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Cogenerazione a biomassa e teleriscaldamento
Cogenerazione e teleriscaldamento; il potenziale e aspetti legati alle emissioni locali quando vengono bruciate biomasse legnose
Luigi Mazzocchi - RSE - Ricerca sul Sistema Energetico
Sommario
Le biomasse legnose in Italia: stima del potenziale energetico, come utilizzarlo al meglio: la cogenerazione.
Nel 2019, le rinnovabili hanno fornito 10.6 MTEP, di cui 91% come consumo diretto e 9% come calore cogenerato, in gran parte distribuito mediante reti di teleriscaldamento.
Nel corso della presentazione sarà illustrato anche il prototipo RSE per test in campo.
l sistema elettrico italiano: scenari energetici al 2030
Un documento ufficiale è "PNIEC 2020" (emissioni di CO 2 - 43 % rispetto al 1990)
Scenari più ambiziosi sono in elaborazione (a livello Europeo, CO2 -55% al 2030, "neutralità carbonica" al 2050)
- Il Gas cala di poco (ma nella attuale fase di crisi si sta puntando ad una riduzione più netta)
- Idroelettrico invariato
- Scompaiono carbone e olio
- Impressionante aumento di Fotovoltaico ed Eolico (x 4 rispetto ad oggi)
- Cicli combinati operano a basso fattore di carico, alcuni potrebbero scomparire
Criticità.
- Adeguatezza (=certezza di soddisfare la punta di domanda). Sole e vento danno scarso contributo
- Flessibilità: più impianti non programmabili, meno programmabili. Più riserva necessaria, meno risorse disponibili
Esiste la fonte di energia perfetta?
Nella transizione verso zero emissioni, ci servirebbe una fonte:
- Rinnovabile (basse emissioni di CO2 in valutazioni "Life Cycle")
- A costi accettabili
- Con basse emissioni locali di inquinanti
- Disponibile e affidabile
- Controllabile e flessibile
Esiste qualcosa di simile?
- Idroelettrico a bacino
- Bioenergie
Biomasse: una fonte rinnovabile e disponibile
Cogenerazione a cippato di legna: emissioni di CO2 (LCA) ? al fotovoltaico integrato negli edifici: alcune decine di gCO2/kWh (per confronto, cicli combinati a gas 350 gCO2/kWh)
Nella presentazione è presente una tabella sul contributo all'adeguatezza delle differenti fonti rinnovabili in termini di potenza installata, produzione, ore anno equivalenti e fattore di carico.
E il settore termico ?
Nel 2019, rispetto ad un fabbisogno (civile+terziario) di circa 50 MTEP, le rinnovabili hanno fornito 10.6 MTEP, di cui 91% come consume diretto e 9% come calore cogenerato, in gran parte distribuito mediante reti di teleriscaldamento.
Nel complesso, la principale fonte rinnovabile termica è stata la biomassa solida. Ma la cogenerazione pesa poco !
Il patrimonio boschivo: grande e in crescita
- Superficie di boschi e foreste: 110.000 km2 (36 % del territorio)
- Stock di biomassa: ?1.3 MLD di m3, in crescita del 2.8 %/anno (3.3 m3/ha)
- Prelievi complessivi (legname da opera + usi energetici): ? 0.7 m 3/ha (22 % della crescita) - Media europea2.39 m3/ha
Le biomasse legnose in Italia: stima del potenziale energetico, come utilizzarlo al meglio: la cogenerazione
Assunzioni:
- Accrescimento dei prelievi, fino al valore medio europeo (2.39 m3/ha, 70% della crescita
- Utilizzo nel modo più efficiente: cogenerazione, tipicamente (ma non esclusivamente!) collegata a reti di teleriscaldamento
- Impianti da almeno qualche MWt
- Rendimento elettrico 16 %, termico 64 %, globale 80 %
Risultati:
- Nuova potenza installabile 1600 MWe
- Produzione annua: 7.5 TWhe, 30 TWht
- Risparmio di 4.3 MLD/anno di Gas Naturale (6% del consumo italiano)
Cogenerazione da biomassa legnosa: la domanda termica è sufficiente ?
Assunzioni:
- Solo zone climatiche E e F (Centro Nord, Zone interne, alta domanda e vicinanza aree boscose)
- Escluse città > 100.000 abitanti (logistica più complessa, spesso già teleriscaldate)
- Esclusa la domanda già soddisfatta da pompe di calore e biomasse
Domanda termica 120 TWh/anno >> 30 TWh stimati per nuovo CHP da biomasse
Utilizzo delle biomasse legnose in cogenerazione: i benefici
- Utilizzo di una fonte rinnovabile elettrica e termica, in sostituzione di una fossile (GN): emissioni di CO2 sul ciclo di vita delle biomasse legnose in cogenerazione: ? 1/11 del gas naturale in produzione separata energia elettrica + calore (del tutto simile a emissioni LCA del fotovoltaico)
- Generazione elettrica a medio-alta produttività: media storica 4700 ore/anno (solare 1240, eolico 1800) ? 1600 MWe di CHP a biomassa equivalgono, per emissioni evitate, a 20.000 MWp di fotovoltaico
-1900 MWe di capacità elettrica affidabile e disponibile contributo all'adeguatezza del sistema elettrico (=certezza di soddisfare la punta di domanda). Minori investimenti in Turbogas e Batterie nel mercato della capacità
- Biomassa in CHP = impianto flessibile (sufficiente installare accumuli termici giornalieri). Una risorsa per il dispacciamento elettrico, meno necessità di batterie ed elettrolizzatori
La presentazione prosegue con un numerose schede dedicate ed un elenco dettagliato su:
- criticità
- analisi sui limiti di emissione per impianti alimentati a biomasse
- trattamento fumi impianti a biomasse
- prototipo RSE per test in campo
- Prototipo RSE per test in campo: cestello porta catalizzatore e maniche filtranti
- Collaudo, installazione e messa in esercizio dello skid
- Prove di esercizio in condizioni reali dell'impianto pilota
Infine sono riportate le interessanti conclusioni che vi invitiamo a leggere nella presentazione.
Un documento ufficiale è "PNIEC 2020" (emissioni di CO 2 - 43 % rispetto al 1990)
Scenari più ambiziosi sono in elaborazione (a livello Europeo, CO2 -55% al 2030, "neutralità carbonica" al 2050)
- Il Gas cala di poco (ma nella attuale fase di crisi si sta puntando ad una riduzione più netta)
- Idroelettrico invariato
- Scompaiono carbone e olio
- Impressionante aumento di Fotovoltaico ed Eolico (x 4 rispetto ad oggi)
- Cicli combinati operano a basso fattore di carico, alcuni potrebbero scomparire
Criticità.
- Adeguatezza (=certezza di soddisfare la punta di domanda). Sole e vento danno scarso contributo
- Flessibilità: più impianti non programmabili, meno programmabili. Più riserva necessaria, meno risorse disponibili
Esiste la fonte di energia perfetta?
Nella transizione verso zero emissioni, ci servirebbe una fonte:
- Rinnovabile (basse emissioni di CO2 in valutazioni "Life Cycle")
- A costi accettabili
- Con basse emissioni locali di inquinanti
- Disponibile e affidabile
- Controllabile e flessibile
Esiste qualcosa di simile?
- Idroelettrico a bacino
- Bioenergie
Biomasse: una fonte rinnovabile e disponibile
Cogenerazione a cippato di legna: emissioni di CO2 (LCA) ? al fotovoltaico integrato negli edifici: alcune decine di gCO2/kWh (per confronto, cicli combinati a gas 350 gCO2/kWh)
Nella presentazione è presente una tabella sul contributo all'adeguatezza delle differenti fonti rinnovabili in termini di potenza installata, produzione, ore anno equivalenti e fattore di carico.
E il settore termico ?
Nel 2019, rispetto ad un fabbisogno (civile+terziario) di circa 50 MTEP, le rinnovabili hanno fornito 10.6 MTEP, di cui 91% come consume diretto e 9% come calore cogenerato, in gran parte distribuito mediante reti di teleriscaldamento.
Nel complesso, la principale fonte rinnovabile termica è stata la biomassa solida. Ma la cogenerazione pesa poco !
Il patrimonio boschivo: grande e in crescita
- Superficie di boschi e foreste: 110.000 km2 (36 % del territorio)
- Stock di biomassa: ?1.3 MLD di m3, in crescita del 2.8 %/anno (3.3 m3/ha)
- Prelievi complessivi (legname da opera + usi energetici): ? 0.7 m 3/ha (22 % della crescita) - Media europea2.39 m3/ha
Le biomasse legnose in Italia: stima del potenziale energetico, come utilizzarlo al meglio: la cogenerazione
Assunzioni:
- Accrescimento dei prelievi, fino al valore medio europeo (2.39 m3/ha, 70% della crescita
- Utilizzo nel modo più efficiente: cogenerazione, tipicamente (ma non esclusivamente!) collegata a reti di teleriscaldamento
- Impianti da almeno qualche MWt
- Rendimento elettrico 16 %, termico 64 %, globale 80 %
Risultati:
- Nuova potenza installabile 1600 MWe
- Produzione annua: 7.5 TWhe, 30 TWht
- Risparmio di 4.3 MLD/anno di Gas Naturale (6% del consumo italiano)
Cogenerazione da biomassa legnosa: la domanda termica è sufficiente ?
Assunzioni:
- Solo zone climatiche E e F (Centro Nord, Zone interne, alta domanda e vicinanza aree boscose)
- Escluse città > 100.000 abitanti (logistica più complessa, spesso già teleriscaldate)
- Esclusa la domanda già soddisfatta da pompe di calore e biomasse
Domanda termica 120 TWh/anno >> 30 TWh stimati per nuovo CHP da biomasse
Utilizzo delle biomasse legnose in cogenerazione: i benefici
- Utilizzo di una fonte rinnovabile elettrica e termica, in sostituzione di una fossile (GN): emissioni di CO2 sul ciclo di vita delle biomasse legnose in cogenerazione: ? 1/11 del gas naturale in produzione separata energia elettrica + calore (del tutto simile a emissioni LCA del fotovoltaico)
- Generazione elettrica a medio-alta produttività: media storica 4700 ore/anno (solare 1240, eolico 1800) ? 1600 MWe di CHP a biomassa equivalgono, per emissioni evitate, a 20.000 MWp di fotovoltaico
-1900 MWe di capacità elettrica affidabile e disponibile contributo all'adeguatezza del sistema elettrico (=certezza di soddisfare la punta di domanda). Minori investimenti in Turbogas e Batterie nel mercato della capacità
- Biomassa in CHP = impianto flessibile (sufficiente installare accumuli termici giornalieri). Una risorsa per il dispacciamento elettrico, meno necessità di batterie ed elettrolizzatori
La presentazione prosegue con un numerose schede dedicate ed un elenco dettagliato su:
- criticità
- analisi sui limiti di emissione per impianti alimentati a biomasse
- trattamento fumi impianti a biomasse
- prototipo RSE per test in campo
- Prototipo RSE per test in campo: cestello porta catalizzatore e maniche filtranti
- Collaudo, installazione e messa in esercizio dello skid
- Prove di esercizio in condizioni reali dell'impianto pilota
Infine sono riportate le interessanti conclusioni che vi invitiamo a leggere nella presentazione.
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Fonte: mcTER Cogenerazione - Milano giugno 2022: l'attualità della cogenerazione
Settori: Ambiente, Bioenergia, Biomasse, Cogenerazione, Combustibili, Efficienza energetica industriale, Energia, Ricerca e Sviluppo, Rinnovabili, Riscaldamento, Teleriscaldamento, Termotecnica industriale
