Biomasse per il settore domestico Ing.

20/10/2011
Biomasse per il settore
domestico
Ing. Matteo Prussi, PhD
[email protected]
[email protected]
CREAR /RE-CORD - Centro Ricerca Energie Alternative e Rinnovabili
Dipartimento di Energetica “S.Stecco”
Università degli Studi di Firenze
Energia
Ogni azienda, abitazione o processo
produttivo necessita di 2 risorse
energetiche..
ENERGIA ELETTRICA
Illuminazione,
Movimentazione macchine,
comunicazione
ENERGIA TERMICA
Riscaldamento,
Processi di lavorazione,
Servizi sanitari
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In che modo consumiamo l’energia?
EU-27 il 32% cons. En.
TOT(2006) in
TRASPORTI
ITALIA:
165 Mtep di energia
dall'estero, pari a quasi
l'80% della domanda
energetica nazionale: è il
secondo Paese al mondo
per importazione di energia
elettrica
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Budget Energetico della EU-25
Energy import
dependence around
70 % in 2030
(EC Green Paper)
Quanto pesano le rinnovabili a livello
mondiale?
Source: based on IEA, 2006; and IPCC, 2007.
BIOENERGY – A SUSTAINABLE AND RELIABLE ENERGY SOURCE - A review of status and prospects - IEA BIOENERGY: ExCo: 2009:05
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Energia elettrica da rinnovabili - EU
Previsioni produzione da Rinnovabili EIA
Escluso fonte idroelettrica
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Elettricità da fonti rinnovabili non tradizionali in Italia
Anni 1995-2009 (GWh)
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Biomassa: definizione
Per BIOMASSA si intende tutto ciò che ha matrice organica, ovvero il
materiale organico costituito o derivato da organismi vegetali o
animale o loro componenti, utilizzabile in processi di trasformazione
termochimica o biochimica.
La biomassa ha origine:
• da prodotti principali o da residui del settore agro-forestale;
• da sottoprodotti e da scarti di lavorazioni agro-alimentari;
• dalla parte biodegradabile dei rifiuti;
• dal comparto zootecnico;
• da "coltivazioni dedicate".
Biomassa: Vantaggio Ambientale
Il principale vantaggio ambientale conseguente allo sfruttamento della risorsa
biomassa per fini energetici consiste nel non contribuire direttamente all'effetto
serra, poiché la quantità di anidride carbonica (CO2) rilasciata durante la
decomposizione, sia che essa avvenga naturalmente, sia per effetto della
conversione energetica, è equivalente a quella assorbita durante la crescita della
biomassa stessa.
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Biomassa: Vantaggio Ambientale
Non vi è, quindi, un contributo netto che generi aumento del livello di
CO2 nell'atmosfera; questo è vero a meno delle emissioni da fonti fossili
correlate alle operazioni di taglio, trattamento e trasporto della biomassa
ed allo smaltimento delle ceneri. Un esempio del ciclo di emissioni è
presentato in figura.
Uso energetico della biomassa Vantaggi
•
•
•
•
•
Fonte di Energia Rinnovabile
Immagazzinabile-Stoccabile
Può essere convertita in combustibili solidi, gassosi o liquidi
Numerose tecnologie di conversione ben sviluppate e note
Tecnologie di conversione disponibili in un ampio campo di potenze a
differenti livelli di sofisticazione
• Produzione del combustibile e tecnologie di conversione indigene nei
PVS
• Non emette (emissioni nette) CO2
• La produzione produce più lavori domestici degli altri sistemi ad
energia rinnovabili della stessa taglia
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Uso energetico della biomassa Svantaggi
• La produzione genera competizione nell’uso del territorio
• Necessarie grandi aree a causa della bassa densità energetica
• La produzione può richiedere elevati volumi di fertilizzanti ed
irrigazione
• Sistema di gestione (logistica) complesso per assicurare la costante
fornitura della risorsa
• Problemi di trasporto, stoccaggio e movimentazione a causa della
bassa densità (bulk density)
• Produzione soggetta a variazioni legate alle condizioni
ambientali/meteo
• Alcune tecnologie di conversione non sono ancora completamente
sviluppate
• Produzione non costante durante l’anno
Biomassa: contributo al consumo
energetico
Energy from biomasses,
% on total energy
harvested
Africa
55
Asia
38
Oceania
35
Sud America
26
Centro America 14
Nord America
4
Europa
3
Principalmente da sistemi naturali
Principalmente da residui e colture dedicate
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Biomassa: sostenibilità dell’uso
energetico
La biomassa è una risorsa rinnovabile a condizione che venga impiegata
con un tasso di utilizzo non superiore alle capacità di rinnovamento
biologico.
“Per Sviluppo Sostenibile si intende uno sviluppo che risponda alle
necessità del presente senza compromettere la capacità delle generazioni
future di soddisfare le proprie esigenze”
Queste parole sono tratte dal report “Our Common Future” (conosciuto
anche come Brundtland Report) e rappresentano la definizione di
Sviluppo Sostenibile preparata dalla "World Commission on
Environment and Development". (Commissione Mondiale sull'ambiente
e lo sviluppo).
Italia: utilizzi attuali delle biomasse
• Riscaldamento domestico, individuale e collettivo
(teleriscaldamento)
• Calore di processo e/o elettricità in cogenerazione presso siti
industriali (industria del legno, distillerie ecc.)
• Produzione di elettricità (o elettricità e calore in cogenerazione)
da impianti dedicati alimentati con biomasse, oli vegetali,
biogas
• Biocarburanti per i trasporti (biodiesel, bioetanolo...)
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Previsione utilizzo BM al 2030
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Toscana e biomasse
La Toscana è la regione
Italiana con il più alto
potenziale per lo
sfruttamento della
biomassa legnosa.
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TIPOLOGIE DI BIOMASSA SOLIDA
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Biomasse erbacee o legnose
Forestali legnose:
- Residuali
- Dedicate
Agricole:
- Residuali
- Dedicate
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Biomasse erbacee
•
•
•
•
Colza
Mais
Girasole
etc
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Biomasse erbacee – Colture dedicate
• Colture erbacee
• Es. Sorgo a fibra, Canapa, Arundo Donax,
• Colture zuccherine (ed amidi)
• Es. Barbabietola da zucchero, Sorgo zuccherino, Patata
• Piante acquatiche:
• Es. macro e micro alghe
• Piante Oleaginose
• Es. Colza
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Biomasse legnose
• SRF
• Manutenzione
bosco
• Etc
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La filiera del legno
La
biomassa
viene tagliata e
stoccata per la
fase
di
essiccamento.
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La legna da ardere
La cippatura del legno
La cippatura permette la
riduzione delle dimensioni e
l’utilizzo in caldaie a
cippato.
A questa fase può seguire la
ulteriore
riduzione:
pellettizzazione.
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Cippato di legno
La cippatura del legno
Pellets
Cal. spec. 4.7 kWh/kg
Peso spec. 650 kg/m3
APPLICAZIONI
• Abitazioni private
• Uso industriale
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Forme di addensamento della biomassa
Pretrattamento
Compattazione della
biomassa
 Varie tipologie di
compattazione
 A seconda dell’uso
 Varia il consumo
energetico per la
produzione
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TECNOLOGIE PER L’USO
DOMESTICO
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Definizioni
La biomassa può essere convertita in
energia mediante processi di convezione
TERMO-CHIMICA.
Il più noto processo è la
COMBUSTIONE.
Esistono poi la PIROLISI e la
GASSIFICAZIONE
Nutrienti
Radiazione
Solare
Bioss.di
Carbonio
BIOMASSA
Zuccheri, Olii, Amidi, Farine, Proteine
6 CO2 + 6 H2O  6 O2 + C6H12O6
Acqua
Clorofilla
Ossigeno
Glucosio

6 CO2 + 6 H2O + ENERGIA + CENERE
Combustione
Calore - Elettricità - Energia mecc.
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Caldaie a cippato
Gli elementi principali di un impianto (a
cippato) sono:
•Caldaia
•Contenitore o deposito per stoccaggio
cippato
•Sistema di movimentazione del
combustibile
•Centralina di regolazione
•Accumulatore inerziale e bollitore per
acqua sanitaria
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Schema dei componenti principali
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Centrale termica a cippato
Al fine di facilitare le operazioni di
scarico del cippato dai mezzi di
trasporto, il silo è situato spesso al
di sotto del piano stradale
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– Manuali – fiamma rovesciata
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griglia fissa)
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Regolazione sonda Lambda
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Locale caldaia
Ai fini della normativa sulla sicurezza viene
considerata la potenza termica complessiva di
tutte le caldaie presenti nello stesso locale, che
possono essere accese in contemporanea.
Se si installa una caldaia a legna da 20 kW e
accanto a questa ne viene posta una a gas da
20 kW, viene superata la soglia dei 35 kW, e si
rientra nella normativa su questa categoria di
impianti.
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Vano combustibile
Il silo di stoccaggio del cippato dovrebbe essere posto in un locale adiacente
al locale caldaia o situato nelle immediate vicinanze di questo.
Il silo va dimensionato sulla base della potenza e del rendimento della caldaia, delle
caratteristiche del combustibile e dell’autonomia richiesta. Indicativamente, il potere
calorifico netto del cippato è compreso tra 600 e 900 kWh/m3, a seconda del tipo di
legno e del contenuto di umidità. La densità è compresa tra i 200 e i 400 kg/m3.
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Sistemi di estrazione
Sul fondo del silo viene posizionato l’estrattore del
cippato, che preleva il combustibile e lo convoglia
nel canale della coclea di trasporto. Nei piccoli
impianti, per potenze fino a 300-500 kW, e
capienze fino a circa 100 m3, viene generalmente
usato un estrattore a braccio rotante, che richiede
una sezione del silo circolare o quadrata.
Per impianti di maggiore potenza vengono
usati estrattori a fondo mobile, costituiti da
una o più rastrelliere parallele ad
azionamento idraulico che, con un lento
movimento avanti e indietro spingono il
cippato nel canale della coclea.
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I passi verso la scelta
dell’impianto
Riassumiamo i passi necessari per decidere se installare o meno
un sistema di riscaldamento a biomassa.
Ancora prima di pensare al dimensionamento dell’impianto ed
alla scelta della caldaia da installare, è necessario inquadrare
l’intervento nel suo contesto globale, valutandone la
convenienza economica e assicurandosi che la biomassa
necessaria ad alimentare l’impianto sia disponibile attraverso un
sistema di fornitura certo ed affidabile.
SOURCE: Is a Biomass-fired Heating System Right
for Your Facility?
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Stima preliminare
Lo scopo di questa fase è quello di valutare se installare un
sistema di riscaldamento a biomassa abbia più o meno un senso
nella struttura in esame.
Se si tratta di una struttura di grandi dimensioni (Scuole,
Uffici Pubblici, Condomini) è necessario valutare la disponibilità
del personale addetto alla gestione degli impianti energetici ad
essere di supporto alla scelta.
Si deve inoltre effettuare una rapida analisi economica in grado
di stimare i costi ed il risparmio potenziale annuale.
Diventa quindi necessario avere a disposizione tutte le
informazioni possibili circa le spese energetiche dei precedenti
anni, oltre ad un quadro esaustivo dei costi dell’energia.
Si deve inoltre raccogliere informazioni sulla taglia di impianto
da sostituire.
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Ricerca Informazioni
Se l'ipotesi sembra valida, è il momento di saperne di più sui
sistemi di riscaldamento a biomassa.
Raccogliere informazioni circa i principali produttori ed
installatori di impianti.
Se possibile andare a visitare una Fiera dedicata; esempi:
• Fieragricola Verona - www.fieragricola.it
• Forlener – www.forlener.it
Valutare la possibilità di visitare impianti analoghi a quello
previsto possibilmente in zona. Saranno utili per evidenziare i
pro ed i contro dell’intervento.
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Valutare la risorsa locale di biomassa
Ricercare informazioni sul costo e sulla disponibilità di
combustibile da biomassa nella tua zona, tenendo presente che
aumentare la distanza di approvvigionamento fa aumentare i
costi di trasporto.
Ricerca di potenziali fornitori che possono offrire cippato o
pellet, a seconda della taglia di impianto prevista. La scelta del
fornitore potenziale deve partire dal valutarne i seguenti
“parametri”:
– affidabilità e serietà;
– disponibilità di Biocombustibile che rispetti le normative
di riferimento (ÖNORM, DIN, PelletGold etc.);
– possibilità di stilare contratti di fornitura, anche
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pluriennali;
– compatibilità dei veicoli per il trasporto con il sistema di
Stabilire la taglia d'impianto
Un sistema di riscaldamento a biomassa deve essere
dimensionato sulla base dell'analisi dei carichi, specialmente
del carico di punta.
Rispetto ad un sistema sottodimensionato, un sistema di grandi
dimensioni non funzionerà altrettanto bene, sarà meno
efficiente, e avrà maggiori emissioni.
Nella maggioranza dei casi si avrà bisogno di una caldaia
supplementare alimentata con un combustibile convenzionale,
dimensionata per far fronte al carico di punta.
Una caldaia a biomassa di taglia compresa tra 50 e 80% del
carico di punta sarà in grado di soddisfare fino al 95% del
carico annuale.
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Stabilire la taglia d'impianto
Per risolvere i problemi del carico di punta e del
dimensionamento della caldaia, si può affiancare una caldaia di
backup a combustibile tradizionale, da utilizzare per:
– integrare le punte di richiesta: es. 10 giorni peak load
annui;
– emergenza: es. blocco alimentazione cippato;
– stagioni di basso carico: es. produzione estiva di acqua
calda sanitaria (ACS) o di altri servizi in misura
insufficiente per mantenere in marcia vantaggiosamente
la caldaia a legna
Nel caso in cui si attui un intervento di sostituzione di impianto,
basterà mantenere allacciato il “vecchio” bruciatore.
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Se si tratta di un impianto nuovo, il costo di una caldaia di
backup può essere messo in conto poiché risulta di un ordine di
Qualità e movimentazione del
biocombustibile
La qualità della biomassa dipende dalle sue dimensioni, dal suo
contenuto di umidità e dall'assenza di materiali estranei (quali
piccoli sassi nel cippato).
Il biocombustibile legnoso (cippato, pellet, briquette) dovra
rispettare i parametri fissati dal costruttore dell'impianto.
Si deve dare la preferenza all'acquisto di combustibile con il
più basso tenore di umidità possibile; nel caso che ciò non sia, si
deve tenere di conto del tasso di umidità nel calcolo del prezzo
di acquisto
La presenza di sporcizia (caso cippato) può causare danni al
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sistema di alimentazione ed alla camera di combustione, e deve
pertanto essere evitata, prestando particolare attenzione alle
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Valutazione economica
Fare un analisi costi-benefici dell'uso della biomassa
per riscaldamento. Confrontare i costi capitale,
comprese tutte le modifiche alla costruzione, ed i
costi di gestione (su base annua) dell'impianto con
quelli relativi ad un omologo impianto tradizionale.
Decidere se procedere con l'intervento
Una volta raccolte le informazioni decidere se
procedere con l'intervento.
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– Soddisfa le esigenze dell'utenza?
– Esiste la convenienza economica?
Promuovere una discussione pubblica
Se l'impianto è di taglia medio grande e in particolare
è prevista l'installazione in edifici pubblici, è bene
coinvolgere sia gli amministratori locali sia l'opinione
pubblica già in sede di programmazione e via via che i
contorni dell'intervento diventano chiari.
Spesso non esiste la consapevolezza dei benefici
apportati dall'uso della biomassa, né dei vantaggi
associati.
Promuovere incontri con la cittadinanza per illustrare i
benefici ambientali
edsindrome
economici
dell’intervento.
Prevenire la
N.I.M.B.Y.
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VALUTAZIONI ECONOMICHE
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Andamento dei prezzi
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Confronto combustibili
Combustibile
Prezzo
unitario
Valore
energetico
Prezzo per
kWh
Confronto %
Gasolio
0,908 €/l
10 kWh
0,091 €
100%
Gas liquido (in cisterna)
1,861 €/kg
12,8 kWh
0,145 €
159%
Gas metano
0,788 €/m³
9,8 kWh
0,080 €
88%
Pellets
0,2173 €/kg
4,8 kWh
0,045 €
49%
Minuzzoli di legno
0,215 €/kg
4,2 kWh
0,039 €
43%
Legna spezzata (mista)
0,120 €/kg
4,3 kWh
0,028 €
30%
Teleriscaldamento (incl. eventuale
tassa fissa annuale)
0,086 €/kWh
1 kWh
0,086 €
95%
Marzo 2009
www.centroconsumatori.it
Centro Tutela Consumatori Utenti Alto Adige
www.centroconsumatori.it
Centro Tutela Consumatori Utenti Alto Adige
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Manutenzione
Combustibile
Investimento
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Esempio di confronto legna-GPL
Fonte: Energia da legno. Indicazioni per partire con il piede giusto AIEL
57
Fonte: Energia da legno. Indicazioni
per partire con il piede giusto AIEL
58
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The End …
Ing. Matteo Prussi, PhD
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CREAR /RE-CORD - Centro Ricerca Energie Alternative e Rinnovabili
Dipartimento di Energetica “S.Stecco”
Università degli Studi di Firenze
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