Diapositiva 1

Diffusione di sistemi di utilizzo
dell’energia rinnovabile elettrica e
termica in ambito civile
Francesco Mancini
Università La Sapienza di Roma
[email protected]
Impianti per produzione energia elettrica da fonte rinnovabile
Potenze installate – Anni 2000-2012
Impianti per produzione energia elettrica da fonte rinnovabile
Produzione Italia – Anni 2000-2012
Impianti per produzione energia elettrica da fonte rinnovabile
Produzione EU15 – Anni 2000-2012
Quote copertura fabbisogni energetici da fonte rinnovabile
Quota naz. – Riscald. e raffreddamento
Quota nazionale - Settore trasporti
20%
15%
15%
15%
10%
10%
10%
5%
5%
5%
0%
0%
0%
Consuntivo
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
2015
2016
2017
2018
2019
2020
20%
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
2015
2016
2017
2018
2019
2020
20%
Consuntivo
Obiettivo
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
2015
2016
2017
2018
2019
2020
Quota nazionale - Valore complessivo
Obiettivo
Consuntivo
Quota nazionale - Settore elettricità
31,3% stime su dati preliminari GSE
30.0%
25.0%
2005
Consumi
effettivi
345.993
2006
352.676
2007
354.505
2008
353.560
2009
333.296
2010
342.933
357.087
-4%
2011
346.368
358.858
-3%
2012
336.249
360.629
-7%
2013
325.952
362.401
-10%
Anno
35.0%
27,5% dati preliminari GSE
26,4% obiettivo 2020
20.0%
15.0%
10.0%
5.0%
0.0%
2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020
Consuntivo
Obiettivo
Obiettivo
Stime
Var.%
2014
364.172
2015
365.943
2016
367.715
2017
369.486
2018
371.257
2019
373.029
2020
374.800
Impianti da fonte rinnovabile
Potenze e ore equivalenti – Anno 2012
Idraulica
Eolica
Solare
Geotermica
Bioenergie
TOTALE
MW
18200
7970
16350
772
3800
49104
h
2531
1580
1325
7324
3799
Impianti da fonte rinnovabile
Potenze e ore equivalenti – Anno 2013 (stima)
Idraulica
Eolica
Solare
Geotermica
Bioenergie
TOTALE
MW
18200
9004
19927
772
4775
54691
h
2531
1580
1325
7324
3799
Offerta, domanda e prezzi
21 aprile 2013 - domenica
• Costo basso nelle ore centrali della giornata
• Domanda < 30 GW
Offerta, domanda e prezzi
2 giugno 2013 - festivo
• Costo quasi nullo nelle ore centrali della giornata
• Domanda < 30 GW
Offerta, domanda e prezzi
16 giugno 2013 - domenica
• Costo quasi nullo nelle ore centrali della giornata
• Domanda < 30 GW
Offerta, domanda e prezzi
9 febbraio 2014 - domenica
• Costo quasi nullo di notte e nel primo pomeriggio
• Domanda < 30 GW
Offerta, domanda e prezzi
29 aprile 2013 – lavorativo
• Picco di costo ore 21
• Domanda  35 GW
Offerta, domanda e prezzi
27 maggio 2013 – lavorativo
• Picco di costo ore 9
• Domanda  40 GW
Diagramma di fabbisogno nel giorno di punta
del mese di dicembre 2013
Impianti a fonte rinnovabile
per produzione energia elettrica
Scenari per il futuro
Scenario 1: frenata brusca
Scenario 2: atterraggio morbido
70000
70000
60000
60000
50000
50000
40000
40000
30000
30000
20000
20000
10000
10000
0
0
2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020
2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020
Problematiche attuali e possibili sviluppi
1. Obiettivi 2020 già raggiunti per le rinnovabili elettriche
2. Larga disponibilità di energia elettrica
3. Difficoltà nella gestione del sistema elettrico
1. Rimodulazione degli obiettivi
2. Nuovi servizi/utenze alimentati da energia elettrica
3. Moderare l’aleatorietà dell’offerta di energia con una
domanda «non rigida»
Nuovi servizi/utenze alimentati da energia elettrica
• Pompe di calore per il riscaldamento
• Pompe di calore per la produzione di acqua calda sanitaria
• Rinnovabili termiche (aerotermica, idrotermica, geotermica) e rinnovabili
elettriche insieme
• Energia
caldaia : pompa di calore = 1 : 0,6
• Costi di gestione
caldaia : pompa di calore = 1 : 0,8
• Scaldabagni elettrici
• Cucine elettriche
• Mobilità elettrica
Moderare l’aleatorietà dell’offerta di energia con una
domanda «non rigida»
• Accumulo dell’energia presso l’utente (per la gestione dei picchi di produzione)
• Accumuli di acqua calda sanitaria
• Accumuli di energia termica o frigorifera
• Utenze ad attivazione differita (per la gestione dei picchi di produzione)
• Accumuli di acqua calda sanitaria
• Accumuli di energia termica o frigorifera
• Lavatrici
• Lavastoviglie
• ……altre utenze
• Utenze disattivabili (per la gestione dei vuoti di produzione)
• Accumuli di acqua calda sanitaria
• Accumuli di energia termica o frigorifera
• Lavatrici
• Lavastoviglie
• …..altre utenze
Analisi della prestazione energetica di un nZEB
per l’EXPO 2015: il Palazzo Italia
• NEMESI STUDIO
• PROGER
• BMS
• Aspetti energetici
• DE SANTOLI
• MANCINI
• ROSSETTI
Analisi della prestazione energetica di un nZEB
per l’EXPO 2015: il Palazzo Italia
• La progettazione del Padiglione Italia è stata orientata al raggiungimento di
elevati standard prestazionali dal punto di vista energetico ed ambientale.
• Particolare attenzione è stata dedicata al contenimento dei consumi energetici
dell’edificio, orientando la progettazione su tre direttrici fondamentali:
• esaltazione del comportamento passivo dell’involucro edilizio;
• utilizzo di sistemi impiantistici ad alta efficienza;
• impiego di impianti per lo sfruttamento di energia termica rinnovabile
(geotermica) e di impianti fotovoltaici per la produzione di energia elettrica
da fonte solare.
• L’obiettivo è ridurre al minimo il prelievo di energia dalle reti esterne,
configurando la struttura come nZEB (nearly Zero Energy Building)
Analisi della prestazione energetica di un nZEB
Energia utile
• Le pareti opache costituenti l’involucro edilizio hanno valori di trasmittanza
termica molto bassi (0,167 ÷ 0,227 W/m2K) ed elevati valori dello sfasamento
(> 11,5 ore)
• Tetto verde
• La trasmittanza termica dei componenti finestrati è pari a 1,3 W/m2K, mentre
la trasmittanza termica del solo vetro varia da 0,8 a 1,1 W/m2K.
• Protezione delle superfici trasparenti, consistenti nella schermatura esercitata
dalla doppia pelle e nella filtrazione della radiazione solare esercitata dai vetri
scelti.
piano
Mezzanino
Primo
Secondo
Terzo
Quarto
Copertura
Facciata Sud-Est
fattore
fattore
solare
schermatura
vetro (g)
pelle
esterna
0,56
0,2
0,56
0,2
0,56
0,4
0,22
0,4
0,22
0,49
Facciata Nord-Est
fattore
fattore
solare
schermatura
vetro
pelle
(g)
esterna
0,56
0,2
0,56
0,2
0,56
0,4
0,22
0,4
0,22
0,49
Facciate interne
fattore
fattore
solare
schermatura
vetro
pelle
(g)
esterna
0,4
0,2
0,4
0,2
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
0,49
fattore
solare
vetro
(g)
0,3
Copertura
fattore
schermatura
pelle
esterna
0,3
Analisi della prestazione energetica di un nZEB
Involucro ed energia utile
• Importanza relativa delle stagioni
invernale ed estiva
• Sovrapposizione delle stagioni
• L’edificio è a Milano; nel sud Italia?
• Rapporto tra i fabbisogni di climatizzazione
estiva (conteggiati dalla certificazione) e di
illuminazione (non conteggiati).
I fabbisogni di energia utile nella stagione
invernale sono pari a 4,2 kWh/m3 contro i 21,3
kWh/m3 della stagione estiva (14,4 kWh/m3
dopo la correzione, -32%).
Analisi della prestazione energetica di un nZEB
Sistemi impiantistici ed energia primaria
Stagione invernale
• Utile 4,2 kWh/m3
• Primaria 2,3 kWh/m3
Stagione estiva
• Utile 14,4 kWh/m3
• Primaria 9,8 kWh/m3
• Pompe di calore geotermiche: in inverno energia rinnovabile. OK
• Pompe di calore geotermiche: in estate rinnovabile??
• Come si considerano sistemi con rendimento maggiore dell’unità?
Analisi della prestazione energetica di un nZEB
Impianti fotovoltaici, energia rinnovabile e primaria
Stagione invernale
• Utile 4,2 kWh/m3
• Primaria 1,3 kWh/m3
Stagione estiva
• Utile 14,4 kWh/m3
• Primaria 5,5 kWh/m3
Surplus
• Primaria 1,4 kWh/m3
Edificio medio a Roma
• Primaria solo inverno 30 kWh/m3
•
•
•
•
•
Impianto fotovoltaico 150 kWp
Copertura dei fabbisogni e surplus
Come si considera il surplus?
Come si gestisce un surplus?
L’accumulo locale è premiato in qualche modo?
Analisi della prestazione energetica di un nZEB
Conclusioni
• chiarire in una definizione unica i limiti della stagione invernale ed estiva, al
fine di evitare sovrapposizioni tra le due stagioni;
• includere nell’analisi degli edifici tutti gli usi energetici, anche attraverso una
valutazione semplificata; in particolare i fabbisogni energetici per
l’illuminazione;
• è importante considerare che la protezione passiva realizzata dall’involucro
ha una efficacia molto maggiore nei Paesi in cui la stagione invernale è più
importante;
• la definizione di energia rinnovabile non appare completa; non è chiara
l’interpretazione da dare ai contributi di tutti i sistemi impiantistici di
generazione caratterizzati da un rendimento superiore all’unità; appare,
inoltre, fondamentale un aggiornamento frequente del rendimento dei
sistemi elettrici nazionali;
• non è ben specificato come conteggiare eventuali surplus mensili di
produzione di energia ai fini della prestazione energetica dell’edificio;
• non sono previsti obblighi o premi per l’installazione di sistemi di accumulo
dell’energia.
Fonti
• GSE - http://www.gse.it
• GME - www.mercatoelettrico.org
• TERNA - http://www.terna.it
• Autorità per l’Energia Elettrica e il Gas - http://www.autorita.energia.it