Valorizzazione dei beni pubblici e sostenibilità degli interventiCremona, 9 giugno 2006

Giulia Fiorese, Marino Gatto e Giorgio Guariso

fiorese@elet.polimi.it Dipartimento di Elettronica e Informazione

Utilizzo ottimale delle biomasse a scopo energetico:

un’applicazione alla provincia di Cremona

Tutte le sostanze di matrice organica

Sono una risorsa rinnovabile se utilizzate con un tasso di utilizzo

non superiore alla capacità di rinnovamento biologico

BIOMASSE

Comparto forestale

Comparto industriale

Comparto agricolo

Colture energetiche

Comparto zootecnico

1. Cosa si intende per biomasse?

2. Utilizzo energetico delle biomasseEnergia primaria per fonte(fonte: IEA, 2005; EurObserver, 2005)

mondo, 2003

Biomasse11%

Idro2%

Rinnovabili14%

Altri1%

Petrolio34%

Gas21%

Nucleare7%

Carbone24%

Carbone18%

Nucleare15%

Gas24%

Petrolio37%

Altri1%

Rinnovabili6% Idro

1%

Biomasse4%

EU25, 2003

Consumo interno lordo di biomasse (2003)EU15 61 su 1.526 Mtep USA 68 su 2.281 MtepCina 217 su 1.429 MtepIndia 211 su 553 MtepMondo 1143 su 10.579 Mtep

Fonte: EU, 2005

3. Vantaggi

BIOMASSE

Politica di stabilizzazione delle emissioni di gas serra

Politica energetica

sviluppo fonti rinnovabili

Salvaguardia territorio

aree marginali (montagna)

Politica industriale

Riutilizzo sottoprodotti legno

Politica Agricola Comunitaria

Diversificazione colture

Controllo eccedenzeSet aside

Riutilizzo sottoprodotti

4. Obiettivo e struttura della presentazioneObiettivo: Valutazione e comparazione di alternative di utilizzo energetico delle biomasse per un territorio a scala provinciale

Applicazione: Provincia di Cremona Piano Energetico Provinciale

Struttura: • Stima della quantità di biomasse disponibili (sottoprodotti e

SRF)• Identificazione delle tecnologie di conversione• Formulazione di un problema di ottimizzazione per valutare

localizzazione degli impiantidefinizione dei bacini di conferimento

3 obiettiviEnergetico Emissivo

Economico

5. Filiere di conversione

Sottoprodotti colturali Sottoprodotti forestali Residui lavorazione del legno Colture energetiche Reflui zootecnici Parte organica RSU Residui industria alimentare

biomassa

secca

digestione anaerobica

umida

biogas

essiccazione preparazione

gassificazione combustione

gas combustibili

turbine a vapore

turbine a gas motori

vapore olio diatermico

ORC

PRODUZIONE TERMICA

GENERATORIELETTRICI

•Biomasse lignocellulosiche•Combustione

Quali biomasse e quali impianti sono considerati

6. Stima disponibilità di biomasse

Biomasse attualmente disponibili•Sottoprodotti agricoli•Sottoprodotti forestali•Sottoprodotti della lavorazione del legno

Sottoprodotti

Biomasse potenzialicolture energetiche

SRF – short rotation forestry

brevi turni di taglio, elevata densità e gestione meccanizzata delle operazioni colturali

7. Impianti consideratiImpianti di cogenerazione• Energia termica: alimenta rete di teleriscaldamento di comuni di medie/piccole dimensioni• Energia elettrica: 1,1 MWe, allacciamento rete nazionale

Centrale di Tirano (Sondrio) www.teleriscaldamento.valtline.it

8. Impianti consideratiCaldaie domestiche• Energia termica necessaria ad una abitazione di medie dimensioni• Caratteristiche: 100 kW, > 80%, pulizia fumi e manutenzione

semplici

ENEA www.bioheat.info

9. Alternative di utilizzoTrasport

oImpianti Prodotto finaleApprovvigionamen

to

Cogenerazione

SottoprodottiAlt I En elettrica e termica

Sottoprodotti + SRF

Cogenerazione

Alt II En elettrica e termica

SottoprodottiSRF

Caldaie Cogenerazione

Alt IIIEn termicaEn elettrica e termica

Obiettivo energetico (MJ) Obiettivo emissivo (kg CO2 evitate)

Obiettivo economico (€)

xijs [0,1] frazione della biomassa di tipo s presente nel comune i conferita all’impianto di cogenerazione jyj {0,1} la centrale di cogenerazione nel comune j è attiva se yj = 1,

non attiva se yj = 0zj {0,1} le caldaie domestiche nel comune j sono attive se zj = 1,

non attive se zj = 0

10. Variabili di decisione

Analisi svolta a livello comunale:ais biomassa presente nel comune i di tipo s s = 1

sottoprodotti s = 2 SRF

Problema di programmazione lineare a variabili reali e binarie

11. Funzioni obiettivoObiettivo energetico

Max energia prodotta netta =energia prodotta – energia trasporto – energia SRF

Obiettivo emissivoMax emissioni di CO2 evitate =

emissioni evitate – emissioni trasporto – emissioni SRF

Obiettivo economicoMax valore attuale di progetto =– investimenti iniziali + flusso di cassa

(flusso di cassa: ricavi dalla vendita di energia, costi di gestione, manutenzione, smaltimento ceneri,

trasporto e acquisto biomasse )

Approvvigionamento

Trasporto

Ricavi impiantoCosti impianto

12. La provincia di Cremona

Provincia a forte vocazione agricola

Elaborazioni: V Censimento Generale dell’Agricoltura, 2000 e Censimento Intermedio dell’Industria, 1996

SOTTOPRODOTTI DISPONIBILITA' ton ss/anno %

SRF DISPONIBILITA'ton ss/anno

agricolo 124.046 96 SRF 92.158industriale 9.453 3,9forestale 736 0,4

TOTALE 134.235 100

Stima della disponibilità di biomasse:

13. Comuni candidati ad ospitare un impianto di cogenerazione

#DOVERA

#

CASALMAGGIORE

#

PIADENA#

VESCOVATO#

CASTELVERDE#

CASALBUTTANO#

SORESINA

#

OFFANENGO

#

SONCINO#

PALAZZO PIGNANO#

PANDINO#

VAILATE#

RIVOLTA D`ADDA

#

CREMONA

#

PIZZIGHETTONE

#

CASTELLEONE

#

CREMA

#

BAGNOLO C.

#

VAIANO C.

#

SPINO D`ADDA

50000 0 50000 Meters

N

EW

S

Comuni con più di 3500 abitantiPer cogenerazione e rete di

teleriscaldamento:comuni con più di 3.500 abitanti

14. RisultatiValori ottimi dei tre obiettivi ampiamente positivi

Vescovato

Casalmaggiore

Crema

Cremona

Soresina

PiadenaCasalbuttano

4,7% consumi di combustibili fossili (1996)5% emissioni di CO2 evitate (2002)2,4 anni ritorno investimento

ALT I – 7 impianti di cogenerazione

15. Conclusioni

Metodologia per la pianificazione dell’utilizzo delle biomasse:

•Filiera energetica•Obiettivi energetico, emissivo, economico

Sviluppi•Emissioni atmosferiche a scala locale: particolato e NO x•Recupero delle ceneri•Analisi economica più dettagliata•Altre alternative di utilizzo

1. Contesto energetico in Lombardia

16 settembre 2003 la notte del black-out

8 febbraio 2006

Finanziaria 2006

16 febbraio 2005