Sustainable Energy Systems & ITleos.unipv.it/slides/lecture/Crema_FBK.pdfGENPORT Tecnologie...

15.06.2010Luigi Crema – Fondazione Bruno KesslerIL FUTURO DEL SILICIO NEL FOTOVOLTAICO

Sustainable Energy Systems & ITLuigi Crema

Researcher @ REET

IL FUTURO DEL SILICIO NEL FOTOVOLTAICO, 28 OTTOBRE 2010


Contesto

L’energia sarà uno dei temi maggiormente discussi nei prossimi anni. I principali argomenti saranno relativi a:

• Le riserve di combustibili (petrolio e gas naturale) saranno sufficienti per i prossimi 40 – 60 anni

• I prezzi dell’energia crescono/cresceranno nel tempo, in parallelo all’aumentare del consumo

• Il picco del petrolio, anche nella prospettiva più ottimistica, non è remoto nel tempo a realizzarsi

• Una società richiede energia (a prezzi stabili?) per produrre beni e benessere

Lettura consigliata:Are there basic physical constraints on future anthropogenic emissions of carbon dioxide? By Timothy J. Garrett, Department of Atmospheric Sciences, University of Utah, Salt Lake City, UT, USA e-mail: [email protected], published on Climate Change (Springer Link)


IT per EFFICIENZA ENERGETICA e (CO)GENERAZIONE

Le Energie Rinnovabili non sono in ogni caso un problema puramente di tecnologie disponibili

Devono essere integrate in maniera efficiente

Le tecnologie IT sono una chiave abilitante per integrazione, efficienza, ottimizzazione, regolazione, utilizzo di tutte le risorse Rinnovabili

Kit di Energie Rinnovabili!La giusta strada?


I Sistemi Sostenibili sono attualmente più una seriedi tecnologie STAND – ALONE

I Sistemi Sostenibili sono più in relazione con l’efficienza e lo sviluppo da un punto di vista ingegneristico, equation - based

Sistemi Sostenibili

0 1 ∙ ∗2 ∙ ∙ ∗ 2

1

1 11 ∙


Tecnologie dell’Informazione ‐ IT

Le tecnologie IT sono relative a software e strumenti di controllo, sensori e smartmetering, tlc e tecnologie della comunicazione, a intelligenza fornita a un sistema, al retrofitting di tecnologie, almanagement di dati e conoscenza, strumenti di ottimizzazione, modellistica, analisi predittiva …


IT per l’ENERGIA a scala DISTRIBUITALa nuova società dell’energia


Strumenti IT per Sistemi Distribuiti: Integrazione SMART

Source Hon

eywell


Edificio: un piccolo mondo in sè stesso

I nodi della società dei “Prosumers”

2

Distretto Energetico: connessioni fra una

comunità

3

Città: le città a energia zero stanno

diventando una realtà (MASDAR, ZIRA,

DONGTAN, FREIAMT)

4

1 Pianificazione diMobilità sostenibile

Generazione Regionale di Energia5


Non hanno buone performanceConsuma il 40% dell’energia totale, più del 70% dell’elettricità e più del 50% del gas naturale

EUI in kBTU/sqm yr

E....Sono uno dei pochi prodotti…• le proprietà del quale non sono testate prima della realizzazione.• le cui inneficienze non sono misurate e riportate durante l’utilizzo.Non sono progettati come un sistema.

L’EDIFICIO


Integrazione per aumento di efficienza

Facciate attive per ventilazione naturale

Micro‐specchi per redirezionare la luce solare Deumidificazione decentralizzata

Materiali a cambio di fase per aumentarel’energy storage termico

Energia e Comfort daelementi naturali

Miniaturizzazionedei server web


IT per modelling, monitoraggio e controllo dell’edificio come sistema

IT può applicarsi all’edificio a vari livelli, con diversi strumenti software e hardware, dal design di sistema al monitoraggio delle tecnologie in retrofitting, a interfacce utente SMART per aumentare la conoscenza e i comportamenti virtuosi

Bui

ldin

g C

ontro

l and

Virt

ual T

est B

ed

Source LBN

L La

wrenc

e Be

rkeley Nationa

l La

bs


L’Edificio e ilBuilding Performance Monitor (BPM)

Source Hon

eywell


Il retrofitting degli EdificiSo

urce Hon

eywell


IT e SISTEMI SOSTENIBILI

Le tecnologie IT possono essere una chiave abilitante dei Sistemi Sostenibili a vari livelli e contesti (edificio, distretto, città, viabilità)

CONTROLLI

BASSO livello: retrofitting di sistemi sostenibili, sensori, WSN, sistemi domotici

MEDIO livello: integrazione fra sistemi e ottimizzazione delle prestazioni

ALTO livello: automatic decisioncontrol, interazioni utente finale

BASSO livello – sistema si supervisione

MEDIO livello – Integrazione di sistema


IT per Sistemi SostenibiliLivello decisionale e di interfaccia

utente

La casa come un personal trainer attraverso interazione con l’utente finale e stimoli per comportamenti virtuosi

Interfacce remote per la connessione a un sistema di

management domestico


R&D su IT per efficienza energetica negli edifici

Dalle tecnologie abilitanti aiprocessi, l’IT per un edificiosmart


IT for Sustainable Regional SystemsEnergy Networking

Le abitazioni dotate con un sistemadi produzione alternativo di energia, distribuiscono l’energia attraversouna rete estesa al contesto (i.e. paese).Mediante il design diun’infrastruttura per lo scambiobidirezionale di energia (micro Grid) gli edifici si possono supportare sui carichi di consumo secondo singolespecificità nelle diverse stagioni e in diverse condizioni climatiche e meteorologiche. Il sistema viene progettato per ottimizzare l’intera infrastrutturaenergetica basata sui profili diproduzione e consumo.


IT per Sistemi di Energia Sostenibili el’Energy Vision di FBK – REET

FBK REET Energy Vision:i. Nessuna singola tecnologia può diventare un

sistema di energia sostenibile per l’intera società

ii. L’integrazione el’ibridizzazione delle tecnologie saranno due fattori chiave strategici

iii. IT giocherà a tutti i livelli un ruolo chiaveiv. La generazione distribuita di energia sarà

essenziale per la prossima società di multilivello dell’energia


+energy settlements & FBK‐REET Energy Vision

Electrical Energy

Hot Water

THERMAL FLUID

BoilerHeating Power

Acqueduct

SOLAR COOLING UNIT

Ground Source Heat

Pump

Thermal engine

LIQUID FUEL

HOME ORGANICWASTES (PLASTIC,

PAPER, ORGANICS,…)

REGENERATIVE CYCLE

ENERGY STORAGE

ELECTRICAL ENERGYAUTO CONSUMPTION

FUEL CELL(PEMFC)

CHEMICAL DEPOLYMERIZATIO

N PROCESS

Tfluid 300 – 350 °C

300 – 350 °C

el = 20%th = 50%

CR 40:1

Tfluid 6 – 16 °C

COP 1

COP 6

TACS 50 - 60°C

e.g. Regeneration from Metaborate to NaBH4 for PEMFC


+energy settlements –Esempio di Progetti Pilota attivi


DiGeSPo project and the micro-cogeneration from small size concentrated solar power

Micro Cogenerazione da Solare a Concentrazione di Piccola Scala

Il progetto DiGeSPo sviluppa unatecnologia nel range 1‐3 kWe, 3‐9kWth di micro cogenerazione (m‐CHP) mediante un sistemainnovativo di solare aconcentrazione (CSP) abbinato aun motore Stirling. La tecnologiafornirà energia elettrica, diriscaldamento e raffrescamentoper singole o multiple utenzedomestiche e edifici pubblici,industriali o commerciali.


Participant organisation name

Country

Fondazione Bruno Kessler (Coordinator)

Italy

Uppsala University Sweden

Politecnico di Milano Italy

Narva Lichtquellen GmbH Germany

Electronic Machining Srl. Italy

Sustainable Engine Systems Ltd.

UK

Project in Motion Ltd. Malta

22



Retrofitting sulla generazione di energia: Tecnologia Stirling a Iniezione adattabile al lato domanda di energia lato utente finale

Cooling

Electrical Energy

ThermalEnergy

Tecnologia Stirling standard Tecnologia Stirling a IniezioneBrevetto FBK



BioDomUs e la cogenerazione di energia da stufe e caldaie a biomassa domestiche (finanziamento APE)

Tecnologie Retrofittabili per Sistemi Energetici Sostenibili

L’obiettivo è realizzare uninstallazione dimostrativa per lacogenerazione elettrica etermica di energia da sistemi abiomassa domestici mediantel’applicazione di un motore diStirling.Il progetto prevede larealizzazione di un sistema dicogenerazione per 1 – 3 kW dienergia elettrica e 8 ‐24 kW dienergia termica, raggiungendoun’efficienza globale di 0,85 –0,9.

mRT‐1k Stirling in fase di realizzazione presso FBK


Gli FBK-REET labs hannorealizzato una nuova tecnologia diraffrescamento/riscaldamentorigenerata da energia solarebasata su un doppio cicloadsorbimento/desorbimento.Il dispositivo è provvisto di energystorage termico nella forma dimateriali microporosi. Il materiale,rigenerato dal solare, fornisceenergia termica medianteintegrazione di un cicloevaporativo.Il sistema può essere scalato nella capacità di raffrescamento/riscaldamento, variando ilvolume del materiale microporoso, e nella potenza termica, cambiando la portata d’ariaattraverso il sistema.Un prototipo della capacità termica di25-30 kWhth e retrofittabile fra a 2-5 kWth è statorealizzato in FBK. Il COP è 0,70,9.

SolTec e una nuova tecnologia retrofittabile di energy storage termico



ISLE e un nuovo sicuro sistema di storage energeticoelettrico e termico per la scala distribuita

Sodium Borohydride Regenerative

Reactor

H2 from Electroliser

Chemical Energy Storage (NaBH4)

Direct electrical power use

Intermittent thermal source

Intermittent electricity source, PV, m‐CHP from Solar, Biomasses

MOHCs nano particles ADS / DES reactions

Waste Heat

Cycle efficiency improvement

PEM Fuel CellHydrogen generation

Water

Exhaust material (NaBO2)

Cycles for Heating and Cooling

Efficiency > 42%

Efficiency > 85%

Efficiency > 70 ‐ 75%

COP > 1,5

ELECTRICAL POWER

THERMAL PO

WER

End‐user

End‐user

PNNL, FBK

GENPORT, POLIMI, CSIC, HIDRONERJI

LNEG, PNNLHIDRONERJIHIDRONERJI

ACCIONA,CEIS, FBK

FBK, CIDETE, ACCIONA

CIDETE, GENPORT



ICT e ENERGIA in TRENTINO

• TRENTINO RISE, EIT KIC – ICT, SMART ENERGY SYSTEMS, Scopo: Smart Grids/Green ICT

• Leading node/Partners: BERLIN/Siemens, Deutsche Telecom, Fraunhofer, Ericsson, Alcatel-Lucent, Orange, CWI, VTT, KTH

• Challenges:I) Future Scenarios & Experience Lab

II) Smart Grid Management (technical & control systems)

III) End-to-End Smart Grid & Green ICT Management Systems


ICT e ENERGIA in TRENTINO


Le tecnologie sono importanti per certo,ma richiedono uno sviluppo nonsolo in termidi di indicatori di efficenza,ma anche su concetti di integrabilità eadattabilità

I Sistemi Sostenibili saranno un fattore dimitigazione della crisi per I prossimi anni a livellomondiale

IT sarà una chiave abilitante per far entrare i sistemisostenibili nella nostra vita quotidiana

Conclusioni


Luigi CremaResearcher at REET

Renewable Energies & Environmental Technologies

Luigi CremaResearcher at REET

Renewable Energies & Environmental Technologies

Sustainable Energy Systems & ITleos.unipv.it/slides/lecture/Crema_FBK.pdfGENPORT Tecnologie...

Documents

Transcript of Sustainable Energy Systems & ITleos.unipv.it/slides/lecture/Crema_FBK.pdfGENPORT Tecnologie...