Valorizzazione dei beni pubblici e sostenibilità degli interventi Cremona, 9 giugno 2006

1. Valorizzazione dei beni pubblici e sostenibilità degli interventi Cremona, 9 giugno 2006 Utilizzo ottimale delle biomasse a scopo energetico: un’applicazione alla provincia di Cremona Giulia Fiorese, Marino Gatto e Giorgio Guariso fiorese@elet.polimi.it Dipartimento di Elettronica e Informazione

2. 1. Cosa si intende per biomasse? Tutte le sostanze di matrice organica Comparto forestale Colture energetiche BIOMASSE Comparto industriale Comparto agricolo Comparto zootecnico Sono una risorsa rinnovabile se utilizzate con un tasso di utilizzo non superiore alla capacità di rinnovamento biologico

3. 2. Utilizzo energetico delle biomasse Energia primaria per fonte (fonte: IEA, 2005; EurObserver, 2005) mondo, 2003 EU25, 2003 Consumo interno lordo di biomasse (2003) EU15 61 su 1.526 Mtep USA 68 su 2.281 Mtep Cina 217 su 1.429 Mtep India 211 su 553 Mtep Mondo 1143 su 10.579 Mtep Fonte: EU, 2005

4. 3. Vantaggi Politica di stabilizzazione delle emissioni di gas serra Politica energetica sviluppo fonti rinnovabili Diversificazione colture Controllo eccedenze Set aside Riutilizzo sottoprodotti BIOMASSE Politica industriale Riutilizzo sottoprodotti legno Salvaguardia territorio aree marginali (montagna) Politica Agricola Comunitaria

5. 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 impianti • definizione dei bacini di conferimento 3 obiettivi Energetico Emissivo Economico Applicazione: Provincia di Cremona Piano Energetico Provinciale 4. Obiettivo e struttura della presentazione Obiettivo: Valutazione e comparazione di alternative di utilizzo energetico delle biomasse per un territorio a scala provinciale

6. biomassa umida secca digestione anaerobica essiccazione preparazione PRODUZIONE TERMICA biogas gassificazione combustione olio diatermico gas combustibili vapore turbine a gas turbine a vapore ORC motori • Biomasse lignocellulosiche • Combustione GENERATORI ELETTRICI 5. Filiere di conversione Quali biomasse e quali impianti sono considerati • Sottoprodotti colturali • Sottoprodotti forestali • Residui lavorazione del legno • Colture energetiche • Reflui zootecnici • Parte organica RSU • Residui industria alimentare

7. SRF – short rotation forestry Biomasse potenziali colture energetiche brevi turni di taglio, elevata densità e gestione meccanizzata delle operazioni colturali 6. Stima disponibilità di biomasse Sottoprodotti • Biomasse attualmente disponibili • Sottoprodotti agricoli • Sottoprodotti forestali • Sottoprodotti della lavorazione del legno

8. 7. Impianti considerati • Impianti 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

9. 8. Impianti considerati • Caldaie domestiche • Energia termica necessaria ad una abitazione di medie dimensioni • Caratteristiche: 100 kW,  > 80%, pulizia fumi e manutenzione semplici ENEA www.bioheat.info

10. En elettrica e termica Alt I Sottoprodotti Cogenerazione En elettrica e termica Alt II Sottoprodotti + SRF Cogenerazione En termica En elettrica e termica Sottoprodotti SRF Caldaie Cogenerazione Alt III 9. Alternative di utilizzo Approvvigionamento Trasporto Impianti Prodotto finale Obiettivo energetico (MJ) Obiettivo emissivo (kg CO2 evitate) Obiettivo economico (€)

11. 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 xijs[0,1] frazione della biomassa di tipo s presente nel comune i conferita all’impianto di cogenerazione j yj{0,1} la centrale di cogenerazione nel comune j è attiva se yj = 1, non attiva se yj = 0 zj {0,1} le caldaie domestiche nel comune j sono attive se zj = 1, non attive se zj = 0

12. Approvvigionamento Trasporto Ricavi impianto Costi impianto 11. Funzioni obiettivo Obiettivo energetico Max energia prodotta netta = energia prodotta – energia trasporto – energia SRF Obiettivo emissivo Max emissioni di CO2 evitate = emissioni evitate – emissioni trasporto – emissioni SRF Obiettivo economico Max 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 )

13. Stima della disponibilità di biomasse: Elaborazioni: V Censimento Generale dell’Agricoltura, 2000 e Censimento Intermedio dell’Industria, 1996 12. La provincia di Cremona Provincia a forte vocazione agricola

14. 13. Comuni candidati ad ospitare un impianto di cogenerazione Per cogenerazione e rete di teleriscaldamento: comuni con più di 3.500 abitanti

15. 4,7% consumi di combustibili fossili (1996) 5% emissioni di CO2 evitate (2002) 2,4 anni ritorno investimento Vescovato Crema Soresina Casalbuttano Piadena Cremona ALT I – 7 impianti di cogenerazione Casalmaggiore 14. Risultati Valori ottimi dei tre obiettivi ampiamente positivi

16. 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

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