Esperienze di ricerca nel settore delle energie rinnovabili in Provincia di Latina

1. TMRGroup @ DMA-URLS Esperienze di ricerca nel settore delle energie rinnovabili in Provincia di Latina Alessandro Corsini TMRG @ Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Gruppo Sistemi per l’Energia e l’Ambiente, Facoltà di Ingegneria, Latina “Sapienza” Università di Roma e.mail: alessandro.corsini@uniroma1.it, corsini@dma.ing.uniroma1.it Latina, 26 marzo 2007

2. Indice Indice dell’intervento • 1. Modellazione di sistemi energetici da fonti energetiche rinnovabili FENR Studio di rete elettriche isolate o SAPS, il caso dell’isola di Ventotene Captazione di energia dal moto ondoso, la tecnologia OWC nel mar Tirreno Motore a vapore con alimentazione solare&biomasse progetto PIBE, recupero energetico delle Acque di Vegetazione Essiccate • 2. Attività di pianificazione energetica nel territorio della Provincia di Latina • 3. Progetti didattici nel settore delle rinnovabili, esperienze di collaborazioni con il mondo imprenditoriale Diagnosi energetica nel settore florovivaistico, Selecta Italia Valutazione del potenziale solare nel Comune di Anzio, Azzero CO2 Concentratore solare FV per regimi di media concentrazione, Aires Tech Srl A Corsini, Latina 26 marzo 2007 TMRGroup @ DMA-URLS

3. 1. FENR in reti di potenza isolate Integrazione di FENR in reti di potenza isolate Perché la creazione di strumenti modellistici per FENR La definizione di scenari di riduzione dei consumi energetici e di incremento dell’efficienza nella produzione di potenza utile impone lo sviluppo di strumenti di aiuto alla decisione per indirizzare correttamente l’azione amministrativo-gestionale delle Pubbliche Amministrazioni, degli operatori energetici, degli utenti finali Modello di sistema energetico Ricostruzione fedele delle dinamiche evolutive di un sistema energetico su scale temporali diverse (giornaliera, stagionale, annuale, &c) Modello numerico non-stazionario permette la valutazione della prestazioni energetico-ambientali di scenari di intervento complessi, con azioni sul lato domanda ovvero sul lato offerta, misurata in ragione dell’impatto sul diagramma di carico del sistema Perché gli SAPS Nei paesi industrializzati, i sistemi Stand Alone caratterizzano le isole minori non elettro-connesse con la rete nazionale (es. le isole Pontine) ed in alcuni distretti industriali SAPS costituiscono un laboratorio per verificare i problemi connessi con l’aumento della penetrazione di fonti non-programmabili SAPS in isole minori, sono caratterizzati da costi di produzione del kWh da 2 a 10 volte superiori rispetto all’EPC della rete nazionale A Corsini, Latina 26 marzo 2007 TMRGroup @ DMA-URLS

4. 1. FENR in reti di potenza isolate Integrazione di FENR in reti di potenza isolate Caso studio: Isola di Ventotene programma Isole Minori del MATT Corsini A., Rispoli F., Gamberale M., “Assessment of renewable energy solutions in an Italian small island energy system using a transient simulation model”, ASME J. of Solar Energy Engineering, 128, 237-244, 2006. Corsini A., Rispoli F., Tortora E., Gamberale M., “Assessment of H2 and H2O-based renewable energy-buffering systems in minor islands”, in corso di revisione Renewable Energy, 2007. A Corsini, Latina 26 marzo 2007 TMRGroup @ DMA-URLS

5. kW kW ore ore 1. FENR in reti di potenza isolate Integrazione di FENR in reti di potenza isolate Situazione attuale Interventi lato domanda DSM tecnologie: ST, pompe di calore fabbisogno: 2100 MWh/anno picco di potenza: 720 kW riduzione del 37,6 % del picco estivo risparmio energetico totale: 694,9 MWhel/anno emissioni evitate: 521,75 ton CO2/anno Curva di domanda Sistema di generazione: motori diesel A Corsini, Latina 26 marzo 2007 TMRGroup @ DMA-URLS

6. 1. FENR in reti di potenza isolate Integrazione di FENR in reti di potenza isolate Fonti energetiche rinnovabili • FENRpower mix • turbina eolica: 600 kWp • campo fotovoltaico: 126 kWp • OWC: 165 kW • celle a combustibile: 195 kW kW 1,3 GWhel/anno (copertura effettiva del 57 % del carico con misure di efficienza energetica) Potenziali emissioni evitate: 975 ton CO2/anno A Corsini, Latina 26 marzo 2007 ore TMRGroup @ DMA-URLS

7. 1. FENR in reti di potenza isolate Integrazione di FENR in reti di potenza isolate Accumulo stagionale del surplus di FENR (1) produzione H2 dissalazione acqua m3/h kW Elettrolizzatore ore kW Celle a combustibile ore ore Acqua dissalata: 35685 ton/anno (48,5 % del carico idrico annuale) Producibilità celle a combustibile: 375 MWh/anno A Corsini, Latina 26 marzo 2007 TMRGroup @ DMA-URLS

8. 1. FENR in reti di potenza isolate Integrazione di FENR in reti di potenza isolate Accumulo stagionale del surplus di FENR (2) Settimana invernale Settimana estiva A Corsini, Latina 26 marzo 2007 TMRGroup @ DMA-URLS

9. ton Situazione attuale Produzione di idrogeno Produzione di acqua mesi 1. FENR in reti di potenza isolate Integrazione di FENR in reti di potenza isolate Consumo di combustibile 537 ton/anno - 61,3% - 67,2% 208 ton/anno 176 ton/anno A Corsini, Latina 26 marzo 2007 TMRGroup @ DMA-URLS

10. 1. Energia dal moto ondoso nel mar Tirreno Energia dal moto ondoso Il potenziale della risorsa, Italia rete ondametrica nazionale, APAT serv. Idromare Boa APAT di Ponza, dati dal 1999 al 2003 potenza max circa 12 kW/m potenza media invernale 8 kW/m, periodo ott. – febbr. potenza min 2kW/m surplus di energia RES è marcatamente stagionale soluzioni per l’accumulo o il buffering stagionale dell’energia convertita necessaria una potenza “rotante” di tipo convenzionale per coprire i vuoti di potenza rinnovabile A Corsini, Latina 26 marzo 2007 TMRGroup @ DMA-URLS

11. 1. Energia dal moto ondoso nel mar Tirreno Energia dal moto ondoso Il potenziale della risorsa, Italia meccanismo di trasferimento di energia è efficace con una naturale concentrazione di energia meccanica sulla superficie dell’acqua una volta create le onde viaggiano su lunghe distanze con basse perdite la potenza delle onde è proporzionale al quadrato della loro ampiezza o altezza Hw per il loro periodo caratteristico Tw e.g. per onde di: periodo lungo  7 – 10 s ampiezza media  2 m

12. 1. Energia dal moto ondoso nel mar Tirreno Tecnologie mare-motrici shoreline o on-shore Oscillating Water Column OWC (i) Sviluppato: Instituto Tecnico Superior, Lisbona Wavegen Ltd & Queen’s University, Belfast STRUTTURA: Si tratta di un apparato che sfrutta l’energia dell’onda per comprimere dell’aria all’interno di una camera processo di conversione di tipo penumatico, con due fasi utili (e.g compressione – aspirazione) FUNZIONAMENTO: L’aria viene fatta fluire attraverso un dispositivo espansore che permette la produzione di potenza meccanica-elettrica VANTAGGI: Si tratta attualmente della soluzione più promettente sia per la fattibilità tecnica ed economica Impianti già in servizio, esperienze di integrazione in Sistemi di Potenza isolati dispositivo di potenza compresa nel range di 60÷500 kW A Corsini, Latina 26 marzo 2007 TMRGroup @ DMA-URLS

13. 1. Energia dal moto ondoso nel mar Tirreno Oscillating Water Column OWC Impianti pilota (i) • Isola di Islay (Scozia), 500 kW • 70 kW/m potenza disponibile • shoreline • Isola di Pico (Azzorre, Portogallo), 1000 kW • 40 kW/m potenza disponibile • shoreline • Porto di Sakata (Giappone), 200 kW • 10 kW/m potenza disponibile • integrazione nell’infrastrutture portuali A Corsini, Latina 26 marzo 2007 TMRGroup @ DMA-URLS

14. 1. Energia dal moto ondoso nel mar Tirreno OWC, applicazione ad un’isola del Mar Tirreno Prestazioni OWC, potenza e rendimento Corsini A., Rispoli F., “A transient model for OWC device. Application to Mediterranean sea states”, OWEMES, April 2006. Pmax= 160 kW En.= 97 MWh/anno hmax = 0,6 A Corsini, Latina 26 marzo 2007 TMRGroup @ DMA-URLS

15. BIOMASS BOILER STEAM ENGINE CHILLER 1. Solare a concentrazione & biomasse Motore a vapore con alimentazione solare&biomasse Idea progettuale Sviluppato in collaborazione con ANTARES Energy ESCo & AiresTech Srl, presentato a Energy Med 2007 Definizione di uno schema co-generativo o tri-generativo completamente alimentato da fonti rinnovabili FENR uso combinato solare a concentrazione & biomasse espansori a vapore perm-generazione buon comportamento fuori-progetto adatto alla variabilità tipica dell’alimentazione solare condizioni allo scarico adatte ad utenza tri-generativa A Corsini, Latina 26 marzo 2007 TMRGroup @ DMA-URLS

16. Utenza termica Motore a vapore chiller 1. Solare a concentrazione & biomasse Motore a vapore con alimentazione solare&biomasse Schema di impianto & dimensioni Dimensioni impianto Campo solare: 500 - 2000 m² Potenza caldaia: 1 MW Potenza motore: 200 kW Risultati Energia da solare: 1GWh/anno Producibilità dei collettori per m2: 470 kWh/m2 Energia da biomassa: 7,6 GWh/anno Energia convertita: 1,4 GWh/anno Temperatura acqua di raffreddamento: 100 °C Emissioni evitate (solare): 750 ton CO2/anno A Corsini, Latina 26 marzo 2007 TMRGroup @ DMA-URLS

17. 1. Solare a concentrazione & biomasse Motore a vapore con alimentazione solare&biomasse Prestazioni kW ore Potenza da solare Potenza da biomassa Potenza al generatore di vapore A Corsini, Latina 26 marzo 2007 TMRGroup @ DMA-URLS

18. Condensato Acqua Fumi Sezione A Trattamento termico delle AV Sezione B Combustione del concentrato AV Concentrato Ceneri Vapore Fumi Sezione C Unità di cogenerazione Metano Calore Energia elettrica 1. Recupero energetico da AVE PIBE (Piattaforma Integrata Bioreflui ed Energia) Obiettivo del progetto: realizzare e sperimentare un nuovo processo di depurazione /smaltimento delle acque di vegetazione derivanti dal ciclo produttivo dell’olio d’oliva, con recupero di parte del loro contenuto energetico. Acque di vegetazione (AV): residuo liquido derivante dalla lavorazione meccanica delle olive per la produzione dell’olio. È altamente inquinante (almeno 20 volte il potere inquinante dei reflui civili) dato l’elevato contenuto di sostanze organiche. A Corsini, Latina 26 marzo 2007 TMRGroup @ DMA-URLS

19. 1. Recupero energetico da AVE PIBE, simulazione della combustione nell’avanforno Il punto focale dell’analisi è stato lo studio dell’interazione di un flusso geometricamente complesso che genera ampie zone di ristagno, con i processi di reazione chimica. Codice CFD XENIOS sviluppato dal TMRG@DMA-URLS Il metodo utilizzato per l’integrazione delle equazioni che descrivono il campo chimico-fluidodinamico è il Metodo agli Elementi Finiti (FEM) Modello a due equazioni k-epsilon non lineare Modello termochimico adottato è lo stretched laminar flamelets per flussi premiscelati. Griglia dell’avanforno della Sezione B. Campo delle velocità, streamlines e vortex core nell’avanforno della Sezione B. Campo delle temperature nell’avanforno della Sezione B. A Corsini, Latina 26 marzo 2007 TMRGroup @ DMA-URLS

20. 2. Pianificazione energetica nella Provincia di Latina Pianificazione energetica nella Provincia di Latina Studio per la pianificazione energetica della Provincia di Latina in fase di realizzazione potenziale da biomasse, forestali e agricole, e zoomasse politiche energetiche per i piccoli comuni politiche energetiche per le isole Pontine Partner universitario all’interno de LEMA, Latina Energy Management Agency in fase di lancio A Corsini, Latina 26 marzo 2007 TMRGroup @ DMA-URLS

21. 3. Progetti didattici università-impresa Progetti didattici nel settore delle rinnovabili esperienze di collaborazioni con il mondo imprenditoriale Tirocinii e stage, nell’ambito dei corsi di laurea triennale in Ingegneria Meccanica e Ingegneria dell’Ambiente e del Territorio alcuni esempi delle esperienze maturate Fotovoltaico, att. sperimentale e sviluppo prodotti EUROSOLARE Spa, ENIPOWER LCA di sistemi di potenza FENREcoBilancio & Ambiente Italia DLR German Aerospace Center IAT LCA di prodotti per azzeramento emissioni GHGAzzeroCO2 Efficienza energetica negli edificiAzzeroCO2 Diagnosi energetiche industriali Selecta Italia Nuova OTER Srl Cogenerazione industriale OROS Progetti e Ricerche Progettazione di impianti di potenza a FENR Antares Energy, Aires Tech Srl Pianificazione energetica, solare, biomasse &c AzzeroCO2, AiresTech Srl A Corsini, Latina 26 marzo 2007 TMRGroup @ DMA-URLS

22. 3. Progetti didattici università-impresa Diagnosi energetica nel settore florovivaistico, Selecta Italia vincitore del Premio di Laurea BIC Lazio, 2006 • Lo studio del mercato florovivaistico per evidenziare ed analizzare; le tendenze, le problematiche, l’andamento annuale dei prezzi e del commercio mondiale, con l’intento di individuare i vantaggi che il progetto apporterebbe all’azienda florovivaistica proposta; • La ricostruzione del ciclo produttivo dell’azienda oggetto di studio allo scopo di evidenziare i punti di forza e di debolezza dell’impresa e quindi dell’impianto; • 3. AUDIT TERMICO ED ELETTRICO • 4. Progettazione interventi • INTERVENTO STRUTTURALE E SUL SISTEMA DI REGOLAZIONE DELL’IMPIANTO TERMICO e DI VENTILAZIONE • IMPIANTO CO-GENERAZIONE A BIOMASSA QUALE ALTERNATIVA AL BTZ • IMPIANTO FOTOVOLTAICO DIMENSIONATO SULLE UTENZE ELETTRICHE DEL SISTEMA DI SERVO-MOTORI DELLE SERRE TMRGroup @ DMA-URLS

23. 3. Progetti didattici università-impresa Calcolo del potenziale energetico italiano da irraggiamento solare. Caso di studio il comune di Anzio, AzzeroCO2 vincitore della Borsa di Studio “Anzio Futura” 2006-2008 METODOLOGIA Scelta dei software (Arcview 3.2, Google Earth) Reperimento di materiali sul territorio di Anzio (piano regolatore, dati statistici, foto aeree, etc) Misura superficie totale delle coperture disponibili (foto-riconoscimento) Calcolo della superficie dei moduli installabili (in base a misura, inclinazione, orientamento dei pannelli; all'indice di forma dele coperture, al tipo di copertura) Calcolo del potenziale (distinzione tra solare fotovoltaico e termico) A Corsini, Latina 26 marzo 2007 TMRGroup @ DMA-URLS

24. 3. Progetti didattici università-impresa Progetto e realizzazione di un modulo concentratore FV per regimi di media concentrazione Il progetto di tirocinio verte sulla progettazione e realizzazione di un modulo concentratore prove sperimentali out-door in regime di concentrazione di 100 soli caratteristiche elettriche delle celle fotovoltaiche per uso in concentrazione macchia focale di tipo lineare con dimensioni di 90 cm², in grado di accogliere e testare dispositivi anche di potenze elevate modulo ad inseguimento a due assi, apparato di controllo in grado di realizzare precisioni nel puntamento dell’ ordine di 0,2º 4 fotosensori per i due circuiti di controllo A Corsini, Latina 26 marzo 2007 TMRGroup @ DMA-URLS

25. Gruppo di Sistemi per l’Energia e l’Ambiente F. Rispoli, D. Borello, C. Iossa, F. Menichini, P. Venturini S. Boccanera, C. Forcina, M. Luppi,E. Tortora, G. Ullucci D. Pianura, S. Vagnati A Corsini, Latina 26 marzo 2007 TMRGroup @ DMA-URLS