Unità Tecnica Fonti Rinnovabili -...

UTRINN-2010 1

Unità Tecnica Fonti Rinnovabili

Francesco Di Mario

Casaccia, 9/10/2013

UTRINN-2010 2

Solare termodinamico (CSP)

Fotovoltaico

Biomasse e bioenergie

Idrogeno, celle a combustibile e sistemi di

accumulo dell’energia

Tematiche di intervento dell’Unità

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2002

CSP – Dal laboratorio alla dimostrazione industriale

2001

2006

2007

2008

2009

Avvio del Progetto

Realizzazione

impianto di prova

Dimostrazione a

scala industriale

Progettazione e

realizzazione

dell’impianto

presso l’ENEL

di Priolo

Qualificazione della

componentistica

innovativa

2005

2004

2003 Sviluppo componenti in

collaborazione con

imprese industriali

2010

Ricerca di

laboratorio

PCS Impianto Archimede (5 MW)

UTRINN-2010 4

Principali risultati raggiunti

Sviluppo di un know how originale

sul sistema e sui suoi componenti

critici (tubo ricevitore, collettore

solare, circuito a sali fusi,

generatore di vapore, sistema di

accumulo) (più di 20 brevetti)

Sviluppo, in collaborazione con

l’industria nazionale, delle

tecnologie e dei processi di

produzione dei componenti

Dimostrazione della validità della

tecnologia in un impianto

industriale, come Archimede

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Competenze e infrastrutture disponibili in ENEA

Capacità di sviluppo e

progettazione dei componenti e

del sistema

Laboratori per R, S e

caratterizzazione dei componenti

del campo solare (tubo

ricevitore, collettore solare,

giunti, …)

Impianto sperimentale per

caratterizzazione chimico-fisica

delle miscele di sali fusi

Impianto PCS per prove di

funzionamento in condizioni reali

e qualificazione di componenti e

sistemi

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Obiettivi e linee di sviluppo per il medio termine

Promuovere l’introduzione nel mercato della tecnologia nazionale dei

sistemi CSP, riducendo il costo degli impianti e dell’energia elettrica

prodotta, attraverso:

R, S e qualificazione di componenti e sistemi degli impianti solari

termodinamici, in collaborazione con le aziende interessate;

Collaborazione con società di ingegneria e utilities per studi di

fattibilità e per progettazione e realizzazione di impianti di diversa

taglia (dalle centinaia di kW alle decine di MW) e per diverse

applicazioni (generazione di potenza, impianti ibridi, dissalazione,

produzione di calore di processo,..);

Utilizzo del know how sugli impianti solari a sali fusi per

applicazioni diversificate (CSP con collettori non parabolici,

produzione di combustibili con energia solare,…)

Collaborazioni internazionali sia nel settore della ricerca che per la

realizzazione di impianti.

UTRINN-2010 7

Solare Termodinamico (CSP)

Principali progetti in corso (1)

MATS, progetto europeo coordinato da ENEA, in collaborazione con diversi partner

industriali e di ricerca (impianto da 1 MW, per produzione di energia elettrica e calore

per dissalazione, da realizzare in Egitto; 2011-2015)

Archetype 550, progetto europeo coordinato da Enel Green Power per la

realizzazione di un impianto da 30 MW in Sicilia (FP7 e NER 300; 2012-2017)

OPTS, progetto europeo coordinato da ENEA per lo sviluppo e realizzazione di un

sistema di accumulo innovativo, basato su un unico serbatoio con generatore di

vapore integrato (2011-2014).

HYSOL, progetto europeo, coordinato da ACS-COBRA, per la realizzazione di un

impianto ibrido solare-biomasse (2013-2016)

OMSOP, progetto europeo, coordinato da CITY, per lo sviluppo di un sistema da 5-

10 kW basato sull’accoppiamento di un solar dish ed una microturbina (2013-2017)

Sviluppo e qualificazione di componenti e sistemi (tubo ricevitore, collettore

solare, giunti,…) in collaborazione strutture di ricerca e con l’industria nazionale

(ASE, DD, Ronda, Meccanotecnica Umbra,….)

Studi di fattibilità e progetti preliminari di impianti di diverse taglie e per diverse

applicazioni (collaborazioni con aziende cinesi, vari comuni italiani, CIPNES, …)

UTRINN-2013 8

Solare Termodinamico (CSP)

Principali progetti in corso (2)

Progetti europei per utilizzo e sviluppo infrastrutture di ricerca:

SFERA (Solar Facilities for the European research Area)

EUSOLARIS (The European Solar Research Infrastructure for

CSP)

Progetti europei per la diffusione delle tecnologie solari nell’area del

Mediterraneo:

PWMSP (Paving the Way for the Mediterranean Solar Plan)

STS-MED (Small scale Thermal Solar district units for

Mediterranean communities)

Studio e sviluppo di soluzioni innovative per configurazioni

d’impianto, fluidi termici, sistemi di accumulo, coating per tubi

ricevitori nell’ambito dell’AdP MSE-ENEA

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Attività sul Fotovoltaico in Casaccia

Ricerca su semiconduttori innovativi per dispositivi FV:

CZTS Kesterite

composto quaternario a base di rame: Cu2ZnSnS4

Processi innovativi per celle in silicio:

eterogiunzioni silicio amorfo/silicio cristallino

Consulenza e supporto alle industrie nazionali

Sperimentazione e monitoraggio di sistemi fotovoltaici

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Attività di ricerca e sviluppo tecnologico sul PV

Semiconduttori a base di rame Sviluppo di semiconduttori a base di rame:

CZTS in grado di sostituire lo strato di indio,

sempre più raro e costoso, nei moduli a film

sottile tipo CIS, CIGS

Ricerca sul silicio cristallino Aumento dell’efficienza di cella attraverso il

miglioramento dei processi industriali e lo sviluppo

di nuove configurazioni su wafer sottili (< 150mm)

Sviluppo di step di processi industriali innovativi

(trattamenti chimici a basso impatto ambientale e

via plasma, emitter selettivi, laser doping, fine-line

screen printing)

Sviluppo di celle ad eterogiunzione sia con contatto

frontale che con entrambi i contatti sul retro

(brevetto BEHIND) con efficienza potenziale

superiore al 20%

1995 2000 2005 2010 20150

2

4

6

8

10

Inizio uso

co-sputtering

IBM

Katagiri

Solar Frontier

ENEA

WORLD

CZ

TS

Reco

rd E

ffic

ien

cy (

%)

Year

p-type c-Si

n-typeSiOx

a-Si:H buffer

BRAGG

Reflector

Aluminum

TCO

Screen printed Ag

i a-Si:H

i a-Si:H

SiNx

p-type c-Si

screen printed Ag

n a-Si:Hp a-Si:H

(AdP MSE-ENEA, Accordo CNR-ENEA) (AdP MSE-ENEA, Accordo CNR-ENEA)

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Fotovoltaico

Consulenze definite

• Test di paste serigrafiche

per i contatti delle celle

• Test di celle acquisite da

fornitori diversi

• Sviluppo di tecniche di

contattatura innovative

(plating di rame)

Attività sui sistemi fotovoltaici

Monitoraggio fotovoltaico in Italia

• Analisi delle caratteristiche e delle prestazioni

degli impianti del “conto energia” (Conv. GSE)

Normativa

• Messa a punto di norme europee CENELEC e

di norme tecniche CEI per moduli e sistemi.

Attività sperimentale

• Sviluppo del software e dell’hardware per il

monitoraggio ed il controllo remoto dei sistemi.

• Sviluppo di un progetto sui sistemi PV (inclusi

convertitori, accumulo ed i sistemi di “energy

management”) con produzione prevedibile.

Varie

• Supporto a enti pubblici per la progettazione e

il monitoraggio di impianti fotovoltaici

Accordi in corso di valutazione

• Sviluppo di processi per la

fabbricazione di eterogiunzioni

a-Si/ c-Si

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Bioenergia Principali attività svolte in Casaccia

Ottimizzazione dei processi di digestione anaerobica

Sviluppo di sistemi di purificazione del biogas

Produzione di idrogeno mediante processi biologici

Biocombustibili di 2° generazione

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Bioenergia

Digestione anaerobica

Clean-up del biogas

■ Studio dei processi chimico-fisici e biologici per l’abbattimento

degli inquinanti del biogas, fino ai livelli di purezza richiesti

dalle diverse applicazioni (produzione di energia elettrica,

immissione in rete,..)

■ Realizzazione e sperimentazione di prototipi da laboratorio

■ Ottimizzazione dei processi di digestione anaerobica /

codigestione di diverse miscele (FORSU/deiezioni

animali/rifiuti agroalimentari/fanghi di depurazione) e confronto

tra diverse configurazione del DA

■ Realizzazione e sperimentazione di prototipi di digestori

anaerobici, utilizzabili sia per prove da laboratorio che sul

campo

■ Supporto alle aziende per la progettazione realizzazione di

sistemi di taglia industriale

(AdP MSE-ENEA, Progetti MAREA e Veritas)

(AdP MSE-ENEA)

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Bioenergia

Produzione di idrogeno da processi biologici

Biocombustibili di 2a generazione

■ Colture di microalghe per impieghi energetici

■ Studio di filiere innovative per la produzione di etanolo da biomasse agroforestali e colture di biomasse legnose e erbacee (progetto BIOSEGEN - MIPAAF)

■ Studio di processi biologici fermentativi per la

produzione di idrogeno e miscele metano/idrogeno

■ Studio e sperimentazione di processi di produzione

idrogeno accoppiati alla «dark-fermentation»

(elettrolisi biologicamente assistita)

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H2 e sistemi elettrochimici

Linee di attività principali

H2&FC

Sviluppo di sistemi di produzione e accumulo dell’idrogeno

Sviluppo di sistemi con celle a combustibile per diverse applicazioni

(generatori portatili, cogeneratori di piccola taglia per usi residenziali,

generazione distribuita)

Sistemi di accumulo elettrochimico

Sviluppo di materiali e componenti e caratterizzazione di celle e

moduli di batterie al litio e supercondensatori

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Sistemi di produzione e accumulo dell’idrogeno

Produzione di idrogeno e miscele

metano/idrogeno mediante processi

di reforming alimentati da calore

solare (progetti METISOL,

COMETHY)

Produzione di idrogeno mediante

cicli termochimici alimentati da

calore solare (progetto SOL2HY2)

Studio sistemi di accumulo H2 e O2

per impiego nei sottomarini (coll.

con Ministero Difesa)

Collaborazione con industrie per

sistemi di produzione di idrogeno di

piccola taglia basati su

sodioboroidruro

Generatore di H2

da NaBH4

(ENEA, ErreDue)

Impianto sperimentale ciclo zolfo-iodio

http://www.erreduegas.it/it/schede_tecniche/laboratorio/GBH01- GBH02 italiano - 2.pdf

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Sistemi con celle a combustibile

Sviluppo di componenti per le diverse

tecnologie di celle a combustibile (celle

polimeriche, a carbonati fusi, ad ossidi solidi)

Sviluppo di sistemi di piccola taglia con celle

ad elettrolita polimerico alimentati da gpl e

sodioboroidruro

Sviluppo di sistemi di cogenerazione con

celle ad ossidi solidi da 1 e 2,5 kW per usi

residenziali (Progetto EFESO, coordinatore

Merloni)

Sviluppo di sistemi con celle a combustibile

ad alta temperatura alimentati con gas

derivante da biomasse o rifiuti (AdP MSE,

Progetti europei)

Studi sul ciclo di vita delle celle a

combustibile e sull’inserimento nella rete

elettrica (progetti europei) Stazione di prova per celle a carbonati fusi

Sistema da 1 kW

con celle

polimeriche

alimentato a GPL

Sistemi di accumulo elettrochimico

R&S di materiali, componenti

e sistemi per batterie al lito e

supercondensatori con

caratteristiche migliori di quelli

disponibili (in termini di

energia, sicurezza, impatto

ambientale)

Caratterizzazione di sistemi

di accumulo in stazioni di

prova dedicate

(Progetti europei, AdP MSE)

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Principali collaborazioni internazionali

Implementing Agreement IEA su:

CSP (Solar Paces)

Bioenergy

Hydrogen

Advanced Fuel Cells

EERA (European Energy Research Alliance), con

partecipazione ai programmi sui temi di interesse dell’Unità

Fuel Cells & Hydrogen Joint Understanding ENEA è membro di N.ERGHY (New European Research

Grouping on fuel cells and HYdrogen)

International Partnership for Hydrogen Economy

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Laboratori e infrastrutture di ricerca

Solare termodinamico Impianto PCS per prova componenti, Impianto MOSE per prova e caratterizzazione

miscele sali fusi, Laboratorio per qualificazione termomeccanica componenti,

Laboratorio di ottica, Laboratori su cicli termochimici e combustibili da solare

Fotovoltaico

Linea pilota per realizzazione celle in silicio, forno per diffusione droganti in silicio,

Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD), impianti evaporazione e

sputtering per film sottili, clean room, strumentazione per caratterizzazione di materiali e

celle

Biomasse e bioenergie Laboratorio per lo sviluppo di nuovi processi fermentativi a scopo energetico,

Laboratorio per lo studio e lo sviluppo di impianti per la produzione di microalghe,

Laboratorio di ecologia microbica per lo studio dei processi naturali e loro applicazioni

Idrogeno, celle a combustibile e sistemi di accumulo dell’energia

Laboratori per sviluppo e caratterizzazione materiali e componenti per celle a

combustibile, batterie, supercondensatori e accumulo di idrogeno; camera secca;

microreattori per studio catalizzatori; stazioni di prova celle e stack; ciclatori per batterie

UTRINN - Progetti europei in corso - Solare PROGETTO FINANZIAMENTO DURATA BUDGET ENEA CO-

FINANZIAMENTO

Paving the Way for the Mediterranean Solar Plan

ENPI 36 MESI 01/09/2010 - 01/09/2013

€ 385,361.00 € 385,361.00

SFERA - Solar Facilities for the European Research Area

UE – 7° PROGRAMMA QUADRO

54 MESI 01/07/2009 - 31/12/2013

€ 802,818.88 € 708,540.08

OPTS - Optimization of a Thermal energy Storage system with integrated Steam Generator


36 MESI 01/11/2011 - 30/10/2014

€ 1,705,338.00 € 1,412,838.00

MATS - Multipurpose Applications by Thermodynamic Solar


42 MESI 19/07/2011 - 19/01/2015

€ 2,401,217.17 € 1,912,669.00

STS MED - Small scale thermal solar district units for Mediterranean communities

ENPI CBC-MED 36 MESI 17/11/2012 - 16/11/2015

€ 406,201.00 € 365,580.90

MED-DESIRE - MEDiterranean DEvelopment of Support schemes far solar Initiatives and Renewable Energies

ENPI CBC-MED 35 MESI 01/02/2013 - 31/12/2015

€ 541,356.04 € 487,220.44

HYSOL - Innovative Configuration for a fully renewable hybrid CSP plant


36 MESI 01/04/2013 - 31/03/2016

€ 732,900.00 € 556,550.00

EU-SOLARIS - The European SOLAR Research Infrastructure for Concentrating Solar Power


48 MESI 01/11/2012 - 31/10/2016

€ 400,486.85 € 290,577.59

OMSOP - Optimised Microturbine Solar Power system


48 MESI 01/02/2013 - 31/01/2017

€ 1,070,104.00 € 753,304.00

ARCHETYPE SW550 -ARChimede Hot Energy TYPology Enhanced Solar Water 550


60 MESI 01/01/2012 - 31/12/2017

€ 909,800.00 € 747,725.00

TOTALE € 9,355,582.94

€ 7,620,366.01

UTRINN- Progetti europei in corso IDROGENO, CELLE E ACCUMULO

PROGETTO FINANZIAMENTO DURATA BUDGET ENEA CO-FINANZIAMENTO

CoMETHy - Compact Multifuel-Energy To Hydrogen converter

FCH JU 36 MESI 01/12/2011 - 30/11/2014

€ 676,127.00 € 351,468.00

H2FC - Infrastructures UE – 7° PROGRAMMA QUADRO

48 MESI 01/11/2011 - 31/10/2015

€ 142,150.00 € 101,752.00

GREENLION - Advanced manufacturing processes for Low Cost Greener Li-Ion batteries


48 MESI 01/11/2011 - 31/10/2015

€ 561,926.00 € 429,033.00

MCFC-CONTEX - MCFC catalyst and stack component degradation and lifetime: Fuel Gas CONTaminant effects and EXtraction strategies

FCH JU 54 MESI 01/10/2010 – 31/03/2015

€ 898,909.56 € 428,009.13

SOL2HY2— Solar To Hydrogen Hybrid Cycles

FCH JU 36 MESI 01/06/2013 – 31/05/2016

€ 582,963.00 € 376,570.00

SCoReD 2.0— Steel Coatings For Reducing Degradation in SOFC


36 MESI 01/07/2013 – 30/06/2016

€ 590,376.00 € 356,704.00

TOTALE € 3,452,451.56

€ 2,043,536.13

UTRINN

Progetti europei approvati e in fase di avvio PROGETTO FINANZIAMENTO DURATA BUDGET ENEA CO-FINANZIAMENTO

GRAIL— Glycerol Biorefinery Approach for the Production of High Quality Products of Industrial Value


48 MESI € 799,992.00 € 606,244.00

HITECO - New solar collector concept for high temperature operation in CSP applications


36 MESI € 460,704.00 € 230,704.00

NELLHI - New all-European high performance stack: design for mass production

FCH JU 36 MESI € 538,880.00

€ 421,775.00

SFERA-II - Solar Facilities for the European Research Area-Second Phase


48 MESI € 663,156.86 € 588,352.07

STAGE-STE— Scientific and Technological Alliance for Guaranteeing the European Excellence in Concentrating Solar Thermal Energy


48 MESI € 1,143,816.00 € 547,336.00

MARS-EV – Materials for Ageing Resistant li-ion High Energy Storage for the Electric Vehicle


48 MES € 544,989.00 € 415,104.00

TOTALE € 4,151,537.86 € 2,809,515.07

Grazie per l’attenzione

[email protected]

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