENTO DI 7000 ore/anno

265˙000 € + IVATOTALE

45˙000 € + IVAMACCHINA AD ASSORBIMENTO E RETE DI DISTRIBUZIONE

200˙000 € + IVAIMPIANTO PRODUZIONE BIOCOMBUSTIBILE E COGENERATORE

20˙000 € + IVAOPERE CIVILI

IMPORTOCOSTI FISSI

LA CO-COMBUSTIONE DI BIOMASSE AGROFORESTALI NELLE CENTRALI A

CARBONE

Co-combustione con carbone per la produzione di energia elettrica

Impiego della biomassa agro-forestale in centrali elettriche a carbone di grande taglia (300 MW-600 MW),

caratterizzate da rendimenti elevati (>38%)VANTAGGIVANTAGGI

La co-combustione al 5 -15% potenzialmente potrebbe incrementare

in 3 - 4 anni la potenza elettrica

prodotta da biomassa da attuali 400 MW a

800 – 1000 MW

Maggiori benefici economici per l’intera

filiera: possibile prezzo di acquisto di SRF a bocca di centrale

utilizzando solo l’80% del valore dei certificati

verdi attorno 60-70 €/ton

Ridotti investimenti per i proprietari

delle centrali: solo area di stoccaggio

ed eventuale essiccazione

Trasporto ferroviario e navale

Biomasse in Co-combustione con carbone

LA CO-COMBUSTIONE DI BIOGAS E GAS NATURALE IN IMPIANTI A CICLO

COMBINATO

BIOETANOLO DI SECONDA GENERAZIONE

CippatoCippato didi legnolegno ResiduiResidui didi pagliapaglia

ZuccheriZuccherielementarielementari

Residuilegnosi

dell’industriaedile

20052 ton diresidui / giorno

Mitsui Shipbuilding Co.

LTD

Maniwa(Giappone)

Paglia2006300.000 ton di residui /

anno

Authority for energy; DTU, Novozymes, Energi E2

Danimarca

Paglia2006500 ML / anno

AbengoaBioenergy

Spagna

Residuilegnosi

200780 ton diresidui / giorno

Bio-ethanol Japan Kansai

Co. LTD

Osaka (Giappone)

Legno2005500 L / giornoUniversity of Umea, University

of Lulea

Ornskoldsvik(Svezia)

Maize and herbaceuos

20011 Mgal / annoIogenOttawa (Canada)

Tipologia dibiomassa

AnnoProduzioneProprietarioLocalità

finefineRelatore

Prof. Ing. Franco CotanaDirettore del

Centro Ricerca Biomasse - Università di Perugia