Tecnologie innovative: Solare termodinamico e Geotermia

"Tecnologie innovative: Solare
termodinamico e Geotermia, due
progetti concreti in provincia di Milano”
Relatore:
Dott. Michele D’Angelo
Direttore operativo Ambiente & Sviluppo Srl
LE GIORNATE DELL’
DELL’ENERGIA Torino, 2727-28 Novembre Fiera Restructura
CHI SIAMO
Ambiente & Sviluppo srl è la società di CNA Milano che si occupa di consulenza in
materia di: Ambiente, Sicurezza, ed Energia.
Se l’ambiente e la sicurezza sono il core business aziendale da circa 10 anni, dal 2008
Ambiente & Sviluppo si è costituita come ESCO (Energy Service Company) e si è
specializzata nel settore della consulenza energetica.
La società è attiva nei settori:
 Diagnosi e Certificazioni Energetiche edifici pubblici, residenziali, terziario-industriale.
 Consulenza tecnico-economica nella progettazione di impianti tradizionali e impianti con
produzione energia da fonti rinnovabili.
 Consulenza finanziaria legata al settore energetico: elaborazione piani finanziari,
pratiche esenzione accise, detrazioni fiscali per riqualificazioni energetiche, ecc.
 Consulenza tecnica ottenimento finanziamenti tramite Bandi legati ai settori: ambiente
sicurezza ed energia.
IL CONTESTO E IL
BANDO REGIONALE
Dal BURL del 27 Ottobre 2008:
Asse 1 - Bando Innovazione :
Progetti ed interventi innovativi sulle tematiche
Sicurezza sul lavoro ed Energia e Ambiente.
Misura 1.2 “Interventi e progetti di innovazione
per l’energia e l’ambiente”.
Valore del contributo: in conto capitale a fondo perduto pari al 50% delle spese ritenute
ammissibili fino ad un massimo di € 200.000,00.
I progetti ammessi dovranno essere ultimati entro 12 mesi dalla data di concessione del
contributo (avvenuta in Agosto 2009).
Totale Progetti presentati: 305
Totale Progetti finanziati: 102
Progetti presentati con il supporto di Ambiente & Sviluppo da società del sistema CNA
Milano: 2 (entrambi finanziati)
1° PROGETTO:
SOLARE TERMODINAMICO
1° PROGETTO:
SOLARE TERMODINAMICO
Il richiedente:
La società ha per oggetto la produzione e il commercio di
attrezzature di alta tecnologia e di materiali, nonché la riparazione
e l'assistenza delle suddette attrezzature, per il settore dei
semiconduttori, per le telecomunicazioni e per altri settori che
usano tecnologie analoghe.
Titolo del progetto:
Progetto di ricerca applicata alle energie alternative – Solare Termodinamico.
Il progetto presentato ha per obiettivo lo sviluppo di un deposito sotto vuoto, (mediante la
tecnologia dello "Sputtering“) su un substrato di acciaio speciale, per l’ottimizzazione
dell'assorbimento di calore e luce solare che verrà trasferita ad un sale termoconvettore
utilizzato poi per produrre energia elettrica.
Valore complessivo del progetto presentato: € 900.000,00
Importo finanziato: € 200.000,00
Classifica in graduatoria: 2° posto
Ruolo di Ambiente & Sviluppo:
consulenza presentazione domanda di finanziamento,
rendicontazione del progetto.
PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO
DEL SOLARE TERMODINAMICO
Una serie di specchi parabolici lineari concentrano la luce diretta del sole su un tubo
ricevitore (dentro il quale scorre il fluido termovettore), che assorbe l'energia raggiante e la
converte in calore ad alta temperatura.
Il fluido riscaldato (a 550 °C) viene convogliato in un serbatoio "caldo", dove va a costituire
l'accumulo di calore ad alta temperatura.
Dal serbatoio "caldo", il fluido è inviato ad uno scambiatore dove cede una parte di calore
con il quale viene generato vapore che alimenta un sistema convenzionale di produzione di
energia elettrica.
Il fluido conclude la sua corsa nel serbatoio "freddo", a 290°C, da dove viene prelevato e reimmesso nel ciclo.
IL FOCUS
La ricerca svilupperà un “coating” sul tubo di acciaio usato nell’applicazione solare
termodinamica, in modo massimizzare l’assorbimento foto-ottico e minimizzare la riflettività.
Con questo processo si ottimizza la trasmissione di calore ed è in grado di far arrivare la
temperature a 500/550°C. (con altri sistemi si arriva a circa 350°C)
Arrivando a tale temperatura si potranno utilizzare, come termoconvettore, sali fusi a base di
Nitrati (assolutamente non inquinanti) al posto dell’olio termodinamico (altamente inquinante).
L’altro vantaggio molto evidente e sostanziale e’ il grande miglioramento nell’efficienza
termodinamica del sistema.
Il progetto è stato studiato in modo da poterlo trasferire su scala industriale. L'obiettivo è di
verificare su piccola scala la fattibilità di tale processo/deposito.
I materiali e substrati di acciaio utilizzati saranno dello stesso tipo di quelli eventualmente
utilizzati per la produzione di grandi volumi (per garantire l'applicabilità futura a livello
industriale).
IL TUBO RICEVITORE
“IL CUORE DEL PROGETTO”
Il fluido termovettore raggiunge alte temperature (550°C) grazie alle particolari caratteristiche
della superficie del tubo ricevitore. La superficie esterna depositata sul tubo è costituita da una
struttura a film sottile multistrato che include uno strato inferiore di metallo riflettente nell’IR ed
uno strato superiore di materiale antiriflettente.
TERZO STRATO
SECONDO STRATO
PRIMO STRATO METALLICO
deposizione
su acciaio
inossidabile
Lunghezza standard tubo: 4 m
Lunghezza tubo sperimentale progetto: 50 cm
LINEE DI RICERCA PER IL
SOLARE TERMODINAMICO
In generale gli altri focus del progetto saranno:
1. Ottimizzazione dei parametri di assorbimento della luce solare.
2. Ricercare
nuovi materiali utilizzando la tecnologia della deposizione sotto alto vuoto
mediante sputtering.
3. Ottimizzare le caratteristiche termottiche e l’adesione dei materiali depositati sul tubo
ricevitore.
4. Innalzare la temperatura raggiungibile
termica).
dal liquido termoconvettore (migliore resa
2° PROGETTO: IMPIANTO
GEOTERMICO MONITORATO
2° PROGETTO: IMPIANTO
GEOTERMICO MONITORATO
Il richiedente:
La società ha come scopo la progettazione e realizzazione di
impianti geotermici utilizzati per la climatizzazione invernale ed
estiva chiavi in mano di alta efficienza e qualità.
La società è partecipata dalla G.I.UK, società inglese leader di
mercato nella realizzazione e progettazione di impianti innovativi
di grande potenza.
Titolo del progetto:
Raccolta, diffusione e divulgazione di dati inerenti il funzionamento e le prestazioni
di un impianto geotermico tramite realizzazione e monitoraggio del sistema.
Il progetto si propone il monitoraggio in continuo delle prestazioni energetiche, economiche
e di impatto ambientale, di un impianto a pompa di calore geotermica utilizzato per la
climatizzazione estiva ed invernale di un edificio.
Il funzionamento e l’efficienza dell’impianto verrà totalmente monitorata per 12 mesi
all’interno del presente progetto, per altri successivi 12 mesi ad arricchimento dei dati
tecnici (avendo la possibilità di confrontare più di una volta cicli stagionali completi); i dati
raccolti saranno utilizzati per promuovere iniziative scientifiche e culturali sui notevoli
benefici economici ed ambientali della geotermia a bassa entalpia.
I risultati verranno utilizzati per incrementare il livello di conoscenza e competenza tecnica
di: impiantisti, tecnici ed operatori di settore.
2° PROGETTO:
GEOTERMIA (segue)
Valore complessivo del progetto presentato: € 240.000,00
Importo finanziato: € 120.000,00
Classifica in graduatoria: 58° posto
Ruolo di Ambiente & Sviluppo e partner R&D InnovAction:
Progettazione, dimensionamento e realizzazione del sistema di monitoraggio, nonché
della raccolta, gestione e diffusione dei dati.
Ruolo di CNA Milano: divulgazione dei risultati e organizzazione dei seminari di
formazione professionale correlati al progetto.
PRINCIPI GENERALI DELLA
GEOTERMIA
Con il termine Geotermia, si intende comunemente la tecnologia che
utilizza il sottosuolo quale serbatoio termico per riscaldare e
raffrescare gli edifici e per la produzione di acqua calda sanitaria.
Letteralmente “geotermia” significa “calore dalla terra”, ossia l’energia
termica immagazzinata nel sottosuolo del nostro pianeta.
Si tratta di una fonte di energia inesauribile, costantemente disponibile
e soprattutto rinnovabile. Per non confonderla con la geotermia
classica (quella dei sottosuoli caldi utilizzati per riscaldamento diretto o
per la produzione di corrente elettrica), la geotermia utilizzata per la
climatizzazione viene definita "geotermia a bassa entalpia".
A pochi metri di profondità dalla superficie terrestre il sottosuolo mantiene una temperatura in
prima approssimazione costante per tutto l’anno e questo ci permette di estrarre calore d’inverno
per riscaldare un ambiente e di cedere calore durante l’estate per rinfrescare lo stesso ambiente.
Sfruttando questo principio, lo scambio di calore
viene realizzato con pompe di calore abbinate a
sonde geotermiche che permettono di riscaldare e
rinfrescare gli edifici con un unico impianto e
assicurano un alto grado di rendimento sull’arco
dell’intera stagione, con un fabbisogno di energia
elettrica contenuto rispetto alle prestazioni.
IMPIANTI GEOTERMICI
DIVERSE TIPOLOGIE
Consiste nell'usare il fluido geotermico per
scaldare direttamente, tramite degli scambiatori
di calore, l'acqua circolante nei corpi scaldanti
(radiatori, termoconvettori o pannelli radianti)
dell'impianto di riscaldamento delle abitazioni.
Alto rendimento: per ogni Kwh elettrico
consumato il sistema fornisce 3-4 Kwh termici.
Sonde verticali a
circuito chiuso
Sonde orizzontali
a circuito chiuso
Sonde verticali con
utilizzo acqua di falda
Sonde verticali integrate
nelle fondamenta
Utilizzo di bacini
idrici esistenti
L’IMPIANTO GEOTERMICO
DEL PROGETTO
- Sito: Trezzano sul Naviglio, palazzina uffici a 3 piani di
circa 1.800m2.
- Impianto: Circuito aperto con 2 pozzi (presa e resa) in
falda di portata pari a circa 11 lt/sec.
2 pompe di calore da 90KwT ciascuna con scambiatore di
calore a piastre e filtro integrato.
L’acqua presa dal pozzo cede il calore allo scambiatore e
ritorna in falda, nello scambiatore c’è un altro circuito
chiuso che va alla pompa.
Temperatura dell’acqua di falda: 13-14°C il delta termico
previsto sarà intorno ai 3°C.
- COP (Coefficent Of Performance) dell’intero sistema = 5
L’impianto alimenterà un sistema di fancoil con mandata
d’acqua la cui temperatura sarà intorno ai 40°- 45°C
d’inverno e 7-12°C d’estate.
IL MONITORAGGIO DI UN
IMPIANTO GEOTERMICO
L’impianto geotermico prevede l’inserimento di un sistema di monitoraggio, composto da una rete di
sensori capace di garantire la gestione e il controllo dei parametri fisici necessari alla buona
conduzione dell’impianto.
Il valore aggiunto di un efficiente e completo monitoraggio dell’impianto risiede nella possibilità che
esso garantisca un controllo continuo del corretto funzionamento dell’impianto e una garanzia sulla
corretta fruizione del servizio richiesto in fase progettuale.
I parametri misurabili dal sistema di monitoraggio riguardano fondamentalmente i componenti
principali dell’impianto geotermico che sono:
• la pompa di calore (misurazioni dei parametri elettrici e del COP),
• le sonde geotermiche e i circuiti interni (misurazioni di temperatura, portata, pressione, parametri
chimici dei fluidi coinvolti, emissioni,…),
• altri componenti accessori (es. filtri, pozzi, …).
Un sistema di monitoraggio “standard” per impianti geotermici a bassa entalpia può prevede i seguenti
componenti:
 misuratori di Temperatura fluido nel circuito a monte del filtro;
 misuratori della Temperatura esterna;
 misuratori di Temperatura del fluido nel circuito interno tra filtro e pompe di calore;
 sensori di portata e di pressione dell’acqua da pozzo prima e dopo il filtro per la verifica dell’efficienza
dell’impianto;
 power meter sulle pompe di calore:
 sistema di gestione ed elaborazione dati:
 misuratori di Temperatura nelle utenze servite dall’impianto per la verifica dell’efficienza energetica
dell’impianto in relazione ad una baseline misurata o calcolata.
ESEMPI DI ELABORAZIONI
POSSIBILI
Portata nel circuito delle sonde
Funzionamento componenti principali
della pompa di calore:
condensatore,
evaporatore,
compressore,
COP in tempo reale
Energia estratta dalle pompe
e fornita al sistema
VANTAGGI
DI UN IMPIANTO GEOTERMICO
L’installazione di impianti geotermici risulta particolarmente vantaggiose per molti motivi, tra i quali:
Impianto: A livello impiantistico, un’unica macchina silenziosa e dalle dimensioni contenute, consente
sia di riscaldare che di raffrescare. La pompa di calore geotermica sostituisce quindi in tutto e per tutto
caldaia per il riscaldamento ed i gruppi frigo per il raffrescamento; può essere alloggiata in qualsiasi locale,
perché non necessita di ambienti dedicati e non necessita di canna fumaria.
Sicurezza: Dal punto di vista della sicurezza, l’impianto geotermico rappresenta quanto di meglio possa
offrire la tecnologia, in quanto non è più necessario l’utilizzo di alcun combustibile, e questo azzera i
pericoli derivanti da:
- perdite di gas con conseguente pericolo di saturazione;
- perdita di monossido di carbonio da scarichi della caldaia;
- pericolosi stoccaggi ad elevato rischio di incendio, che in caso di rottura possono sversare il proprio
contenuto al suolo, con conseguenti contaminazioni ed inquinamento dei suoli e delle falde.
Ambiente: Gli impianti di climatizzazione geotermici rappresentano una delle tecnologie meno
inquinanti, e più rispettose dell’ambiente. In questo tipo di impianti si ha la totale assenza di emissioni di
CO2 o di altre sostanze nocive (ossidi di azoto, ossidi di zolfo, polveri sottili, ecc.).
Costi di gestione: I consumi di corrente elettrica sono bassissimi. I risparmi sui costi di gestione sono
consistenti e le manutenzioni sugli impianti molto limitate. Inoltre utilizzando la tecnica del raffrescamento
passivo o free cooling è possibile raffrescare gli ambienti a costo zero.
GRAZIE PER L’ATTENZIONE
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