Il documento discute le energie rinnovabili e le tecnologie ambientali, evidenziando vari tipi di fonti rinnovabili come solare, geotermico ed eolico, e le loro applicazioni. Viene esaminata l'efficienza energetica, le problematiche associate alla disponibilità intermittente e le innovazioni tecnologiche per migliorare l'efficacia della conversione dell'energia. Infine, si propongono fasi di sviluppo per progetti pilota e integrazioni tecnologiche nel contesto delle energie rinnovabili.

1. “LeENERGIE RINNOVABILI”Luigi CremaREET – RenewableEnergies and Environmental TechnologiesPovo - Trento1

2. 2Energie Rinnovabili e Riscaldamento GlobaleRISCALDAMENTO GLOBALE (?)ENERGIE RINNOVABILI≠

3. 3Le ENERGIE RINNOVABILIACQUAARIATERRAFUOCO

4. 4IdricoLe TECNOLOGIE RINNOVABILIBiomasseGeotermia SuperficialeEolicoSolare TermodinamicoFotovoltaicoSolare TermicoBiocombustibili

5. 5Il RISPARMIO ENERGETICO – prerogativa essenziale per le rinnovabiliBasso ConsumoMedio Consumo

6. 6LE ENERGIE RINNOVABILI: PROBLEMATICHELA DISPONIBILITA’ INTERMITTENTEInvernoEstateIdricaSolareEolicaGeotermica

7. 7IL SOLE

8. REET - Renewable Energies and Environmental TechnologiesEnergiadaSolareTermicoAssorbimento di radiazione da parte dell’atmosfera e della terraQuantità di Energia in arrivo dal sole, entrante e uscente dall’atmosfera.Circa il 75% della radiazione solare esterna all’atmosfera arriva sulla superficie sotto forma di radiazione diretta e diffusa.8

9. REET - Renewable Energies and Environmental TechnologiesEnergiadaSolareTermicoIrraggiamento Solare: La TerraLa terra riceve energia dal sole sotto forma di radiazione.All’esterno dell’atmosfera la costante solare, la quantità di radiazione che arriva per unità di superficie, è di 1353 W/m2.La potenza solare indirizzata sulla terra è di 174 x 1015 W.Obiettivi del Solare Termico / Termodinamico:Maggiore Efficienza EnergeticaMigliore Sfruttabilità dell’Energia SolareInnovazione della tecnologia9

10. REET - Renewable Energies and Environmental TechnologiesEnergiaSolare – ConversionedellaRadiazioneSolare1 - TECNOLOGIEAlcune soluzioni tecnologiche per la conversione di Radiazione Solare in Energia.Solare termico:Cattura della radiazione solare e trasformazione in energia termica per utilizzo diretto o trasformazione (raffrescamento, energia elettrica)Concentrazione Solare:Impianti con specchi ustori parabolici per focalizzazione della radiazione in punti ad elevata densità energetica per utilizzi cogenerativi (motori Stirling, turbine, torri a contrazione, tubi sotto vuoto …)Fotovoltaico – Silicio mono e poli cristallino, celle a concentrazione, thin films:Transizione elettronica dalla banda di valenza alla banda di conduzione in materiale semiconduttore a giunzioni p-n.10

11. LA GEOTERMIAIL TERRENO COME SCAMBIATORE DI ENERGIAUn uso indiretto dell’energia solare e del calore interno della Terra.

12. La Terra assorbe calore dalla radiazione solare e ne emette dal mantello e nucleo

13. REET - Renewable Energies and Environmental Technologies13Sfruttamentodell’EnergiaGeotermicaCaratteristiche dell’Energia Geotermica La temperatura del terreno, già a pochi metri di profondità, si mantiene grossomodo costante durante l'arco dell'anno: è questa, una caratteristica comune a qualsiasi località del pianeta.

14. REET - Renewable Energies and Environmental Technologies14Sfruttamentodell’EnergiaGeotermica

15. REET - Renewable Energies and Environmental Technologies15Sfruttamentodell’EnergiaGeotermicaPrincipio di funzionamento - riscaldamento

16. REET - Renewable Energies and Environmental Technologies16Sfruttamentodell’EnergiaGeotermicaPrincipio di funzionamento - raffrescamento

17. REET - Renewable Energies and Environmental Technologies174 Kwht1 KwheSfruttamentodell’EnergiaGeotermicaCiclo Energetico RinnovabileAd esempio: se l’energia elettrica proviene dall’idroelettrico il ciclo è rinnovabileL’efficienza di una pompa di calore è rappresentata dal COefficiente di Prestazione, COP, inteso come rapporto tra l’energia termica resa al corpo da riscaldare e l’energia elettrica consumata perché possa avvenire il trasporto di calore medesimo.Produzione anche per piccole potenze

18. REET - Renewable Energies and Environmental Technologies18Sfruttamentodell’EnergiaGeotermicaMappa interattiva per gli impianti geotermici

19. REET - Renewable Energies and Environmental Technologies19Sfruttamentodell’EnergiaGeotermicaVantaggi delle carte ad indirizzo GeotermicoStrumenticartografici digitali, flessibili e di rapida consultazione

20. Strumento di pianificazione territoriale

21. Assegnazione del valore commerciale aggiunto al territorio REET - Renewable Energies and Environmental Technologies20Sfruttamentodell’EnergiaGeotermicaSonde Geotermiche Verticali

22. REET - Renewable Energies and Environmental Technologies21Sfruttamentodell’EnergiaGeotermicaSonde Geotermiche Verticali

23. 22IL VENTO

24. 23ENERGIA EOLICALa più economica (?)

25. La più costruita (Scozia, Malta, Spagna, Germania)

26. Problemi (?), Soluzioni (?)24IL FOTOVOLTAICO

27. 25CONSIDERAZIONIIl più costoso, circa 20 volte più delle altre energie rinnovabili … ne vale la pena?

28. Rendimenti bassi, mediamente 12 – 15 % efficienza elettrica

29. Tutto dipende dagli sviluppi futuri26LA BIOMASSA

30. 27IL CICLO

31. 28Tecnologie delle BIOMASSE – soluzioni domesticheCALDAIA a BIOMASSASTUFE a FIAMMA INVERSASTUFE a BIOMASSA

32. 29Tecnologie delle BIOMASSE – grandi impiantiDEPOLIMERIZZAZIONE CATALITICAIMPIANTI di GASSIFICAZIONE

33. REET - Renewable Energies and Environmental TechnologiesTematiche di Ricerca nel Gruppo REETHome DevelopedNumerical CodesEnvironmental Technologies and SecurityMain AchievementsSolar Energy(thermal heating and cooling)Finite ElementsModelling and SimulationNIR: Impact on Health and EnvironmentGeothermalElectricity from Renewable SourcesBiomasses/Biofuels30

34. 31REET - Renewable Energies and Environmental TechnologiesTematiche di Ricerca nel Settore EnergiaEnergia Solare TermicaSolar coolingEnergia Solare TermodinamicaEnergia Geotermica a bassa entalpiaCogenerazione da biomasse e da calori di scartoProcessi di produzione di BiocombustibiliCelle a Combustibile (DMFC)

35. Concetti Fondamentali - Keywords32REET - Renewable Energies and Environmental TechnologiesENERGIA a LIVELLO DISTRIBUITO+ENERGY BUILDING e +ENERGY VILLAGEINTERA CATENA da R&D a PROTOTIPAZIONEFONTI RINNOVABILI di ENERGIAELEVATA EFFICIENZA per la PRODUZIONE DI ENERGIAINTEGRAZIONE TECNOLOGICA & IBRIDAZIONEFULL VISION

36. 33LE FUTURE TECNOLOGIE A ENERGIA RINNOVABILE PER LA CASAAuto consumoMercato elettricoMotore termodinamicoImpianto Solare TermodinamicoFluido RaffrescanteUnità di raffrescamento solareAcqua Calda SanitariaREATTORE DI DEPOLIMERIZZAZIONEImpianto GeotermicoLIQUID FUELRISCALDAMENTO DOMESTICOBoilerRifiuti Organici e Riciclabili Domestici (Plastica, Biomassa, Carta,…)ACQUEDOTTO

37. 34REET - Renewable Energies and Environmental TechnologiesReet Energy Vision – Sviluppo in 3 FasiFASE 1 Avvio di PROGETTI PILOTA su temi specificiFASE 2 TRASFERIMENTO TECNOLOGICO dei RISULTATI dei PROGETTI PILOTAFASE 3 Avvio di PROGETTI INTEGRATIVI per TECNOLOGIE IBRIDE 2007 - 20122009 - 20132012 - 2015

38. 35REET - Renewable Energies and Environmental TechnologiesFase 1 – sviluppo di Progetti Pilota su Aree ApplicativeProgetto da AGENZIA PROVINCIALE per l’ENERGIARichiesta di finanziamentoCoordinamento FBK – REETPartner: EL.MA. S.r.l.Progetto FinanziatoCollaborative Project, finanziamento Europeo ENERGY-2009-1: DiGeSPo. Best Energy 2009 Project in EuropaCoordinamento FBK – REETProgetto in fase di prototipazione – a seguire trasferimento tecnologico verso iniziativa di START UP.Partner industriale: MIG Solar Solution / AERMECProgetto FinanziatoFondazione CARITROCoordinamento FBK – REETProgetto MUSE (Enervals) – attesa di finanziamento

39. 36REET - Renewable Energies and Environmental TechnologiesFase 1 – Piano di Dissemination & ExploitationPatent pending: WO2008146109A2, Data di Pubblicazione 04/12/08Congressi & pubblicazioni dal 2010Patent pending: WO2008090454A2, WO2008090461A2, Data di Pubblicazione 21/08/08Congress paper:WREC X 2008 Glasgow (UK)EUROSUN 2008 Lisbon (P)Prossimo ISES Congress 2009 – South AfricaPatent pending: WO2008099262A2, Data di Pubblicazione 21/08/08Congress paper for next ISES Congress 2009 – South AfricaBrevetti e Pubblicazioni dal 2010Congress paper per il prossimo WREC XI 2010 – Abu Dhabi

40. 37REET - Renewable Energies and Environmental TechnologiesFase 2 – Trasferimento Tecnologico Progetti PilotaTrasferimento Tecnologico dei risultati a ELMA tra la fine 2010 – inizio 2011Trasferimento Tecnologico dal 2012 ai partner di progetto come riportato nel Consortium Agreement. Iniziativa di START UP AERMEC/FBK/MIG – 2009/10Iniziativa di START UP:Luogo: Provincia di TrentoPartners: MIG Solar Solution (D); Philippines GmbH (D); FBK; AERMEC (?), OTHERS (?).Trasferimento Tecnologico a ENERVALSIniziativa di START UP:Da pianificarsi a partire dal 2011Partners: FBK, FEM, (?)

41. 38REET VISION – fase 3 – pianificazione di progetti di seconda generazioneProgetti di integrazione tecnologica e sviluppo di tecnologie ibride. Integrazione fra diverse sorgenti rinnovabili per il +energy building del futuro.Esempi: SOLARE TERMICO/TERMODINAMICO + BIOMASSA + CALDAIE A GAS NATURALE + RAFFRESCATORE SOLARE;

42. GEOTERMIA a BASSA ENTALPIA + STIRLING + FOTOVOLTAICO;

43. SOLARE TERMICO/TERMODINAMICO + CONVERSIONE A BIOFUELS da RIFIUTI DOMESTICIIn parallelo, FBK – REET sta sviluppando la VISION relativa al +energy village e alle relazioni fra i diversi livello di prosumers.

44. REET - Renewable Energies and Environmental TechnologiesEnergia Solare –Conversione della Radiazione SolareTubo Solare ModificatoRicadute della tecnologiaImprovement del SistemaMiglioramento della Fluidodinamica applicata al sistemaRaffrescamento Solare EfficienteMigliore Efficienza Globale del SistemaRange di Temperature 100  150 °CAumento Scambio Convettivo tramite TurbolatoriCogenerazione Raffrescamento / RiscaldamentoRiduzione della Resistenza Termica Superficie/FluidoGenerazione ElettricaConcentrazione Solare 10:1Generazione Termica – Riscaldamento / Raffrescamento Tubo Sottovuoto con Cer.Met. per alte temperatureRange di Temperature 250  350 °CCogeneratore(Stirling engine)Produzione di BiofuelsReattore per DepolimerizzazioneElevata Efficienza Globale39

45. REET - Renewable Energies and Environmental TechnologiesEnergiaElettricadaEnergiaSolareLa macchina di Stirling: configurazione ALFAEnergiaTermicaLa versione ALFA è la più semplice. È caratterizzata da due cilindri vincolati a un movimento circolare e da un recuperatore di calore. Quattro sono i movimenti che lo caratterizzano.

46. Il ciclo è reversibile, cioè fornendo energia elettrica è possibile sfruttare riscaldamento o raffreddamento.EnergiaelettricaRaffreddamento40

47. REET - Renewable Energies and Environmental TechnologiesEnergiaElettricadaEnergiaSolare13 – Ciclo di Stirling modificato (a iniezione): Brevetto n°WO2008146109Il ciclo di Stirling modificato condivide l’uso del fluido vettore con I collettori solari sotto vuoto. L’energia termica prodotta viene gestita da un sistema di valvole che regola il regime di funzionamento del motore. Mediante tale soluzione si è cercato di eliminare problemi quali i volumi morti, l'irreversibilità di ciclo, idealmente possibile, ma quasi mai realizzata nella situazione concreta, per fornire un vero e proprio controllo del ciclo dal punto di vista termodinamico.ValvesElectric PowerSolar EnergyHome Heating hot water Regenerator41

48. REET - Renewable Energies and Environmental TechnologiesRaffrescamento daEnergiaSolareSolar Cooling ad adsorbimento: brevetto n° WO20080992621Il pannello solare fornisce il calore necessario per la rigenerazione del materiale adsorbente;2Il materiale adsorbente (zeoliti, gel di silice) dopo la rigenerazione funge da essiccante. Deumidifica un flusso d’aria per adsorbimento. L’aria si riscalda ed entra in un circuito di scambio calore;4123L’evaporatore umidifica l’aria e gli abbassa la temperatura, fino a 45 °C;4L’aria raffreddata scambia calore con il serbatoio dell’acqua fredda, diretta poi verso i fan coils preposti al raffrescamento degli ambienti;342

49. REET - Renewable Energies and Environmental TechnologiesRaffrescamento daEnergiaSolareSolarcoolercon reazione di adsorbimento:Power out: 2 kWthCapacità di raffrescamento: ~25 kWh (circa 12 ore di funzionamento continuo)COP: 0,70,8 (da simulazioni)Temperature IN/OUT sul freddo: 21/16°CVolume flowADS: 150 m3/hVolume flowDES: 200 m3/hPerdita di caricoADS: 150200 PaPerdita di caricoDES: ~200 PaTemperatura di scartoIN/OUT30/45°CDoppio ciclo per rigenerazione di un serbatoio per giorno.43

50. REET - Renewable Energies and Environmental TechnologiesDistributed CHP Generation from small Size Concentrated Solar Power: Di.Ge.S.Po.44Progetto Pilota su Cogenerazione Solare: fase 1 e fase 2 superate. Approvato giugno 2009.Sistema pneumaticoCER.MET. layerOttiche di riflessioneTubo sottovuotoGeneratore CSP m-CHP con tubi solari sottovuoto, ottiche di concentrazione, sistema di inseguimento solare, fluido termico, layer assorbente CER.MET. E motore Stirling.Partner di progetto: FBK (coordinatore)Uppsala University (S)Politecnico di Milano (I)MIG Solar Solution (D)Electronic Machining EL.MA. (I)Sustainable Engine System (UK)Project in Motion (Malta)Sistema di cogenerazione – motore StirlingSistema di inseguimentoSupporter esterni: Baxi group (UK)Isoclima / Finind group (I)Narva Lichtquellen (D)Whispergen (New Zealand / UK) - contractingMedacta (Switzerland) – contracting

51. REET - Renewable Energies and Environmental TechnologiesDistributed CHP Generation from small Size Concentrated Solar Power: Di.Ge.S.Po.DIGESPO ProjectGeneral description of the system:Size of each single parabolic mirror: about 0,4x1,5 mTotal size: about 8 m245

52. REET - Renewable Energies and Environmental TechnologiesDistributed CHP Generation from small Size Concentrated Solar Power: Di.Ge.S.Po.vahot fluid circuitThree-way valveMono-directional valveDIGESPO Projectoptical systemv11Stirling enginehotpistonFull System overview:Main elements for a pneumatic circuit of the CHP system connected to the CSP thermal panelEvacuated glass tubecoldpistonMono-directional valve2v2regeneratorMono-directional valve3v3vbcold fluid circuitThree-way valve46

53. REET - Renewable Energies and Environmental TechnologiesDistributed CHP Generation from small Size Concentrated Solar Power: Di.Ge.S.Po.5,5 kWth300°CDIGESPO Project1 kWel8 kWsolar radiation on evacuated glass tubes3,5 kWthSHW circuit, home heating circuitcapacity for1520 kWth3050 °C47

54. REET - Renewable Energies and Environmental TechnologiesBiomasses andBiofuelsRifiuti Organici,BIOMassee BIOFuels:Ricerca e innovazione nel settore dei processi di conversione (catalisi, gassificazione a doppio stadio,…), mediante indagine su:

55. materiali (realizzativi dell’impianto, innovativi per reazioni di catalisi e/o ottimizzazione del processo,…);

56. bilanci energetici e di massa;

57. fisica - chimica di processo;

58. problematiche al contorno (emissioni, scorie, filtrazione,…).

59. Simulazione analitica dell’intero processo con supporto dalla modellazione multifisica FEM in particolari specifici dell’ipotesi realizzativa;

60. Verifica dei risultati attraverso analisi sperimentali su prototipi di impianto parziali, a lab-scale e/o completi come da ipotesi progettuale.4848

61. 49REET - Renewable Energies and Environmental TechnologiesProgetto Pilota -TECHNOLOGY INTEGRATION: Prototipazione di Sistema Stirling/Caldaia a biomassaElementi del sistemaCaricatore automatico biomassa/pelletserbatoio biomassa/pelletbraciere / fiammaSerbatoio acqua calda per circuito sanitariomotore Stirlinggeneratore elettrico

62. 50REET - Renewable Energies and Environmental TechnologiesProgetto Pilota -TECHNOLOGY INTEGRATION:Prototipazione di Sistema Stirling/Caldaia a biomassaPrestazioni del sistemaEfficienza elettrica: 15 – 25 %;Potenza elettrica massima: ~3 kWe;Efficienza termica: 55 – 70 %Uso energia elettrica: auto-consumo, vendita al gestore di rete.Uso energia termica:Riscaldamento ambienti domestici, produzione di ACS, raffrescamento estivo.Uso combinato ideale per ambienti remoti non serviti da rete elettrica o dal gas naturale (rifugi alpini, valli remote,…).

63. REET - Renewable Energies and Environmental TechnologiesProposta di Collaborazione FBKProgetto di Ricerca: nuove tecnologie per lo sfruttamento dell’Energia GeotermicaAnalisi del Sottosuolo (*):caratterizzazione del comportamen-to idrogeologico e termico

64. condizioni di falda

65. mappatura del potenziale geotermico(*) L’attività verrà svolta in collaborazione con l’Università degli Studi di Padova, Dipartimento di Geoscienze e la Provincia Autonoma di Trento, Dipartimento Protezione Civile e Tutela del Territorio, Servizio Geologico.51

66. REET - Renewable Energies and Environmental TechnologiesProposta di Collaborazione FBKProgetto di Ricerca: nuove tecnologie per lo sfruttamento dell’Energia GeotermicaScambiatori di Calore con il Sottosuolo: nuove geometrie

67. nuovi materiali realizzativi

68. innovazione delle tecnologie di isolamento delle sonde

69. ricerca sul fluido vettore52

70. 53Incentivi statali per Solare FOTOVOLTAICOIL FOTOVOLTAICO INCENTIVATO con il “CONTO ENERGIA” Come funziona il conto energia? In pratica: non viene elargito un contributo in "conto capitale" per comprarsi l'impianto, come succedeva in passato, ma viene riconosciuta una tariffa incentivante ai kWh prodotti dall’impianto fotovoltaico. La tariffa incentivante, riconosciuta all’energia prodotta per 20 anni, permette un rientro economico dell’investimento più rapido e premia l'efficienza dell' impianto. Nuove tariffe e modalità più semplici sono state fissate nell'ultimo decreto sul "conto energia" (Febbraio 2007) scaricabile alla sezione DOCUMENTI - NORMATIVE del nostro sito.La novità più importante di questo ultimo decreto riguarda l'abolizione del tetto di kWh installabili in un anno, quindi niente piu' limiti annui ma un unico tetto di 1.500 Megawatt di potenza incentivabile fino al 2012.Ulteriori informazioni nel documento "il fotovoltaico a casa mia".Siti e documenti utili e aggiornati sul Conto Energia:http://www.grtn.it/ita/index.asphttp://www.enerpoint.it/PDF/SpecialeContoEnergia.pdfhttp://www.casarinnovabile.it/home-energia.htm

71. 54Incentivi statali per SOLARE TERMICO, GEOTERMIA SUPERFICIALE e BIOMASSEAlcuni interventi specifici di riqualificazione energetica e utilizzo di tecnologie solari avranno, come nel 2007, diritto ad una detrazione fiscale del 55% (oltre all'IVA agevolata).Il 55% del totale va scaricato nella dichiarazione dei redditi, per un massimo dell’imponibile IRPEF.

72. 55Certificati verdi assegnati agli impianti da fonti rinnovabili

73. 56ESEMPIO DI CALCOLO 1. spesa elettrica mediaE’ un costo che per il 60% circa si continua a pagare

74. 57ESEMPIO DI CALCOLO 1. l’investimento

75. 58ESEMPIO DI CALCOLO 2. l’ammortamento

76. 59ESEMPIO DI CALCOLO 1. spesa elettrica per raffrescamentoNon è detto che sia coperto tutto da autoconsumo

77. 60ESEMPIO DI CALCOLO 2. l’ammortamento

78. 61ESEMPIO DI CALCOLO 2. l’ammortamento

79. REET - Renewable Energies and Environmental Technologies62GRAZIE per L’ATTENZIONE!!!Luigi CremaRicercatore REETRenewable Energies & Environmental Technologies