Gli impianti a energia rinnovabile

Transcript

WWW.SARDEGNAIMPRESA.EU
GUIDA DI APPROFONDIMENTO
GESTIONE DELL’ENERGIA
GLI IMPIANTI A FONTE RINNOVABILE
A CURA DEL BIC SARDEGNA SP A
1
GUIDA GESTIONE DELL’ENERGIA
SOMMARIO
1
PREMESSA ................................................................................................................................ 4
2
LE RINNOVABILI ELETTRICHE ...................................................................................................... 4
2.1
Impianti connessi alla rete ................................................................................................. 4
2.2
Impianti isolati dalla rete .................................................................................................... 6
2.3
Differenza tra potenza elettrica ed energia elettrica prodotta dall’impianto................ 6
2.4
Energia elettrica dal sole: gli impianti solari fotovoltaici ............................................... 6
2.4.1
Caratteristiche principali......................................................................................................... 6
2.4.2
Caratteristiche d’installazione ............................................................................................... 8
2.4.3
Vantaggi e svantaggi .............................................................................................................. 9
2.4.4
I costi....................................................................................................................................... 10
2.5
2.5.1
Caratteristiche ....................................................................................................................... 10
2.5.2
Caratteristiche d'installazione ............................................................................................. 11
2.5.3
Vantaggi e svantaggi ............................................................................................................ 12
2.5.4
I costi....................................................................................................................................... 13
2.6
Energia elettrica dall’acqua: il micro ed il mini-idroelettrico ....................................... 13
2.6.1
2.6.2
Requisiti per l'installazione .................................................................................................. 14
2.6.3
2.6.4
I costi....................................................................................................................................... 14
2.7
3
Energia elettrica dal vento: gli impianti eolici ............................................................... 10
Un mix: gli impianti ibridi ................................................................................................. 14
LE RINNOVABILI TERMICHE ....................................................................................................... 15
3.1
Gli impianti solari termici ................................................................................................. 15
3.1.1
3.1.2
3.1.3
I costi ed il risparmio ............................................................................................................. 17
3.2
Calore dall’aria, dall’acqua e dal suolo: le pompe di calore ........................................ 19
3.2.1
3.2.2
3.3
La biomassa per la produzione di calore e di energia elettrica................................... 21
2
3.3.1
3.3.2
Requisiti per l'installazione .................................................................................................. 22
3.3.3
4
LE AUTORIZZAZIONI ................................................................................................................. 23
5
CENNI SUGLI INCENTIVI E ALCUNI CASI PRATICI .......................................................................... 24
6
5.1
Esempio 1*: impianto fotovoltaico in Conto Energia.................................................... 26
5.2
Esempio 2: impianto eolico con tariffa onnicomprensiva ........................................... 27
5.3
Esempio 3: impianto solare termico con Conto Energia Termico .............................. 28
L’ITER E GLI ENTI COINVOLTI .................................................................................................... 28
3
1
PREMESSA
Nella presente guida troverai informazioni finalizzate a meglio comprendere le tecnologie di
sfruttamento delle fonti rinnovabili. Questa non vuole essere, ovviamente, una trattazione
esaustiva dell’argomento, ma una panoramica sugli aspetti principali da tenere in considerazione
nel caso valutassi l’opportunità di realizzare un impianto per coprire o integrare il fabbisogno
energetico della tua azienda.
Abbiamo suddiviso le fonti rinnovabili, e le relative tecnologie di sfruttamento, in elettriche e
termiche al fine di evitare fin da subito confusioni piuttosto comuni. Non è raro infatti che si
confonda ad esempio un impianto solare termico con un impianto solare fotovoltaico, nonostante
abbiano una funzione ben diversa: il primo produce calore (energia termica) e il secondo produce
elettricità.
Vi sono casi in cui la stessa fonte rinnovabile può servire a produrre energia elettrica e calore
mediante lo stesso impianto, cioè in cogenerazione. Tale opportunità sarà evidenziata volta per
volta.
Una precisazione: la locuzione “produrre energia” che troveremo spesso in questa guida è
tecnicamente inesatta. L’energia infatti non si produce ma si trasforma da una forma in un’altra.
Invece che usare la definizione di impianto di produzione dell’energia dovremmo usare quella di
impianto di conversione dell’energia. Ma nell’uso corrente per produzione di energia si intende il
ciclo produttivo che serve a rendere utilizzabile l’energia alla stregua di un qualsiasi altro bene o
servizio.
2
LE RINNOVABILI ELETTRICHE
Per rinnovabili elettriche si intendono le fonti rinnovabili, con relative tecnologie di sfruttamento,
che vengono utilizzate per produrre energia elettrica.
A seconda della modalità di collegamento all’utenza possiamo distinguerle in due categorie
principali:
2.1
•
impianti connessi alla rete (possono usufruire degli incentivi dedicati alle fonti rinnovabili
e sfruttano la rete come se fosse un’enorme sistema di accumulo dell’energia, alla stregua
di una batteria);
•
impianti in isola (impianti con potenza di pochi kW, al servizio esclusivo di utenze prive di
collegamento con la rete elettrica e con sistemi locali di accumulo dell'energia).
Impianti connessi alla rete
Sono gli impianti collegati alla rete elettrica di distribuzione pubblica (ad esempio ENEL
Distribuzione spa). In tal caso, la situazione ideale (e più redditizia) è quella in cui i consumi della
tua azienda sono sincronizzati con la produzione dell'impianto. Ovvero che l’azienda consumi
l’energia esattamente mentre l’impianto la sta producendo. Ciò non accade sempre: se hai ad
esempio un impianto fotovoltaico, durante la notte e nelle giornate nuvolose sarai costretto a
4
prelevare l'energia elettrica dalla rete invece che direttamente dall'impianto, perché questo non la
produce. Al contrario, nei momenti in cui l'azienda non necessita di energia, l’energia elettrica
prodotta in eccesso dal tuo impianto dovrai cederla alla rete per non buttarla via. La rete elettrica di
distribuzione si comporta come un’enorme batteria dalla quale preleverai energia quando la tua
azienda ne avrà bisogno ma che riceverà l’energia prodotta dal tuo impianto quando ne produrrà in
eccesso rispetto alle esigenze.
Facciamo un esempio: supponiamo che la tua azienda abbia bisogno, in un determinato istante, di
10 kW di potenza elettrica e che l’impianto fotovoltaico installato sul tetto del capannone, a causa
della presenza di nubi, possa fornire una potenza di soli 5 kW nonostante la sua potenza massima
sia di 10 kW. In tal caso la rete fornirà gli ulteriori 5 kW di cui vi è bisogno. Supponiamo, al
contrario, che la tua azienda abbia bisogno, in un determinato istante, di soli 5 kW e che l’ impianto
solare durante una giornata di sole splendente possa fornire una potenza di ben 10 kW. In tal caso
con i 5 kW in eccesso produrrai energia elettrica da immettere nella rete e questa ti sarà
remunerata secondo una precisa normativa di settore.
Questo meccanismo è valido per tutti gli impianti a fonti rinnovabili che soddisfino determinati
requisiti tecnici imposti dalla normativa. Infatti, secondo quanto previsto dal Decreto ministeriale 6
luglio 2012 per gli impianti a fonti rinnovabili non fotovoltaiche si ha diritto a beneficiare dei
meccanismi incentivanti della Tariffa onnicomprensiva o, in alternativa, del servizio di Scambio
sul posto. Quest'ultimo è previsto solo per gli impianti fino a una potenza massima di 200 kW. Per
gli impianti fotovoltaici, a causa del raggiungimento del tetto massimo previsto per gli incentivi
secondo il meccanismo della Tariffa onnicomprensiva, attualmente è possibile accedere alle
condizioni di Scambio sul posto o del Ritiro dedicato.
La Tariffa onnicomprensiva
La Tariffa onnicomprensiva consiste nel riconoscimento di una tariffa incentivante per ogni
chilowattora (kWh) di elettricità netta prodotto ed immesso nella rete elettrica pubblica da impianti
a fonte rinnovabile (ad esclusione degli impianti fotovoltaici per i quali, al momento, è stato
raggiunto il tetto massimo previsto per questo tipo di incentivo). L'incentivo è corrisposto per un
periodo più o meno lungo a seconda della tipologia dell’impianto (ad esempio 15-20 anni).
Lo Scambio sul posto
Gli impianti fino a 200 kW di potenza possono richiedere, in alternativa alla Tariffa
onnicomprensiva, il servizio di Scambio sul posto.
Il servizio di Scambio sul posto, secondo la definizione dell’AEEG (Autorità per l'energia elettrica e
il gas) “consiste nel realizzare una particolare forma di autoconsumo in sito, consentendo che
l'energia elettrica prodotta e immessa in rete possa essere prelevata e consumata in un momento
differente da quello nel quale avviene la produzione [...]". Da precisare che il bilancio non avviene
in termini di quantità numerica di kWh ma del suo valore economico. Prelevare o immettere
energia nelle ore di punta non equivale a prelevare o immettere energia nelle ore di scarso
consumo.
Il Ritiro dedicato
Il ritiro dedicato, secondo la definizione dell’AEEG “è una modalità semplificata a disposizione dei
produttori per la vendita dell’energia elettrica immessa in rete, in alternativa ai contratti bilaterali o
alla vendita diretta in borsa. Consiste nella cessione dell’energia elettrica immessa in rete al
5
Gestore dei Servizi Energetici (GSE), che provvede a remunerarla, corrispondendo al produttore
un prezzo per ogni kWh ritirato". Il prezzo di ritiro è un prezzo minimo garantito.
2.2
Impianti isolati dalla rete
Pur essendo piuttosto rare, esistono delle situazioni in cui è conveniente l’installazione di microcentrali alimentate da fonti rinnovabili senza collegamento alla rete di distribuzione, perché magari
questa non è neppure presente nell’area dell’utenza.
Nella maggior parte dei casi si tratta di utenze in località remote o poco servite dalle infrastrutture
elettriche. Ad esempio rifugi montani, fattorie, agriturismi, isole minori. La maggior parte dei piccoli
impianti che alimentano utenze isolate dalla rete è caratterizzata da potenze elettriche molto
basse. Spesso si tratta di impianti di potenza anche inferiore ai 6 kW.
In questa trattazione considereremo principalmente gli impianti connessi alla rete perché è la
tipologia più ricorrente e più adatta alle esigenze di una comune impresa.
2.3
Differenza tra potenza elettrica ed energia elettrica prodotta dall’impianto
Spesso si confonde la potenza massima di un impianto espressa in kW (chilowatt) con la
produzione dell’impianto stesso espressa in kWh (chilowattora). È importante comprendere la
differenza tra le due grandezze in quanto, ai fini del guadagno economico, è preferibile accrescere
la produzione rispetto alla potenza.
Facciamo un esempio pratico: supponiamo di avere due impianti fotovoltaici, uno da 100 kW di
potenza massima ed uno da 80 kW. Se l’impianto da 100 kW è progettato in modo che questa
potenza massima sia disponibile per poche ore al giorno (per la presenza, ad esempio, di elementi
che ombreggiano i pannelli fotovoltaici per gran parte della giornata) è molto probabile che
l’impianto da 80 kW produca molto di più se progettato perché questa potenza massima sia
disponibile un maggior numero di ore. Allo stesso modo non bisogna scegliere un impianto in base
alla potenza disponibile contrattualmente, con ragionamenti del tipo “ho 100 kW di allaccio quindi
installo un impianto a fonte rinnovabile da 100 kW”, ma è meglio un ragionamento di questo tipo “in
un anno consumo 1.000.000 di kWh e quindi installo un impianto a fonte rinnovabile che produca
in un anno 1.000.000 di kWh”.
2.4
Energia elettrica dal sole: gli impianti solari fotovoltaici
Gli impianti solari fotovoltaici sono impianti che convertono la luce del sole in energia elettrica. La
diffusione degli impianti fotovoltaici in Italia è stata tale da farla diventare uno dei Paesi al mondo
con maggior potenza installata, sia nel settore residenziale che in quello produttivo.
Ad oggi, vi sono in tutta Italia circa 508.000 impianti - e loro numero è in continuo aumento - per
una potenza complessiva di circa 17 milioni di kW. Tali impianti ricevono incentivi per un importo
annuo di oltre 6 miliardi di euro.
2.4.1 Caratteristiche principali
La luce del sole è convertita in corrente elettrica continua grazie alle proprietà del silicio, un
semiconduttore presente nei moduli fotovoltaici.
Senza addentrarci nel principio fisico del fenomeno, affinché un impianto possa fornire energia
elettrica utile all’azienda esso dovrà avere i seguenti componenti fondamentali:
6
•
•
•
•
•
Moduli fotovoltaici. Sono pannelli contenenti silicio, di forma generalmente rettangolare e
di pochi centimetri di spessore, che captano la luce del sole per convertirla in corrente
elettrica. I moduli sono collegati in serie a formare delle stringhe (come le batterie in una
torcia elettrica) e le serie, a loro volta, sono collegate tra di loro secondo un collegamento in
parallelo. La corrente elettrica che questa composizione serie-parallelo (campo
fotovoltaico) produce per effetto fotovoltaico è continua (CC), non ancora adatta ad essere
immediatamente impiegata dalle utenze in corrente alternata (CA).
Inverter. Sono dispositivi simili ad armadietti servono a convertire la corrente da continua
(CC) ad alternata (CA), adatta ad essere impiegata nelle utenze aziendali. Hanno anche la
funzione di ottimizzare il processo di conversione.
Strutture di supporto. In genere in alluminio o acciaio zincato, servono a fissare i moduli
ed evitare che cadano o vengano fatti volare via dal vento.
Dispositivi di protezione da guasti e dispositivi di manovra. Scaricatori di
sovratensioni, sezionatori ed interruttori automatici utili a proteggere l’impianto e l’uomo o a
sezionare l’impianto in caso di manutenzione e/o pulizia dei moduli. Questi sono alloggiati
in comuni quadri elettrici.
Contatori. Generalmente in numero pari a due servono a contabilizzare la quantità di
energia elettrica prodotta (contatore di produzione) e la quantità di energia immessa in rete
e prelevata dalla rete (bidirezionale).
Possono esservi componenti opzionali, quali dispositivi di misura e controllo in remoto che servono
principalmente a monitorare l’impianto a distanza.
Questa composizione base riguarda gli impianti cosiddetti fissi. Esistono impianti poco comuni
denominati ad inseguimento solare in cui le strutture di supporto sono dotate di meccanismi
(inseguitori solari) atti ad orientare i pannelli in direzione del sole.
Tra quelli elencati, gli elementi principali sono l’inverter (il dispositivo elettronico più delicato ma
fondamentale per gestire in maniera intelligente la conversione da corrente continua a corrente
alternata) e i moduli fotovoltaici di cui esistono diversi tipi e la cui scelta è fondamentale per
determinare le prestazioni e le caratteristiche di installazione. Quelli comunemente disponibili in
commercio sono:
• i moduli di silicio monocristallino;
• i moduli di silicio policristallino;
• i moduli a film sottile.
I moduli di silicio monocristallino e policristallino, detti anche di prima generazione, sono quelli
a più alta efficienza. Questo significa che riescono a fornire maggior potenza con minor superficie
di moduli. Hanno però il difetto che risentono delle temperature elevate tipiche dell’estate e che per
funzionare hanno bisogno della luce diretta del sole. Non sono adatti in installazioni in cui sono
presenti ombreggiamenti persistenti. I moduli monocristallini sono attualmente leggermente più
costosi di quelli policristallini ma sono anche leggermente più sensibili all'effetto temperatura.
La superficie occupata da 1 kWp (il chilowatt di picco è la potenza massima in condizioni ideali dei
pannelli fotovoltaici) di questi moduli è pari a circa 6-7 mq. Sono garantiti per non perdere
7
prestazioni nel tempo in maniera rilevante, generalmente non più del 25%, entro i 25 anni di
utilizzo.
I pannelli fotovoltaici in film sottile (realizzati con silicio amorfo), detti anche di seconda
generazione sono moduli dello spessore di pochi millimetri esteticamente abbastanza simili a
quelli mono e policristallini. Si trovano in commercio anche colorati e sono particolarmente indicati
per applicazioni architettoniche. I pannelli fotovoltaici in film sottile sono più economici (del 25-40%
circa), hanno una minor resa ed un più rapido degrado nel tempo. Esistono anche elementi di
materiale fotovoltaico flessibile, caratteristica che li rende ideali per tetti curvi dei capannoni. In
caso di ombre rendono in misura maggiore rispetto ai pannelli mono e policristallini e il degrado
delle prestazioni, nonostante sia più rilevante rispetto a quello dei moduli di prima generazione,
arriva comunque a non superare il 20% in 20 anni. La superficie occupata dai pannelli in film sottile
è di circa 15 mq/kWp.
Ultimamente si parla di pannelli fotovoltaici di terza generazione, costruiti con materiali organici e
quindi meno costosi, ma non ancora disponibili sul mercato.
Esistono anche gli impianti fotovoltaici a concentrazione solare. Questi sono dotati di specchi
concentratori o di speciali lenti che servono a concentrare i raggi solari su una superficie più ridotta
di modulo fotovoltaico.
Qualunque sia il tipo di pannello, per salvaguardarne l’efficienza è indispensabile la loro
periodica pulizia.
2.4.2 Caratteristiche d’installazione
L’aspetto più critico è il posizionamento dei moduli fotovoltaici. Questi possono essere installati:
• a terra con strutture metalliche a triangolo;
• su coperture piane con strutture metalliche a triangolo;
• su tetti a falde con profilati metallici fissati al tetto rispettando la stessa inclinazione della
falda in modo più o meno integrato col tetto;
• su pergole, tettoie e frangisole in cui i moduli fotovoltaici svolgono anche la funzione
principale prevista per tali elementi e ne fanno quindi parte integrale;
• su serre solari, in cui gli elementi trasparenti sono sostituiti dai moduli fotovoltaici.
In ogni caso una corretta installazione dovrà tener conto di:
• esposizione (angolo di azimut). Suddividendo virtualmente il cerchio dell’orizzonte in
semicerchio nord e semicerchio sud, è consentito l’orientamento dei moduli verso tutto il
semicerchio sud. La faccia captante del modulo fotovoltaico dovrà essere orientato più a
sud possibile. E’ sconsigliata l’installazione verso nord perché la resa sarebbe
significativamente inferiore.
• inclinazione (angolo di tilt). Alle nostre latitudini l’angolo di inclinazione ideale del modulo
fotovoltaico è di 30° rispetto al piano orizzontale. Anche angoli inferiori sono idonei ma non
meno di 10° poiché al di sotto di tale angolo non si ha l’effetto autopulente dell’acqua che
cola su un piano inclinato e sarà necessaria una pulizia più frequente.
8
•
•
area disponibile. Per avere una discreta potenza complessiva sono necessarie ampie aree.
Quindi si deve calcolare lo spazio a disposizione escludendo quelle aree ombreggiate da
comignoli, antenne, alberi e ostacoli la cui ombra varia nel corso dell’intero anno. Questi
elementi, se ombreggiano anche una piccola porzione dei moduli, provocano delle perdite
di produzione anche notevoli sull’intera stringa di pannelli. Il tecnico incaricato del progetto
sarà in grado di stimare la perdita di produzione e valutare l’opportunità o meno di installare
i moduli. Se si installano i moduli sulla falda del tetto si avrà bisogno di circa 6-7 mq per
ogni kWp. Se si installano a terra o su copertura piana lo spazio dovrà essere doppio
perché bisognerà tener conto dell’ombra che la fila che precede proietta su quella
immediatamente successiva. Anche questa è variabile durante l’anno e la situazione
peggiore si presenterà a fine dicembre, quando il sole è al punto più basso sull’orizzonte.
Lo spazio a disposizione determinerà la scelta della tipologia di modulo.
vincoli paesaggistici. Le procedure autorizzative sono semplificate per una vasta tipologia di
impianti a fonti rinnovabili. Potrebbero però esservi nell’area alcuni vincoli di natura
paesaggistica, storici e culturali che potrebbero determinare il diniego o un’autorizzazione
subordinata ad una modalità di installazione compatibile con la struttura edilizia
(integrazione architettonica) e quindi esteticamente gradevole.
La tabella seguente mostra, a titolo di esempio, le potenze disponibili e relative misure disponibili
per comuni moduli fotovoltaici policristallini.
Potenza
modulo
Misure
LxWxh
Potenza
modulo
Misure
LxWxh
Potenza
modulo
Misure
LxWxh
180 Wp
185 Wp
190 Wp
195 Wp
1347x998x35
1347x998x35
1347x998x35
1347x998x35
220 Wp
225 Wp
230 Wp
235 Wp
240 Wp
245 Wp
1663x998x35
1663x998x35
1663x998x35
1663x998x35
1663x998x35
1663x998x35
270 Wp
275 Wp
280 Wp
285 Wp
290 Wp
1979x998x35
1979x998x35
1979x998x35
1979x998x35
1979x998x35
Come si può notare, per avere 19,80 kWp usando moduli tutti uguali della potenza di 220 Wp
ciascuno, dovremo usarne 90. L’area occupata su un tetto a falda sarebbe di circa 150 mq. Su una
copertura piana o a terra occorrerebbe circa il doppio dello spazio.
2.4.3 Vantaggi e svantaggi
Riassumiamo brevemente i punti di forza e gli aspetti critici di questi impianti.
Vantaggi
• disponibilità della fonte (il sole) gratuita;
• manutenzione ridotta al minimo per assenza di parti in movimento;
• possibilità di ampliamento futuro abbastanza semplice;
• studio di fattibilità semplice;
• completamente autonomo.
9
Svantaggi
• fonte non sempre disponibile di giorno e completamente assente la notte;
• richiesta disponibilità di ampie aree a terra o sui tetti;
• pulizia dei moduli fotovoltaici necessaria.
2.4.4
I costi
Abbiamo assistito negli ultimi anni ad un costante calo dei prezzi. Nel 2005 un impianto
fotovoltaico poteva costare, senza IVA, anche 7.000 euro per ogni kW installato mentre oggi siamo
sull’ordine dei 2.000 euro. Ovviamente, il costo finale dipenderà dal contesto in cui si va ad
installare l’impianto e dalla qualità e dalla tipologia dei materiali scelti.
2.5
Energia elettrica dal vento: gli impianti eolici
L’idea di sfruttare la forza del vento, risorsa disponibile ovunque nel pianeta e i cui effetti sono
talvolta devastanti, è molto antica. Ne sono testimonianza i mulini a vento utilizzati per la macina
del grano e per il sollevamento dell’acqua nei pozzi. Un tempo venivano impiegati per ottenere
solo energia meccanica, oggi soprattutto per produrre energia elettrica. Oggi non si utilizza più il
termine di mulini a vento ma quello di aerogeneratori.
Ve ne sono di imponenti, spesso contestati a causa dell’impatto visivo a molti non gradito. Quelli di
piccola taglia hanno un impatto limitato ed a questi è volto il nostro interesse.
2.5.1 Caratteristiche
Il principio di funzionamento degli aerogeneratori è del tutto assimilabile a quello che consente agli
aerei di sollevarsi in volo. Nelle pale dell’aerogeneratore si genera infatti, a causa dell’aria che le
colpisce, una spinta che consente di ruotare al rotore sul quale le pale sono montate. Il rotore è
quindi accoppiato a un generatore elettrico tramite un sistema di ingranaggi e di assi che
trasmettono il moto.
Negli anni sono state affinate diverse soluzioni tecniche, talvolta stravaganti, con l’intento di
migliorare sia l’affidabilità meccanica che la resa a seconda dei particolari regimi ventosi. Per le
piccole macchine, in particolari contesti urbani, è stata curato anche il design. Nella mega-centrali,
frutto di ingenti investimenti, sono presenti macchine imponenti, anche di 60 metri d’altezza.
A seconda della potenza della macchina si parla di:
• micro-eolico (fino a 20 kW di potenza);
• mini-eolico (potenza compresa tra 20 kW e 200 kW);
• eolico (oltre i 200 kW di potenza).
Per quanto riguarda le tipologie meccaniche, le più comuni sono:
• ad asse orizzontale (le più comuni hanno l’aspetto di un’elica montata su un pilone di
sostegno);
• ad asse verticale Savonius (aerogeneratori che hanno due o più coppe che, spinte dal
vento, fanno ruotare l’albero verticale sulle quali sono calettate);
• ad asse verticale Darreius (aerogeneratori in cui due o più profili alari sono montati lungo il
pilone di sostegno).
10
La differenza sostanziale tra le macchine ad asse orizzontale e quelle ad asse verticale è che nel
primo caso il rotore deve essere orientato in direzione perpendicolare a quella del vento mentre nel
secondo il funzionamento della macchina è indifferente alla direzione del vento.
Qualunque sia la tipologia meccanica, un generatore eolico è principalmente costituito da:
• Rotore con una o più pale. L’elemento che ruota grazie alla spinta esercitata dal vento.
Esistono diversi tipi di rotore a seconda della conformazione e della modalità di montaggio
delle pale.
• Generatore elettrico. L’elemento che consente di produrre energia elettrica dal movimento
rotatorio del rotore. Un tempo era un componente che vincolava fortemente la meccanica
dell’aerogeneratore per le sue caratteristiche di funzionamento. Oggi, con l’avvento
dell’elettronica, nei generatori elettrici esiste una libertà pressoché totale.
• Albero e ingranaggi per la trasmissione del moto. Determinano la trasmissione del moto
dal rotore al generatore in maniera diretta o indiretta, con un fattore di moltiplicazione che
dipende dal tipo di generatore.
• Sistema di controllo. L’insieme di componenti che assicurano il funzionamento ottimale
dell’aerogeneratore e assicurano che in situazioni pericolose (come il vento eccessivo) sia
attivata la corretta azione di messa in sicurezza.
• Sistema di frenatura. Consente, in caso di venti molto forti, di mettere in sicurezza le pale
dell’aerogeneratore. Gli aerogeneratori per ragioni di sicurezza, possono funzionare solo in
un determinato intervallo di velocità del vento.
• Sistemi di orientamento. Consentono di orientare il rotore in direzione del vento in modo
da ottenere la maggior potenza possibile.
Esaminiamo ora perché si installano aerogeneratori sempre più imponenti ed in numero ridotto
invece che tanti di piccola taglia. La risposta sta in una semplice formula:
Pinc = ½ x A x d x v3
Dove Pinc è la potenza incidente sulle pale di un rotore, A è l’area del cerchio di rotazione delle
pale, d la densità dell’aria e v la velocità del vento.
Ricordando la formula dell’area A = π x r2, dove r è il raggio del cerchio di rotazione, è evidente
che, se raddoppiamo il raggio del rotore, la potenza Pinc è più che raddoppiata perché nella
formula il raggio è al quadrato! Quindi conviene costruire grandi macchine in modo da avere molta
più potenza per singola macchina. Ma le grandi macchine non piacciono a tutti e per rendere
convenienti anche le macchine più piccole, meno impattanti visivamente, sono stati istituiti appositi
incentivi per l’energia prodotta e ceduta alla rete.
2.5.2 Caratteristiche d'installazione
Non consideriamo gli aerogeneratori di piccolissima taglia (qualche kW) perché producono
davvero molto poco e sono più adatti ad un’utenza domestica. Possono essere installati anche sui
tetti ma non sono in grado di fornire potenze utili ad un’azienda.
Consideriamo aerogeneratori che partono da qualche decina di kW fino a 60 kW e a 200 kW. I
comuni imprenditori possono installare singoli aerogeneratori fino a 60 kW di potenza senza dover
11
intraprendere un iter autorizzativo complesso e costoso chiamato Autorizzazione Unica. Oltre i 60
kW esiste una deroga solo per gli imprenditori agricoli, i quali possono installare un singolo
aerogeneratore fino alla potenza di 200 kW senza dover ricorrere all’Autorizzazione Unica.
Gli aspetti più critici riguardano il posizionamento degli aerogeneratori. È necessario studiare l’area
in cui si vuole installare l’aerogeneratore. Si parte, in genere da un atlante eolico (disponibile
anche su internet) che raccoglie le caratteristiche di ventosità di molte località italiane. L’atlante è
utile per capire se la zona di nostro interesse ha caratteristiche di ventosità interessanti nell’arco
dell’anno. Questo però non è sufficiente perché la ventosità dipende fortemente anche dalle
caratteristiche orografiche locali (ad esempio: presenza di barriere e di canalizzazioni d’aria).
Occorre quindi effettuare un’indagine locale definita micrositing. Esistono a tale scopo anche
“indicatori naturali” come gli alberi piegati che rivelano la presenza di un vento forte e dominante
come, ad esempio, il maestrale in Sardegna. È comunque imprescindibile un piccolo studio delle
caratteristiche di ventosità con l’apposito anemometro. Per le grosse macchine si attuano
campagne di misurazione che durano anche più anni e che risultano molto dispendiose. Per le
macchine della taglia di nostro interesse i capitali in gioco sono di gran lunga inferiori ed è
ammesso un periodo di rilevazione di durata inferiore, anche di qualche mese.
Regola importante: mai fidarsi di chi suggerisce l’installazione di aerogeneratori senza uno
studio preliminare.
Nella formula vista prima (Pinc = ½ x A x d x v3) la velocità del vento è indicate con la lettera v ed
è al cubo: ciò significa che se la velocità del vento raddoppia, la potenza disponibile aumenta con
fattore otto. Inversamente, se si installa l’aerogeneratore con un ostacolo di qualsiasi natura che
impedisca al vento di arrivare indisturbato alle pale, si ha una notevole minor produzione di energia
con perdita del tornaconto!
Sebbene le macchine di ultima generazione siano molto silenziose bisogna ricordare che gli
aerogeneratori non sono dei dispositivi immobili come i pannelli solari. Prima di installarle nei siti
dove, per motivi vari, è richiesto silenzio è indispensabile tenere presente il livello di rumorosità
riportato nella scheda tecnica della macchina.
L’aerogeneratore dovrà essere posizionato in un punto ventoso e spesso i siti più favorevoli sono
sulle cime dei colli o sui crinali. Se il punto è distante dall’utenza potrebbe essere necessario
effettuare opere di collegamento molto onerose che, verosimilmente, vanificherebbero
l’investimento. In tali casi è scontato che si debba procedere a un calcolo di convenienza.
Se nell’area interessata esistono vincoli di natura paesaggistica, storica e culturale si potrebbe
avere il diniego dalle autorità preposte o un iter autorizzativo più complesso.
Vantaggi
• disponibilità della fonte (il vento) gratuita anche la notte;
• automazione spinta (non è necessario il controllo dell’impianto).
12
Svantaggi
• fonte non sempre disponibile;
• richiesta manutenzione per presenza di parti in movimento;
• impatto visivo non sempre gradito;
• rumorosità (seppur limitata nelle macchine moderne).
2.5.4 I costi
Sono tanti i fattori che concorrono alla formulazione del costo di un impianto eolico e della sua
producibilità. Essi vanno dalla tipologia della macchina, del generatore, dell’altezza del mozzo
(albero sul quale è calettato il rotore), del diametro del rotore, dell’accessibilità del sito, delle
fondazioni necessarie, delle caratteristiche del regime ventoso che non si basano solo sulla
velocità media annua del vento. Qui di seguito riportiamo uno specchietto puramente
esemplificativo per classiche macchine ad asse orizzontale e per una velocità media annua del
vento piuttosto elevata per la Sardegna.
Potenza turbina
Velocità media annua vento
Produzione
Costo
(kW)
(m/s)
(kWh)
(Euro)
30
5,5
40.000
70.000
60
5,5
120.000
200.000
200
5,5
500.300
400.000
Come si può notare il costo e la producibilità non crescono in maniera proporzionale. Nel caso dei
costi vi è un’economia di scala: più è grande l’aerogeneratore meno costa in proporzione. Nel caso
della produzione si ha un aumento di producibilità di tipo esponenziale che, come già detto, rende
immediatamente intuibile il perché delle grosse macchine.
2.6
Energia elettrica dall’acqua: il micro ed il mini-idroelettrico
Quando si parla di energia idroelettrica vengono in mente le grandi dighe costruite per contenere
enormi volumi d’acqua da impiegare per produrre energia elettrica nelle turbine idrauliche. Si
costruiscono sempre meno dighe perché l’impatto floro-faunistico è importante e spesso hanno
determinato degli sconvolgimenti ambientali con alterazione del microclima.
Il micro ed il mini-idroelettrico, invece, sono caratterizzati da un limitato impatto ambientale, dal
momento che l'impianto non comporta normalmente modifiche all'utilizzo prevalente del corso
d'acqua.
Gli impianti idroelettrici sfruttano l’energia cinetica dell’acqua per produrre energia elettrica grazie
ad una turbina idraulica collegata ad un generatore. Il principio di funzionamento è simile a quello
degli aerogeneratori. In questo caso il fluido è acqua invece che aria.
Esistono due tipologie di impianti:
• ad acqua fluente (in fiumi, torrenti, canali);
• in acquedotti o altri tipi di sistemi idraulici.
Gli impianti idroelettrici di nostro interesse si possono suddividere in:
• micro-idroelettrico, di potenza elettrica non superiore ai 100 kW
• mini-idroelettrico, di potenza elettrica tra 100 kW ed 1MW.
13
Gli impianti di taglia inferiore ai 5 kW rientrano nei micro-idroelettrici ma vengono definiti picoidroelettrici e sono troppo piccoli per una normale azienda.
In generale, rispetto agli impianti fotovoltaici ed eolici, gli impianti microidroelettrici sono più adatti
al funzionamento in isola, perché se il corso d’acqua non risente di periodi di secca conseguenti
ad una forte stagionalità hanno un funzionamento continuo e non necessitano di batterie
d’accumulo.
2.6.2 Requisiti per l'installazione
Per gli impianti micro e mini-idroelettrici sono necessari:
• un dislivello tra il punto più alto e quello più basso del corso d’acqua (anche di pochi metri)
• una quantità d'acqua fluente pressoché costante (non condizionata troppo dalle differenze
di stagione) e un po’ più abbondante nel caso di mini-idroelettrico.
Il salto e la quantità d’acqua fluente sono le grandezze che determineranno la scelta del tipo e
della potenza della turbina idraulica tra le tante tipologie esistenti.
Vantaggi
Possiamo riassumere i più importanti vantaggi e svantaggi degli impianti micro e mini-idraulici nei
seguenti punti:
• disponibilità della fonte (l'acqua) gratuita anche la notte;
• adatti al funzionamento “in isola” ove ve ne sia la necessità.
Svantaggi
• richiesta manutenzione per presenza di parti in movimento;
• richieste, in genere, opere civili;
• fonte non disponibile ovunque;
• modifiche, seppur limitate, dell’ambiente.
2.6.4 I costi
È molto difficile indicare un costo di investimento medio per kW installato, perché ogni impianto è
fortemente caratterizzato dal sito in cui si installa.
Alcune grandezze che determinano il costo finale sono:
• le opere civili (canali di presa, opere di sbarramento, ecc.) che spesso incidono per il 50%;
• natura e conformazione del terreno e del corso d'acqua.
Come per l’eolico, anche per il micro idroelettrico valgono le economie di scala, cioè i costi per kW
installato diminuiscono all'aumentare della taglia. Indicativamente il costo per il micro-idroelettrico
è di 1.500-3.000 €/kW installato.
2.7
Un mix: gli impianti ibridi
Quando in un sito vi è abbondanza di più di una fonte rinnovabile potrebbe essere molto
interessante avvalersi di più tipologie di impianto. Più impianti a fonti rinnovabili collegati allo
stesso punto di connessione costituiscono un impianto ibrido. I vantaggi sono intuitivi in quanto
ciascun impianto compensa gli svantaggi dell’altro, soprattutto in termini di disponibilità della fonte
14
rinnovabile. Potrebbe verificarsi, ad esempio, una giornata nuvolosa ma ventosa e quindi avere
l’impianto fotovoltaico non in produzione mentre lo sarebbe quello eolico.
Se lo scopo è la massima autonomia energetica, gli impianti ibridi costituiscono un’ottima
soluzione. Sono particolarmente indicati per il funzionamento “in isola” in quanto garantiscono più
affidabilità nella ricarica delle batterie.
3
LE RINNOVABILI TERMICHE
Per rinnovabili termiche si intendono le fonti rinnovabili, con relative tecnologie di sfruttamento,
che vengono utilizzate per produrre calore utile nei più disparati impieghi dell’uomo. Mentre quella
elettrica è una forma pregiata di energia ed anche costosa (produrla è più costoso), il calore è
considerato la forma più degradata di energia. Questo significa che è sempre meglio evitare di
produrre calore utilizzando energia elettrica ,come accade ad esempio con gli scaldabagni elettrici,
ma quanto più possibile recuperandolo da altri processi (recupero di calore), utilizzando
combustibili con caldaie ad alta efficienza e fonti rinnovabili come il sole o il calore già esistente
nell’aria, nel suolo e nell’acqua.
3.1
Gli impianti solari termici
Gli impianti solari termici consentono di trasformare l'energia irradiata dal sole in energia termica
che, sotto forma di calore servirà quando è necessario scaldare acqua o aria. Ad esempio:
•
•
•
•
produzione di acqua calda sanitaria;
riscaldamento degli ambienti;
riscaldamento delle piscine;
nei processi industriali.
Esistono anche rare applicazioni in cui si utilizza il calore del sole in circuiti di raffrescamento (solar
cooling).
Gli impianti solari termici si diffusero già negli anni settanta e ottanta, ma spesso ebbero durata
breve a causa dell’impiego di materiali non idonei e del loro errato accoppiamento. Si creavano
infatti correnti galvaniche responsabili di processi di ossidazione. Oggi la tecnologia è matura e
affidabile e gli impianti di buona qualità e ben progettati hanno una vita media di oltre 20 anni e
tempi di ritorno dell'investimento tra i più brevi in assoluto.
In linea di principio un circuito solare termico è costituito da:
•
Pannelli solari termici. Di forma generalmente rettangolare servono ad “intrappolare” i raggi
del sole. All’interno del pannello circola un fluido (fluido tecnico) che funziona da vettore
energetico. Questo serve per prelevare il calore dal pannello e trasportarlo in un altro punto
dell’impianto come, ad esempio, un serbatoio di accumulo dell’acqua da scaldare. All’interno di
tale serbatoio il fluido cede, tramite una serpentina di scambio termico, il proprio calore
all’acqua. Per comprenderne il funzionamento si può immaginare quello che succede, in una
giornata di sole, all’interno di una serra. Acqua o aria che entrano a temperatura ambiente ne
usciranno a temperatura più elevata perché hanno acquisito calore all’interno della serra.
15
•
•
•
•
Circolatore (impianti a fluido) o ventola (impianti ad aria). Il circolatore è una pompa che
consente al fluido tecnico di circolare all’interno del circuito solare. Nel caso di impianto per il
riscaldamento dell'aria il circolatore è una semplice ventola. Esistono impianti cosiddetti a
circolazione naturale in cui il circolatore non è presente ma vengono sfruttati i cosiddetti
movimenti convettivi. Questi sono impiegati principalmente negli impianti domestici di piccola
taglia e presentano l’inconveniente di avere un serbatoio collocato in cima al pannello. Oltre ad
essere antiestetici nei contesti urbani, nel periodo invernale hanno lo svantaggio, per quanto
ben coibentati, di disperdere maggior quantità di calore verso l’ambiente esterno.
Strutture di supporto. In genere in alluminio o acciaio zincato, servono a fissare i collettori ed
evitare che cadano o vengano fatti volare via dal vento.
Serbatoio di accumulo dell'acqua. In genere è un serbatoio dentro il quale è immersa una
serpentina tramite la quale il fluido tecnico proveniente dai collettori solari cede il proprio calore
all'acqua da riscaldare.
Centralina. È il dispositivo che regola le temperature e comanda l'accensione del circolatore
nel caso in cui vi sia sufficiente irraggiamento solare e la temperatura richiesta all'interno del
serbatoio non sia stata ancora raggiunta, oppure lo spegnimento nel caso in cui la temperatura
all’interno del serbatoio sia troppo alta.
In definitiva:
•
•
nel caso di impianti per il riscaldamento dell'acqua, un fluido tecnico, generalmente acqua
glicolata, si riscalderà dentro il/i collettore/i e cederà il proprio calore all’acqua di utilizzo
quando giungerà nell’accumulatore. Il dispositivo che fa circolare il fluido è una pompa o un
circolatore.
nel caso di impianti per il riscaldamento dell'aria, il fluido tecnico è l’aria stessa che viene
riscaldata all’interno del collettore e poi usata direttamente nell’ambiente da riscaldare. Il
circolatore è, in questo caso, una semplice ventola.
Pur mantenendo il principio base di funzionamento, esistono numerose configurazioni
impiantistiche, ognuna adatta a situazione o uso differente. Anche i collettori si sono differenziati
per adattarsi ai diversi impieghi. Ne esistono diversi tipi e possono essere raggruppati nelle
seguenti tipologie a seconda del loro campo di impiego:
•
•
•
•
collettori in materiale plastico per applicazioni in cui è richiesta acqua calda a
temperatura inferiore ai 35 °C in applicazioni stagionali tipo piscine all’aperto;
collettori piani per applicazioni in cui è richiesta acqua calda a temperatura compresa
tra i 40 ed i 60 °C (ad esempio acqua sanitaria);
collettori a tubi sotto vuoto per temperature tra i 60 °C e gli 80 °C (ad esempio acqua
di processo);
collettori ad aria per riscaldamento ambienti, essiccamento di prodotti animali o
vegetali.
Sono di particolare interesse, in questa trattazione, le applicazioni nel settore produttivo
(industriale e agricolo).
16
Nel settore industriale:
• riscaldamento dell’acqua a bassa temperatura per processi generici;
• produzione di birra e malto;
• produzione lattiero-casearia;
• conservazione di prodotti agro-alimentari;
• lavaggio bottiglie a 60°C;
• pastorizzazione di prodotti alimentari a 70°C;
• maturazione yogurt a 40°C;
• lavaggio attrezzature a 80°C;
• lavorazione tessuti e concia del cuoio;
• lavorazione del tabacco e del sughero;
• produzione di carta;
• essiccamento del legname.
Nel settore agricolo:
• essiccatori solari per particolari prodotti agricoli;
• riscaldamento solare di serre.
L’uso dell’energia solare è molto indicato soprattutto per essiccatori a bassa temperatura, che
utilizzano aria leggermente riscaldata come sorgente di energia. L’uso di aria preriscaldata
aumenta considerevolmente il tasso di essiccazione.
Vantaggi
• disponibilità della fonte (il sole) gratuita;
• quasi totale assenza di parti in movimento (a parte i circolatori e le valvole automatiche);
• modularità (possibilità di ampliamento);
• automazione spinta.
Svantaggi
• fonte non sempre disponibile, assente nelle ore buie e giornate nuvolose;
• richiesta manutenzione ordinaria e straordinaria (ad esempio: circolatori, valvolame);
• necessità di ampie superfici a terra o sui tetti;
• necessità di accorgimenti contro il pericolo del batterio della legionella.
3.1.3 I costi ed il risparmio
Riportiamo di seguito il metodo semplificato di risparmio annuo di energia in fonte primaria
ottenibile con l’installazione di pannelli solari proposto dall'ENEA. La presente procedura
semplificata è derivata dalla metodologia adottata dall'AEEG per l'applicazione dei decreti
ministeriali per l'efficienza energetica del 20 luglio 2004.
17
Si individua la fascia solare di appartenenza della propria provincia dalla seguente tabella:
Il risparmio specifico lordo RSL (espresso in kWh) può essere desunto dalla seguente tabella a
tripla entrata, in funzione della fascia solare, del tipo di collettore installato (se piano o sotto vuoto)
e dell’impianto di produzione termica sostituito (se boiler elettrico oppure a gas o gasolio):
Nota l’area S dei pannelli, il risparmio lordo specifico per m2 di pannello solare fornisce il risparmio
lordo totale RL:
RL = RSL ⋅ S [kWh/anno]
Tale metodo è basato sull'impiego di pannelli che abbiano un rendimento minimo garantito. In
realtà, per gli impianti di una certa rilevanza è necessario l'impiego di adatti software che siano in
grado di simulare la reale configurazione dell'impianto, con risultati più precisi anche in base
all’impiego dell’impianto stesso.
Supponiamo di voler installare a Cagliari un impianto solare termico con un’area complessiva lorda
dei collettori (piani) pari a 50 mq ad integrazione di un impianto di un residence con caldaia a
gasolio.
18
Dalla prima tabella risulta che Cagliari è in fascia solare 3. Entriamo, quindi, nella seconda tabella
con tale dato. Risulta che avremo un risparmio specifico pari a 1047 kWh per m2 di collettori
installato. Moltiplicando il risparmio specifico per l’area totale dei collettori si ottiene un totale di
52.350 kWh termici risparmiati, equivalente al consumo di circa 1475 litri di gasolio (circa 2000
euro, considerando il costo del gasolio da riscaldamento).
Il costo di un impianto di siffatte dimensioni si aggira intorno ai 400 euro/mq per un totale di circa
20.000 euro. Come si vedrà più avanti, l’investimento è reso appetibile dalle forme di
incentivazione esistenti.
3.2
Calore dall’aria, dall’acqua e dal suolo: le pompe di calore
La pompa di calore, tecnologia comunemente nota quando si parla di riscaldamento degli
ambienti, è stata ricompresa tra le tecnologie che sfruttano le fonti rinnovabili in quanto sfrutta, a
seconda del caso, l’energia termica presente nell’aria, nell’acqua e nel suolo. Più precisamente è
una macchina in grado di “pompare calore” da una sorgente a temperatura più bassa ad una a
temperatura più alta e viceversa con l’ausilio di un compressore.
Nel condizionamento dell’aria, ad esempio, si ha:
• apporto del calore in un locale di un edificio (riscaldamento) prelevandolo dall’esterno;
• estrazione del calore da un locale di un edificio (raffrescamento) riversandolo verso
l’esterno.
Questo trasferimento avviene però utilizzando altre differenti forme di energia tra cui, più
comunemente, quella elettrica. Questa è necessaria ad azionare un compressore. Il sistema
avviene ad alta efficienza in quanto per più del 70% si impiega il calore già contenuto nella
sorgente esterna mentre per meno del 30% si ha consumo di energia elettrica.
Le applicazioni più comuni sono:
•
•
•
•
riscaldamento e raffrescamento degli ambienti (con immissione diretta di aria calda o fresca
oppure col riscaldamento o raffrescamento dell’acqua che circolerà nei terminali di
erogazione o sottrazione del calore);
riscaldamento e raffrescamento acqua sanitaria;
riscaldamento piscine;
riscaldamento o raffreddamento acqua nei processi industriali.
Tipi comuni di macchine di questo tipo sono:
•
•
•
•
refrigeratori;
condizionatori d'aria;
pompa di calore a compressione di gas;
pompa di calore a scambio geotermico.
Riferendoci alle comuni pompe di calore impiegate nel condizionamento dell'aria, i componenti
fondamentali sono:
19
•
•
•
•
evaporatore. Il fluido refrigerante sottrae calore all'ambiente esterno quando funziona in
modalità pompa di calore o al fluido dell'ambiente interno da climatizzare quando funziona
in modalità refrigeratore;
compressore. Il fluido refrigerante riceve un apporto di energia sotto forma di pressione e
temperatura ed è l’elemento che richiede energia elettrica per funzionare;
condensatore. Il fluido refrigerante subisce un cambiamento di stato cedendo il suo calore
al fluido dell'ambiente esterno quando funziona in modalità refrigeratore o al fluido
dell'ambiente da climatizzare quando funziona in modalità pompa di calore;
organo di laminazione.
Senza addentrarci sul meccanismo di funzionamento vero e proprio ci concentriamo sulle cose più
importanti da sapere e che consentono di puntare sulle macchine più efficienti. L’elemento
fondamentale da conoscere è la prestazione della macchina che viene individuata da due
grandezze: COP ed EER.
La resa in riscaldamento è espressa dal coefficiente di prestazione, COP, rapporto tra energia resa
ed energia elettrica consumata. Un valore del COP pari a 3 indica che per ogni kWh di energia
elettrica consumato, la pompa di calore fornisce calore pari a 3 kWh. Per capire meglio
l'efficienza delle pompe di calore possiamo fare un raffronto con una stufa elettrica.
La classica stufa elettrica ha un COP teorico pari a 1. Ciò significa che 1 kWh di energia elettrica
consumato dalla stufa origina 1 kWh di calore. La pompa di calore invece origina almeno tre volte
tanto di energia termica semplicemente spostando il calore da un luogo freddo ad uno caldo.
La prestazione di una pompa di calore in raffreddamento è quantificata dall'EER (energy efficiency
ratio). Il costruttore dichiara quindi sia il COP, sia l'EER.
Le pompe di calore commerciali sono in rapido sviluppo: il COP è cresciuto negli ultimi 5 anni da 3
a 4 e, in alcuni casi, a 5 e anche a 6. Questo è il motivo della loro grande diffusione.
Attenzione però: quando si considera il COP è necessario verificare a quale intervallo di
temperatura tale COP si riferisce. Esso è variabile con la temperatura esterna. Per comprendere
meglio le prestazioni delle pompe di calore sono quindi necessari altri due indici, il SEER e lo
SCOP che considerano la variazione stagionale della temperatura esterna e consentono di
valutare in maniera più realistica le prestazioni delle macchine nell’arco di tutto l’anno.
Esistono anche le pompe di calore che sfruttano il calore del suolo anziché quello dell'aria. Queste
hanno il vantaggio di lavorare con una sorgente di calore piuttosto costante durante l'anno. Il
calore viene pompato dal suolo (a profondità relativamente basse) tramite delle sonde a contatto
intimo col terreno o con l'acqua in esso contenuta. L'efficienza è maggiore di quella della pompa di
calore che sfrutta l'aria ma, per contro, la sua installazione è più difficoltosa e costosa. Laddove
esistano i requisiti di costituzione idonea del suolo, le pompe di calore geotermiche sono
particolarmente indicate nel caso di edifici di nuova costruzione.
20
Vantaggi
•
•
•
•
disponibilità della fonte (calore dell'aria, dell'acqua e del suolo) gratuita;
necessità di spazio limitato per le unità esterne;
flessibilità di installazione delle unità interne di distribuzione del calore;
possibile il funzionamento continuo, quindi anche la notte.
•
•
•
utilizzo di energia elettrica per i compressori;
richiesta manutenzione (ed esempio: compressori e pulizia filtri) ;
rumorosità (anche se limitata nelle macchine moderne).
Svantaggi
3.3
La biomassa per la produzione di calore e di energia elettrica
La Direttiva Europea 2009/28/CE definisce biomassa "la frazione biodegradabile dei prodotti, rifiuti
e residui di origine biologica provenienti dall’agricoltura (comprendente sostanze vegetali e
animali), dalla silvicoltura e dalle industrie connesse, comprese la pesca e l’acquacoltura, nonché
la parte biodegradabile dei rifiuti industriali e urbani".
La biomassa può derivare sia da uno scarto di lavorazione sia da una produzione dedicata,
principalmente mediante coltivazione. Nel secondo caso possono insorgere problematiche di
natura etica, perché alcuni prodotti vegetali (ad esempio il mais) sono alimenti per l’uomo.
Le biomasse si possono classificare in:
• legna da ardere, come il cippato o il pellet;
• biomasse da residui agricoli, tra cui materiale vegetale prodotto dal trattamento
meccanico di coltivazioni agricole non dedicate, da interventi silvi culturali, da
manutenzione forestale, da potatura e dalla lavorazione di prodotti agricoli come paglie,
pule, sanse, stocchi, vinacce, noccioli, lolla di riso;
• biomasse da materiale organico, come reflui zootecnici (residui dell’allevamento e delle
lavorazioni animali, sterco e liquami di animali come vacche, maiali, galline), fanghi di
depurazione, frazione organica dei rifiuti urbani e residui delle attività agro-industriali.
Parte di queste biomasse, come la legna, può essere utilizzata direttamente tramite combustione
diretta in impianti.
Più interessanti le applicazioni che prevedono la lavorazione delle biomasse al fine di ottenere due
combustibili gassosi:
•
il biogas, ottenuto dalla digestione anaerobica delle biomasse;
•
il syngas, ottenuto da biomasse ligneo-cellulosiche.
Il biogas e il syngas possono essere utilizzati come combustibile per:
•
produzione di acqua calda tramite una caldaia;
21
•
produzione combinata di calore ed energia elettrica in cogenerazione.
Si possono alimentare caldaie a gas accoppiate a turbine per la produzione di energia elettrica o in
centrali a ciclo combinato o motori a combustione interna.
Le differenze ed i vantaggi nell’utilizzo della gassificazione rispetto alla combustione diretta
risiedono principalmente nel fatto che la taglia dell'impianto può essere molto più piccola (dai 50
kWe a 1 MWe contro i 4-5 MWe) con costi nettamente inferiori (dai 300.000 a 4.000.000 di euro
contro un minimo di 5.000.000 di euro per gli impianti a combustione diretta) e che le efficienze
sono più elevate (tra il 30 e il 40% contro il 15% degli impianti a combustione diretta). Inoltre
impianti più piccoli hanno iter autorizzativi più snelli. L'unico vantaggio degli impianti a combustione
diretta è che producono rifiuti con possibilità di riutilizzo, mentre gli impianti a biomassa gassificata
producono rifiuti da smaltire.
3.3.2 Requisiti per l'installazione
A differenza dei grossi impianti speculativi riteniamo che l'investimento ideale debba avere i
seguenti requisiti:
•
disponibilità della biomassa possibilmente in loco e di propria produzione. È così possibile
abbattere i costi di trasporto e inoltre l’utilizzo di biomassa proveniente da scarti delle
produzioni principali potrebbe trasformare un potenziale costo di smaltimento in opportunità
di guadagno;
•
funzionamento in regime di cogenerazione ovvero per la produzione sia di energia elettrica
che di calore.
Consideriamo qui gli impianti di piccola taglia.
Vantaggi
I vantaggi di tale tecnologia sono:
•
costo relativamente basso, quando non gratuito, della biomassa. In certi casi viene evitato
un costo di smaltimento che tale biomassa avrebbe procurato, in quando rifiuto di
lavorazioni primarie;
•
contributo trascurabile alle emissioni di ossidi di zolfo, riducendo così le emissioni globali di
SOx e conseguentemente il fenomeno delle piogge acide;
•
funzionamento abbastanza costante con ciclo ben programmato.
Svantaggi
I principali punti di debolezza di tale tecnologia sono:
•
difficoltà tecniche degli impianti;
22
•
•
•
4
necessità di controlli e verifiche delle biomasse e del corretto funzionamento;
logistica e stoccaggio delle biomasse;
necessità di smaltimento dei residui.
LE AUTORIZZAZIONI
La D.G.R. n. 27/16 del 1 giugno 2011 avente ad oggetto “Linee guida attuative del Decreto del
Ministero per lo Sviluppo Economico del 10 settembre 2010” definisce le linee guida per
l'autorizzazione degli impianti alimentati da fonti rinnovabili ed apporta delle modifiche alla
deliberazione n. 25/40 del 1 luglio 2010.
Riportiamo un quadro sinottico delle autorizzazioni per impianti di dimensioni a misura d’azienda a
seconda della tipologia dell’impianto e della taglia.
23
1
Ai sensi dell'art. 6 del D.Lgs. 3.3.2011 n. 28
Si può evincere che vi è un’ampia casistica in cui l’iter è semplificato, fermo restando che non si
ricada in ambiti paesaggistici o storico culturali di alta valenza.
La PAS, infatti, non è altro che una Procedura Abilitativa Semplificata mentre la Comunicazione è
una semplice comunicazione preventiva. Entrambe sono da effettuarsi prima dell’inizio dei lavori e
non richiedono il rilascio di alcun titolo autorizzativo, essendo esse stesse abilitanti all’inizio stesso
dei lavori.
5
CENNI SUGLI INCENTIVI E ALCUNI CASI PRATICI
Come già accennato, per le rinnovabili elettriche e le rinnovabili termiche esistono appositi sistemi
di incentivazione che servono a renderle economicamente più convenienti rispetto agli impianti
tradizionali e a permetterne, quindi, la diffusione.
Essendo l’argomento piuttosto vasto e ricco di casistiche ci limitiamo a riportare i riferimenti e ad
illustrare qualche caso pratico.
Per le rinnovabili elettriche i principali sistemi di incentivazione sono i seguenti:
•
•
Decreto ministeriale 5 luglio 2012 (Quinto Conto Energia) (1) per gli impianti
fotovoltaici (con tetto massimo degli incentivi ormai raggiunto)
Decreto ministeriale 6 luglio 2012 (2) per le rinnovabili elettriche non fotovoltaiche
oppure, in alternativa:
•
ARG/elt 74/2008, Allegato A – Testo integrato dello scambio sul posto (TISP) e
successive modifiche - Scambio sul posto per gli impianti fino a 200 kW di potenza
Per le rinnovabili termiche i principali sistemi di incentivazione sono i seguenti:
24
•
Decreto 28 dicembre 2012 (Conto Energia Termico) (3)
(1) http://www.sviluppoeconomico.gov.it/images/stories/normativa/DM-5-CE-Integrato-13-04-12-Pulito-Rinumerato_ultima.pdf
(2) http://www.sviluppoeconomico.gov.it/images/stories/normativa/DM_6_luglio_2012_sf.pdf
(3) http://www.sviluppoeconomico.gov.it/images/stories/normativa/DM_Conto_Termico_28_dic_2012.pdf
La cosa più importante dei decreti citati è che vi è un limite per il riconoscimento certo degli
incentivi e riguarda gli impianti di piccola taglia (ad esempio: eolico fino a 60 kW). Per quelli più
grandi, l’ottenimento degli incentivi è subordinato all’ingresso nel registro dei cosiddetti grandi
impianti. Soltanto un numero predefinito di tali impianti riuscirà ad ottenere gli incentivi poiché
l’apertura e la chiusura del registro sono subordinati alla disponibilità economica assegnata dal
GSE (Gestore dei Servizi Energetici).
25
5.1
Esempio 1*: impianto fotovoltaico in Conto Energia
Supponiamo che la nostra piccola azienda consumi circa 27.000 kWh/anno di energia elettrica che
equivale alla produzione di un impianto di circa 20 kWp. In realtà, siccome la nostra attività sarà
chiusa durante i giorni festivi e d’inverno ci saranno molte giornate poco soleggiate, la produzione
che riusciremo ad usare direttamente dall’impianto sarà di circa il 60%.
Vediamo, in base alla normativa e al sistema di incentivazione, quanto ci renderebbe un impianto
fotovoltaico di queste dimensioni.
Tetto a falda
Impianto installato su:
Esposizione tetto:
Sud-Est
Inclinazione tetto:
15°
19,8 kWp
Potenza dell’impianto :
Producibilità annua dell'impianto:
27.235 kWh
A seconda del semestre in cui sarà installato l’impianto si avrà un diverso incentivo
Periodo incentivo:
III° semestre (entro 26 febbraio 2014)
Supponiamo che si riesca a consumare il 60% dell’energia prodotta e che la restante
energia prodotta venga immessa in rete
Tariffa autoconsumo (energia consumata):
0,067€
Tariffa omnicomprensiva (energia immessa):
0,149€
Risparmio energia (parte del costo del kWh che
non si paga perché non la si preleva dalla rete):
0,20€
Ulteriori incentivi per componenti prodotti nell’Unione Europea
Premio per pannello europeo:
0,020€ / kWh
Risultati
Premio annuo per autoconsumo + risparmio
energia (60%):
4.363,05€
Tariffa omnicomprensiva annua su energia
immessa (40%):
1.623,21€
Premio annuo per pannello europeo:
Totale beneficio annuo :
Costo finale impianto IVA 10% esclusa:
Totale ricavo ventennale:
544,70€
6.530,95€
40.000,00€
€ 130.619,06
*Attualmente il tetto massimo dell’importo destinato agli incentivi per gli impianti fotovoltaici è stato raggiunto e
non è dato sapere se ci saranno ulteriori proroghe o versioni successive del meccanismo incentivante
26
5.2
Esempio 2: impianto eolico con tariffa onnicomprensiva
Supponiamo che la nostra azienda consumi, come sopra, circa 27.000 kWh/anno di energia
elettrica e supponiamo di avere installato un aerogeneratore di 30 kW. In realtà, siccome la nostra
attività sarà chiusa i giorni festivi e non sempre ci sarà vento quando servirà energia elettrica,
riusciremo ad usare in contemporanea circa il 40%.
Vediamo, in base alla normativa ed al sistema di incentivazione, quanto ci renderebbe un impianto
fotovoltaico di queste dimensioni.
Terreno
5.5 m/s
Velocità media annua del vento
30 kW
Potenza dell’impianto :
Producibilità annua dell'impianto:
40.000 kWh
Supponiamo che si riesca a consumare il 40% dell’energia prodotta e che la restante
energia prodotta in eccesso venga immessa in rete
Tariffa omnicomprensiva (energia immessa):
Risparmio energia (parte del costo del kWh che
non si paga perché non la si preleva dalla rete):
0,268€
0,20€
Risultati
Risparmio energia (40%):
3.200,05€
Tariffa omnicomprensiva annua su energia
immessa (60%):
10.720,00€
Totale beneficio annuo :
13.920,05€
70.000,00€
€ 278.401,00
In entrambi i casi non abbiamo preso in considerazione l’aspetto fiscale degli incentivi perché
dipenderanno dal profilo proprio dell’azienda. Di seguito alcuni riferimenti.
•
Agenzia delle Entrate - Risoluzione n° 13E del 20/01/09 - Aspetti fiscali del nuovo
Scambio sul Posto;
•
Agenzia delle Entrate - Risoluzione n° 20E del 27/01/09 - Cumulabilità del credito
d'imposta (contributo in conto impianti) con il conto energia;
•
Agenzia delle entrate - Circolare n° 46E - Disciplina fiscale degli incentivi per gli impianti
fotovoltaici;
•
Agenzia delle Entrate - Guida alle agevolazioni fiscali per il risparmio energetico - 6 Agosto
2009;
27
5.3
Esempio 3: impianto solare termico con Conto Energia Termico
Supponiamo di voler installare un impianto solare termico con una superficie captante di 50 mq e
che esso serva per produrre acqua calda a 45°. Il sistema principale di riscaldamento dell’acqua è
una caldaia a gasolio.
Vediamo, in base alla normativa ed al sistema di incentivazione, quanto ci renderebbe un impianto
solare termico di queste dimensioni in termini di risparmio di gas e di incentivi percepiti col conto
energia termico.
Esposizione tetto:
Inclinazione pannelli:
Superficie pannelli:
Risparmio energia (gasolio risparmiato):
Incentivo annuo (per due anni)
Tetto piano
Sud
50°
50 mq
52.350 kWh/anno
170€/mq
Risultati
Risparmio gasolio in 20 anni:
Incentivo totale
6
41.900,00 €
17.000 €
20.000,00 €
58.900 €
L’ITER E GLI ENTI COINVOLTI
L’iter di installazione degli impianti a fonti rinnovabili è, purtroppo, ancora farraginoso per la gran
mole di documenti da produrre soprattutto nel caso in cui si debbano richiedere gli incentivi.
Si individua preliminarmente il regime autorizzativo al quale sarà soggetto l’impianto e si avvia la
pratica presso il Comune di appartenenza (se non si ricade in ambiti paesaggistici vincolati, caso in
cui può essere necessaria un’autorizzazione paesaggistica regionale).
Allo stesso tempo si può avviare la domanda di connessione dell’impianto presso la società di
distribuzione (ad esempio: Enel Distribuzione) che serve l’utenza aziendale. La società di
distribuzione rilascia un preventivo di connessione che il cliente potrà accettare o rifiutare se
troppo onerosa.
Una volta realizzato l’impianto si dovrà fare una comunicazione di fine lavori, sempre alla società di
distribuzione, con allegata tutta la documentazione richiesta (ad esempio: schemi elettrici, varie
dichiarazioni di conformità e di idoneità dei requisiti tecnici dell’impianto).
28
Gli impianti a fonti rinnovabili devono pure essere censiti con una pratica presso Terna S.p.A., che
è un operatore di reti per la trasmissione dell'energia. Entro un periodo regolamentato dalla
normativa (30 giorni se le operazioni sono semplici), la società di distribuzione dovrà provvedere
all’allaccio dell’impianto.
A questo punto si può istruire la pratica di riconoscimento degli incentivi presso il GSE S.p.A., che
è il Gestore dei sistemi energetici. Tutto l’iter è gestito tramite appositi portali informatici predisposti
dai suddetti enti.
Portale di Enel Distribuzione S.p.A.
Portale di Gaudì di Terna S.p.A.
29
Portale del GSE S.p.A.
30

Gli impianti a energia rinnovabile

Transcript

Documenti analoghi

Adobe Photoshop PDF

Fotovoltaico alla luce del sole

Rinnovabili, occasione d`oro

Quanto costa un posto di lavoro green? (1)

Esempio di disegno di legge

Proteggere dal furto i pannelli fotovoltaici installati sui tetti, sulle

I BitCoin dell`energia rinnovabile e la rete dei piccoli venditori

Vincenzo Triunfo si è laureato in ingegneria presso l

03_modulo_allegato_4 - Comune di Villa Guardia

impianto fotovoltaico per la produzione di energia elettrica