Untitled - Comune di Bastia Umbra

COMUNE DI BASTIA UMBRA
C.E.U. srl Energy Project S.r.l.
SISTEMA INTEGRATO GEOTERMICO-SOLARE
CENTRALIZZATO
Impianto fotovoltaico
Impianto idroelettrico
Impianto di teleriscaldamento
Impianto di cogenerazione
STUDIO DI PRE-FATTIBILITA’
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RELAZIONE TECNICA ILLUSTRATIVA E PRESTAZIONALE
Indice
- IMPIANTO FOTOVOLTAICO
- IMPIANTO IDROELETTRICO
- IMPIANTO DI TELERISCALDAMENTO E COGENERAZIONE
PREMESSA E CONSIDERAZIONI
Il presente progetto ha lo scopo di indirizzare il Piano Attuativo in oggetto verso filosofie
particolarmente efficaci ed efficienti nel favorire il risparmio energetico e nel migliorare la
sostenibilita' e la competitivita' del sistema energetico della città di Bastia Umbra.
Si vuole proporre un’iniziativa innovativa e interessante dal punto di vista prima di tutto
tecnologico, ma che, come illustreremo, di riflesso riguarda altre sfere, da quella ambientale a
quella occupazionale.
Con questa relazione si intende pertanto, definire solo alcuni aspetti principali e dare un cenno
delle possibilità realizzative all’interno dell’area di intervento del PAIM, delle caratteristiche delle
soluzioni impiantistiche e dei vantaggi conseguenti all’impiego di un sistema integrato
centralizzato, costituito da impianto a pannelli fotovoltaici, impianto idroelettrico, impianto di
teleriscaldamento e di cogenerazione.
1) IMPIANTO FOTOVOLTAICO
CARATTERISTICHE GENERALI
Un impianto fotovoltaico permette di trasformare direttamente l’energia solare in energia
elettrica in corrente continua grazie all’effetto fotovoltaico. Tale fenomeno si manifesta nei
materiali detti “semiconduttori”, usati anche nella produzione di componenti elettronici, il più
conosciuto dei quali è il silicio. Gli aspetti positivi della tecnologia fotovoltaica possono riassumersi
in:
• assenza di qualsiasi tipo d’emissione inquinante durante il funzionamento dell’impianto;
• risparmio dei combustibili fossili;
• estrema affidabilità poiché, nella maggior parte di casi, non esistono parti in movimento (vita
utile, di norma, superiore a 20 anni);
• costi di esercizio e manutenzione ridotti;
• modularità del sistema (per aumentare la taglia basta aumentare il numero dei moduli).
Le principali applicazioni dei sistemi fotovoltaici sono:
1. impianti (con sistema d’accumulo) per utenze isolate dalla rete;
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2. impianti per utenze collegate alla rete di bassa tensione;
3. centrali di produzione di energia elettrica, generalmente collegate alla rete in media tensione.
La producibilità elettrica media annua di un impianto fotovoltaico può essere valutata attraverso
un calcolo che tiene conto:
‐ della radiazione solare annuale del sito (determinabile ricorrendo a banche dati: UNI 10349,
Atlante Solare Europeo, ENEA);
‐ di un fattore di correzione calcolato sulla base dell’orientamento, dell’angolo d’inclinazione dei
moduli fotovoltaici e di eventuali ombre temporanee;
‐ delle prestazioni tecniche dei moduli fotovoltaici, dell’inverter e degli altri componenti
dell’impianto;
‐ delle condizioni ambientali di riferimento del sito nelle quali devono operare i moduli
fotovoltaici (ad esempio con l’aumento della temperatura di funzionamento diminuisce
l’energia prodotta dall’impianto).
Il DM 19/02/07 (nuovo Conto Energia) pubblicato sulla Gazzetta Ufficiale del 23/02/2007, è
subentrato ai precedenti DM del 28/07/2005 e del 6/02/2006 (primo Conto Energia) in materia di
incentivazione dell’energia fotovoltaica. Il decreto è diventato operativo solo dopo la
pubblicazione della delibera dell’AEGG n. 90/07, avvenuta il 13/04/07, che ha definito le condizioni
e le modalità per l’erogazione delle tariffe incentivanti.
Per quanto stabilito dal DM del 19/02/07 gli impianti fotovoltaici entrati in esercizio a partire dal
1° gennaio 2009 hanno diritto a una tariffa incentivante articolata secondo i valori indicati nella
seguente tabella (€/kWh).
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Il DM 19/02/2007 definisce inoltre tre tipologie d’integrazione ai fini di una classificazione di
ciascun impianto fotovoltaico:
1) impianto non integrato
2) impianto parzialmente integrato
3) impianto con integrazione architettonica
1(non integrato) 2 (parzialmente integrato) 3 (integrato)
Il comune di Bastia Umbra è caratterizzato da latitudine di 43°04’17’’ N e longitudine di 12°32’49’’
E, ciò vuol dire che in questa località un impianto fotovoltaico in condizioni ottimali produce in un
anno in media 1250 kWh/kWp installato.
La proposta progettuale ha per oggetto un impianto di produzione di energia elettrica a pannelli
fotovoltaici da circa 1 MWatt da integrare su strutture di copertura, opportunamente progettate e
direzionate.
La localizzazione di queste pensiline è stata ipotizzata all’interno delle aree destinate dal Piano
Attuativo a parcheggi pubblici fuori terra, in particolare nella fascia lungo la ferrovia dove
funzionano anche da barriere antirumore e dove sono collocate le principali aree tecniche per la
produzione e successiva distribuzione di energia alle varie sottostazioni.
Le pensiline sono quindi poste a copertura dei parcheggi per le auto e il pannello fotovoltaico
sostituisce il materiale da costruzione convenzionale diventando componente attivo dell’involucro,
allo scopo di combinare gli aspetti tecnici ed estetici della tecnologia con l’arredo urbano.
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Esempi:
2) IMPIANTO IDROELETTRICO
CARATTERISTICHE GENERALI
Si tratta di un tipo di impianto che trasforma l’acqua, in questo caso di un fiume, in energia
elettrica; nello specifico l’acqua viene convogliata in una condotta forzata fino ad arrivare alle
turbine che ruotano grazie alla spinta dell'acqua stessa. Ognuna di esse è accoppiata a un
alternatore che trasforma il movimento di rotazione in energia elettrica.
La velocità impressa dall'acqua alle turbine viene generata attraverso una differenza di quota,
detta "salto", che si traduce in pressione idrodinamica alla quota in cui sono posizionate le turbine.
Di seguito vengono riportati in via preliminare i dati tecnici, delle producibilità di una centralina
idroelettrica, la cui costruzione viene ipotizzata sul fiume Chiascio, secondo i quattro tracciati
ipotizzati e riportati nel grafico allegato B.
1) Prima ipotesi (A‐C‐D)
‐ Opera presa a monte della briglia alla confluenza con il Tescio (A)
‐ Dati tecnici
‐ Condotta di adduzione interrata lunghezza 800 mt
‐ Centrale a monte della briglia del ponte sulla strada Torgianese (C)
‐ Canale di scarico (lunghezza 60 mt) sotto la briglia e rilascio a valle della briglia stessa (D)
• salto medio mt 8,80
• portata massima derivabile mc/sec 4
• portata media turbinatile mc/sec 2,6
• potenza istallata KW 300
• potenza media nominale KW 195
• energia elettrica annua prodotta KWh 1.700.000
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2) Seconda ipotesi (A‐D)
‐ Opera presa a monte della briglia alla confluenza con il Tescio (A)
‐ Dati tecnici
‐ Condotta di adduzione interrata lunghezza 860 mt
‐ Centrale a valle della briglia del ponte sulla strada Torgianese (D)
‐ Canale di scarico (lunghezza 20 mt) con rilascio a valle della briglia stessa (D)
• salto medio mt 8,80
• portata massima derivabile mc/sec 4
• portata media turbinatile mc/sec 2,6
• potenza istallata KW 300
• potenza media nominale KW 195
• energia elettrica annua prodotta KWh 1.700.000
3) Terza ipotesi (B‐C‐D)
‐ Opera presa a monte della briglia sotto al ponte della ferrovia (B)
‐ Dati tecnici
‐ Condotta di adduzione interrata lunghezza 650 mt
‐ Centrale a monte della briglia del ponte sulla strada Torgianese (C)
‐ Canale di scarico (lunghezza 60 mt) sotto la briglia e rilascio a valle della briglia stessa (D)
• salto medio mt 5,30
• portata massima derivabile mc/sec 4,3
• portata media turbinatile mc/sec 2,9
• potenza istallata KW 190
• potenza media nominale KW 130
• energia elettrica annua prodotta KWh 1.100.000
4) Quarta ipotesi (B‐D)
‐ Opera presa a monte della briglia sotto al ponte della ferrovia (B)
‐ Dati tecnici
‐ Condotta di adduzione interrata lunghezza 650 mt
‐ Centrale a valle della briglia del ponte sulla strada Torgianese (D)
‐ Canale di scarico (lunghezza 20 mt) con rilascio a valle della briglia stessa (D)
• salto medio mt 5,30
• portata massima derivabile mc/sec 4,3
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• portata media turbinatile mc/sec 2,9
• potenza istallata KW 190
• potenza media nominale KW 130
• energia elettrica annua prodotta KWh 1.100.000
Tutti i dati di cui sopra devono intendersi di massima e pertanto suscettibili di variazioni fino +
10%.
Considerazioni generali
a) soluzioni con l’opera di presa nel punto A
- l’opera di presa viene a trovarsi in corrispondenza di un previsto viadotto della nuova
viabilità, di cui non si sa ancora se i relativi pilastri possono o meno interferire.
- la stessa condotta deve transitare nel previsto sottopasso della ferrovia comportando un
dimensionamento diverso dello stesso, rispetto a quello già progettato
- per quanto verificato dalle carte tecniche e sezioni disponibili, la quota del pelo libero
dell’acqua all’opera di presa, quasi sicuramente impedirà la realizzazione di una condotta
di adduzione interrata. (situazione da verificare con rilievi topografici dettagliati)
- in corrispondenza dell’opera di presa si renderà necessario abbattere alcune piante di alto
fusto
b) soluzioni con la centrale nel punto C
- il canale di scarico transiterebbe circa 3 mt sotto la briglia, determinando opere civili
maggiori e autorizzazioni anche da parte della Provincia in quanto si andrebbe a operare
vicinissimo alle fondazioni del ponte
- occorrerà valutare le eventuali opere necessarie per non interferire con la condotta gas
metano in transito in quella zona, le cui dimensioni, portate e profondità non sono al
momento note
c) le soluzioni con l’opera di presa nel punto B, consente di sfruttare circa 0.3 mc/sec in più
delle altre soluzioni in quanto sfrutterebbe anche l’acqua in rilascio dal laghetto in
costruzione subito a monte. Tale quantitativo infatti, andrebbe lasciato defluire nelle
soluzioni con presa nel punto A.
Delle soluzioni descritte riteniamo che la quarta, Tracciato B‐D, per questioni principalmente
riguardanti l’ impatto ambientale, sia la più opportuna e consona alle esigenze del progetto e del
luogo. Ci riserviamo comunque analisi altimetriche e tecniche più specifiche.
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3) IMPIANTO DI TELERISCALDAMENTO CON PRODUZIONE COMBINATA DI
ENERGIA E COGENERAZIONE
CARATTERISTICHE GENERALI
Un sistema di teleriscaldamento consiste essenzialmente in una rete di trasporto del calore (che
permette di servire contemporaneamente più edifici) e in una centrale di produzione.
Le dimensioni di un sistema di Teleriscaldamento possono essere molto variabili, si va dal piccolo
quartiere ad una intera città.
I sistemi di teleriscaldamento urbano rappresentano una importante opportunità di utilizzazione
razionale dell’energia e un doveroso contributo al contenimento della spesa energetica, alla
riduzione delle emissioni di gas ad effetto serra ad al controllo dell’inquinamento locale. Infatti i
consumi complessivi di energia nei settori residenziali e terziario costituiscono una significativa
quota del totale nazionale (circa il 28%).
Una centrale di teleriscaldamento può utilizzare tecnologie cogenerative e/o fonti rinnovabili e lo
scopo finale è un risparmio di fonti fossili d’energia.
Infatti se si utilizza il metano in modo cogenerativo l’input primario è sempre una fonte fossile ma
complessivamente la maggiore efficienza della cogenerazione porta ad utilizzarne un quantitativo
minore. Infine se l’input della centrale di produzione è una fonte rinnovabile (come la geotermia,
le biomasse) si ha totale sostituzione delle fonti fossili.
La riduzione del consumo di fonti fossili d’energia è un obiettivo da perseguire per motivi ormai
noti, ma che riteniamo opportuno sottolineare:
• Maggiore sviluppo economico: la sostituzione di materia prima importata (le fonti fossili)
con investimenti in tecnologie efficienti e fonti rinnovabili (che sono risorse territoriali)
porta ad un maggiore sviluppo e quindi occupazione.
• Indipendenza energetica: l’Italia è un paese che dipende fortemente dall’estero per gli
approvvigionamenti energetici, il che espone il Paese a condizionamenti politici ed a rischi
economici.
• Equa distribuzione delle risorse tra paesi e tra generazioni: le fonti fossili di energia sono
una risorsa limitata utilizzata fortemente dai paesi sviluppati dalla rivoluzione industriale in
poi. Il principio di equità richiederebbe un minor consumo di queste risorse da parte dei
paesi sviluppati a favore di paesi in via di sviluppo e delle generazioni future.
Si è ritenuto necessario uno studio per verificare, mediante un’analisi tecnico‐economica, la
possibilità di realizzare un impianto per la produzione combinata di energia elettrica e calore a
servizio di una rete di teleriscaldamento a servizio della città di Bastia Umbra; procedendo ad un
dimensionamento di massima dell’impianto in base alle esigenze energetiche ed ai fabbisogni dei
potenziali utenti della rete di teleriscaldamento (TLR).
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Lo studio è stato sviluppato attraverso le seguenti fasi:
- individuazione dei fabbisogni energetici;
- sistema di produzione di energia elettrica e/o calore;
- il sistema di teleriscaldamento;
- valutazione dell’energia producibile;
- benefici energetico‐ambientali.
Sulla base di valori parametrici è stato valutato il fabbisogno delle utenze interessate da una prima
fase di teleriscaldamento e il valore totale di energia è stimato in circa 14 GWht/a.
All’interno del Piano è stata prevista la produzione combinata di energia, cioè l’utilizzo di motori di
cogenerazione ad olio e metano e caldaie di integrazione e riserva funzionanti con combustibile
gas naturale. In questo modo si ottengono vantaggi ormai ampiamente assodati che possono
essere valutati in circa il 40‐50% di risparmio rispetto all’energia chimica necessaria se la
produzione delle due energie fosse separata.
La riduzione del consumo di fonti energetiche fossili comporta vantaggi ambientali. L’esatto
ammontare di emissioni ambientalmente nocive che vengono evitate da un sistema di
Teleriscaldamento va calcolato caso per caso e varia in base a:
• Input energetico utilizzato nella centrale di produzione (metano,olio, combustibile,
carbone, biomassa)
• Tecnologia impiantistica
• Tecnologie di impianti termici sostituiti presso l’utenza (caldaie a gasolio e metano)
• Sistema elettrico di riferimento (il mix di centrali nazionali)
Gli inquinanti che vengono ridotti o eliminati sono:
• CO2 anidride carbonica, è un gas che provoca l’effetto serra, quindi un danno globale, non
provoca invece effetti dannosi sull’ambiente locale.
• Ossidi di Zolfo, producono danni alla salute umana e all’ambiente attraverso le piogge
acide, quindi danni locali, regionali e globali.
• Ossidi di Azoto, valgono le stesse considerazioni fatte per gli ossidi di Zolfo. Va sottolineato
come senza l’utilizzo di adeguate tecnologie di abbattimento le emissioni di NOX
potrebbero aumentare a livello locale pur diminuendo complessivamente nel bilancio
ambientale nazionale. Questo perché la cogenerazione implica un aumento locale del
consumo di combustibile, sebbene con una aumentata efficienza.
• Particolato, produce danni alla salute umana e all’ambiente urbano (smog, danni ai
monumenti).
Inoltre l’eliminazione delle caldaie distribuite sostituiti con un’unica centrale permette l’adozione
delle migliori tecnologie di abbattimento degli inquinanti.
Le centrali cogenerative, dovendo essere localizzate vicino ai centri urbani, diminuiscono il
fabbisogno di nuove linee elettriche di trasmissione ad alta tensione.
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È risaputa l’ostilità delle comunità locali al passaggio di nuove linee elettriche per problemi di
integrità del paesaggio e di prevenzione rispetto ai rischi dei campi elettromagnetici.
Altro vantaggio di un sistema elettrico basato sulla cogenerazione è la diminuzione della cessione
di calore all’ambiente che nelle centrali convenzionali produce il problema dell’inquinamento
termico dei corpi idrici.
Vantaggi
Lo spegnimento delle caldaie di edificio e di appartamento porta all’eliminazione di una fonte di
rischi per la pubblica sicurezza come esplosioni di incendi.
Altri effetti positivi nell’introduzione di un sistema di Teleriscaldamento attengono alla
razionalizzazione di un settore quale quello dei consumi termici degli edifici contraddistinto da
basse efficienze nell’utilizzo dell’energia.
Inoltre il teleriscaldamento non presenta solo vantaggi collettivi ma porta anche a convenienze per
i singoli utenti: le tariffe del servizio calore sono posizionate per offrire all’utenza un risparmio
economico rispetto alle soluzioni tradizionali.
Ad essere offerto è un servizio finale e non combustibile che necessita di una ulteriore
trasformazione tramite caldaie; infatti il servizio calore permette di:
• Pagare a contatore il servizio e non il combustibile
• Regolare la durata del riscaldamento secondo le proprie esigenze
•
I vantaggi del risparmio energetico visti precedentemente a livello Paese si riflettono anche livello
utente. La minore dipendenza energetica indotta da questi sistemi significa anche minore volatilità
delle tariffe.
Detto ciò, il Comune di Bastia Umbra rientra nella zona climatica denominata “D” così come
definita dal D.P.R. 26 agosto 1993 N° 412. L’esercizio degli impianti termici per sistemi di
teleriscaldamento come è noto è consentito senza alcuna limitazione. Nella tabella sotto riportata
sono indicati i parametri climatici di riferimento di Bastia Umbra.
Nella fattispecie il “Volume totale effettivamente teleriscaldabile” è risultato di circa 588.000 m3,
la potenza termica necessaria è stata stimata in circa 10,0 MWt con un fabbisogno energetico pari
a circa 14,7 GWht/a.
In relazione ai fabbisogni energetici stimati, all’andamento dei gradi giorno mensili e alla potenza
termica massima di centrale tipici per questi fabbisogni si è ipotizzato un andamento della
richiesta termica da parte degli utenti nelle 3600 ore dell’anno.
La curva di durata cosi calcolata rappresenta a meno di una costante, l'energia necessaria.
Parametri climatici progettuali di riferimento
CARATTERISTICA U.M. BASTIA UMBRA
ZONA [tipo] D
GRADI GIORNO [GG°] [GG°] 1.994
ALTITUDINE [m.s.l.m.] [m.s.l.m.] 200
TEMPERATURA DI PROGETTO [°C] ‐2
ABITANTI (al 31.12.2009) [N°] 21.600
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Nella pagina di seguito allegata è riportato l’andamento della potenza termica caratteristica di
questa tipologia di utenza.
La rete di distribuzione
La rete di distribuzione del calore prevista è essenzialmente costituita da un feeder principale
(doppio tubo con controllo istantaneo delle perdite) da cui si staccano le alimentazioni dei singoli
utenti; il dimensionamento fluidodinamico delle reti di distribuzione è effettuato per le condizioni
di esercizio invernali, per assicurare alla rete una capacità di trasporto di calore tale da soddisfare
il massimo carico termico ad essa allacciabile.
Di seguito si allegano le seguenti tavole grafiche:
- Schematizzazione rete teleriscaldamento;
- Sezione tipo di posa delle tubazioni – dimensione dello scavo e prescrizioni di posa.
In questa prima fase di studio si è ipotizzato che le strade potenzialmente interessate dalla posa
della rete primaria di teleriscaldamento abbiano una lunghezza totale di circa 8.000 m.
Per le sottocentrali d’utenza è prevista l’adozione di sistemi di cessione del calore a scambio
indiretto, ossia con scambiatori di calore fra il circuito primario (rete di teleriscaldamento) e il
circuito secondario (rete interna di distribuzione ai corpi scaldanti).
Il sistema indiretto, grazie alla suddetta separazione idraulica dei due circuiti nello scambiatore,
consente un esercizio più sicuro dell’impianto di teleriscaldamento, e non pone problemi di
pressione nella rete di distribuzione, nei riguardi dei corpi scaldanti, che restano quelli
attualmente installati.
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Le centrali di scambio energetico installate presso l’utenza prevedono uno scambiatore uso
riscaldamento e, per le utenze con produzione centralizzata dell’acqua calda sanitaria, un secondo
scambiatore per tale servizio.
In questa prima fase di studio sono state ipotizzate circa 85 sottocentrali di cui 25 di media e alta
potenza.
La modulazione/integrazione ai cogeneratori per la produzione dell’energia termica necessaria è
prevista con l’utilizzo di più caldaie.
Questo consente sempre il loro utilizzo, in condizioni di massima resa energetica e di
contenimento dei costi, in base all’effettivo carico richiesto dall’utente.
Nella fattispecie è possibile prevedere una produzione di energia termica ed elettrica globale
rispettivamente di circa 17,8GWht/a e 12,6GWhe/a.
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Il risparmio energetico
Il risparmio energetico comporta conseguentemente una minore quantità di emissioni a parità di
energia prodotta.
Vi è in più la possibilità di riqualificazione ambientale in virtù della tipologia di impianto proposto.
Al fine di far emergere il costante impegno nel rispetto dell’ambiente si propone l'adozione di una
politica secondo la norma UNI EN ISO 14064.
La politica ambientale è ottenibile con un lavoro di Analisi Ambientale Iniziale del contesto fisico,
delle attività gestite o controllate all’interno e degli eventuali agenti inquinanti o impattanti
derivati anche dalle possibili situazioni di emergenza che si possono verificare all’interno
dell’intero territorio.
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Tutto questo per organizzare un Sistema di Gestione Ambientale efficiente ed efficace per tendere
al miglioramento continuo delle prestazioni ambientali (influenze e ricadute sull’ambiente esterno
globale).
CONCLUSIONI
Da quanto esposto emerge che l’iniziativa oltre a risultare interessante ed innovativa dal punto di
vista tecnologico offre anche una serie di vantaggi non trascurabili come di seguito sinteticamente
descritti.
Innanzitutto con il teleriscaldamento si ha un impatto ambientale ridotto, in relazione alle minori
emissioni inquinanti ed ai consumi, rispetto alla produzione separata delle due energie.
Ancora, il teleriscaldamento ha la possibilità di essere ampliato a costi marginali contenuti con
vantaggi ambientali ed economici che ne conseguono.
Promuovendo tale iniziativa inoltre si otterrebbe un risparmio energetico, come auspicato anche
dal PEN e la possibilità di promuovere avviando un sistema tecnologico di servizi a sicura
certificazione ambientale secondo la norma UNI EN ISO 14064 e il regolamento CEE 1836/93
(EMAS).
Infine si avrebbero risultati positivi anche dal punto di vista occupazionale con assunzione di
nuovo personale e l’indotto che tale iniziativa genera, e ciò a sicuro vantaggio di un favorevole
accoglimento della stessa da parte della popolazione limitrofa.
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