ENEA - AssoESCo

Le reti di teleriscaldamento attive e
il net metering termico
Ing. Biagio Di Pietra
Esco Tech Forum 2016
Centro Guida Sicura ACI-SARA Lainate
12 Maggio 2016
www.efficienzaenergetica.enea.it
Introduzione
ENEA nell’ambito dell’accordo di programma con il Ministero di Sviluppo Economico sulla
Ricerca del Sistema Elettrico 2012 - 2015 ha avviato alcune attività di ricerca
sull’efficientamento delle reti termiche ed elettriche.
- Analisi di nuove soluzioni progettuali e gestionali per la connessione di utenti attivi (net
metering termico) alle reti di teleriscaldamento esistenti
http://www.enea.it/it/Ricerca_sviluppo/ricerca-sistema-elettrico
Le reti di TLR: stato attuale e potenziali
• Numero reti di teleriscaldamento in esercizio 148
• Incremento volumetria riscaldata 2011-2012 :circa 6%
Volumetria riscaldata da TLR Regionale 2011
(Milioni di mc )
3
Fonte : rapporto RdS/PAR2013/055 – elaborazione dati AIRU 2011 -2012
Copertura della domanda termica da parte dei
sistemi di TLR esistenti
Primi dieci comuni italiani, con reti TLR esistenti, per domanda energetica per riscaldamento,
settore civile
4
Fonte : rapporto ENEA RdS/PAR2013/055 – elaborazione dati ENEA – elaborazione dati associazione di categoria
Analisi delle temperature di esercizio delle reti
di teleriscaldamento esistenti
5
Fonte : rapporto ENEA RdS/PAR2013/055 – Report RdS/PAR2013/054 - Elaborazione dati associazione di categoria
Decreto Legislativo 28/11 – Attuazione direttiva 2009/28/CE
Nuovi edifici o ristrutturazioni importanti: obbligo di copertura
da fonte rinnovabile per il fabbisogno termico per l’acqua
calda sanitaria, il riscaldamento e il raffrescamento:
a) il 20% quando la richiesta del pertinente titolo edilizio è presentata dal 31 maggio
2012 al 31 dicembre 2013;
b)
il 35% quando la richiesta del pertinente titolo edilizio è presentata dal 1° gennaio
2014 al 31 dicembre 2016;
c) il 50% quando la richiesta del pertinente titolo edilizio è rilasciato dal 1° gennaio
2017.
Un ruolo chiave nel raggiungimento delle quote minime di rinnovabile in
contesti urbani critici, potrebbe essere dato dalle reti di
teleriscaldamento con la possibilità di connessione di impianti solari
distribuiti anche presso gli utenti (prosumers: utenti attivi)
6
Nuovi servizi del teleriscaldamento attivo
Possibilità di uno scambio bidirezionale di energia tra la rete di distribuzione e l’utente attivo
(analogo al caso elettrico) – la rete di teleriscaldamento fornisce nuovi servizi agli utenti:
• fornisce un servizio di accumulo giornaliero e stagionale all’utente attivo – riduzione dei
costi di installazione di impianti solari termici d’utente
• massimizza l’efficienza di sfruttamento della risorsa locale (microcogeneratore - solare
termico) e la produzione annua
• Possibilità di gestire in maniera ottimale l’energia termica stagionale prodotta in eccesso
(es. Solare termico in stagione estiva)
• possibilità di poter produrre energia in punti della rete diversi da quelli dove vi è l’effettivo
consumo
La compravendita di calore tra utente e rete di teleriscaldamento può essere regolata
tramite un contratto di “scambio sul posto termico” con la utility
Reti termiche attive in Nord Europa
In Svezia, Danimarca, Austria e Germania esistono circa 33 rete di teleriscaldamento con
impianti solari integrati negli edifici e connessi alla rete di TLR
Distribuzione Reti di teleriscaldamento Svedesi con impianti solari connessi
Primo impianto solare connesso alla rete di teleriscaldamento in Svezia: scuola nel comune di Skive Danimarca
•Realizzato nel 1994
•Superficie solare: 374 mq
•Produzione termica da solare invernale : autoconsumata
•Surplus di produzione estiva: immessa in rete (servizio accumulo stagionale – scambio sul posto termico)
Fonte: elaborazione Solites 2014
8
Net metering termico in Europa
Proprietario
impianto solare
Proprietario
Rete termica
Fonte: Solites 2014 and Jan-Olof Dalenbäck SDH - Malmö - 2013
Impianto solare termico di Vislanda (Svezia) connesso in
“net metering” con la rete di teleriscaldamento
•
•
•
•
condominio con 1.069 m 2 di area da riscaldare
fabbisogno termico annuale: 150 MWh
stazione pre-assemblata brevettata per lo scambio sul posto
con la rete di teleriscaldamento:
l’associazione dei proprietari degli appartamenti ha siglato un
contratto di “net-metering” con la utility locale Alvesta Energi
AB
Fonti: elaborazione “ Impianti solari termici per reti di teleriscaldamento” Flaccovio Editore, - Solar District Heating in Europe ,2014
Impianto Solare distribuito di Gotheborg - “net metering” :
andamento prezzi energia termica ceduta
Costo energia termica acquistata
utente finale: 66 €/MWh
(fonte:Göteborg Energi, 2011)
Esempio andamento prezzi energia
ceduta in rete
Fonte: elaborazione presentazione : Jan-Olof Dalenbäck - SDH - Malmö - April 9, 2013
Esempio di un impianto solare termico connesso alla rete di
Teleriscaldamento : Drake Landing Solar Community, Okotoks (Canada)
Location: Okotoks, Alberta. 51.1 deg N, 114 deg W, 1084 m elevation.
Weather: Winter -33 C; Summer
• 52 edifici (da 139 a 150 m2) con
annessi garage (≈50 m2)
• Consumo specifico annuale medio
edifici: 60 kWh/m2 (30% in meno
della media nazionale)
• 798 collettori piani con superficie
totale: 2.290 m2 (sui garage)
• efficienza media del 33%
(massima 77%)
• potenza massima: 1,5 MW
• pannelli solari dedicati per
produzione ACS (sulle abitazioni)
• distribuzione interna ad aria con
recuperatore (air-handler)
Drake Landing Solar Community, Okotoks (Canada)
Location: Okotoks, Alberta. 51.1 deg N, 114 deg W, 1084 m elevation.
Weather: Winter -33 C; Summer
Centrale termica
• accumulo giornaliero: 2 x 120
m3(acqua)
• 3 circuiti di distribuzione
(collettori, utenze, accumulo
stagionale)
• rete utenza formata da 4 rami di
lunghezza massima 0,7 km
• temperatura distribuzione acqua
alle utenze: 35 – 45°C
• campo fotovoltaico (21 kW) per
coprire le richieste degli ausiliari
• 3 caldaie integrazione a gas
naturale (469, 352, 117 kW)
Drake Landing Solar Community, Okotoks (Canada)
Location: Okotoks, Alberta. 51.1 deg N, 114 deg W, 1084 m elevation.
Weather: Winter -33 C; Summer
Accumulo stagionale geotermico
• 144 tubi ad U (diametro 150 mm)
per trasferire e prelevare calore
dal terreno
• i tubi sono connessi mediante 4
circuiti separati, convergenti al
centro
• diametro esterno accumulo: 35m
• profondità: 35m
• capacità di accumulo: 34.000 m3
• temperature minima: 40°C
(inverno) e massima 80°C (estate)
• estensione totale tubi: 10 km
Drake Landing Solar Community, Okotoks (Canada)
frazione solare media: > 90 %
luglio 2012 – giugno 2013:
98%
Attività ENEA: Sviluppo del Simulatore ENSim
(Energy network Simulator)
- Regime semistazionario
- Teleriscaldamento con generazione
centralizzata
- Teleriscaldamento con sistemi di
generazione distribuita (solare)
- Simulazione annuale
16
SCHEMA SOTTOSTAZIONE BIDIREZIONAE –
RITORNO SU MANDATA
ASSETTO
PASSIVO
(invernale)
ASSETT0
ATTIVO
(estivo)
fonte : Report RdS/PAR2014/013
SCHEMA SOTTOSTAZIONE BIDIREZIONAE –
RITORNO SU MANDATA
ASSETTO
PASSIVO
(invernale)
ASSETTO
ATTIVO
(estivo)
Esempio – rete attiva simulata in ENSim in
regime di scambio sul posto
Edificio monofamiliare da 100 mq con impianto solare da 50
mq connesso in regime di scambio sul posto alla rete in
modalità ritorno su mandata
Fonte : rapporto ENEA RdS/PAR2013/055
19
Rete esempio simulata in regime di scambio sul
posto termico termico
•
•
•
•
Edificio monofamiliare da 100 mq con impianto solare da 50 mq connesso in regime di scambio sul posto alla rete
La rete di TLR offre il servizio di accumulo fittizio stagionale all’utente attivo con solare termico
Ipotesi costo di acquisto energia termica dalla rete : 0,09 €/ kWh
Ipotesi prezzi di cessione energia termica in eccesso alla rete: 0,04 €/kWh
Fonte : rapporto ENEA RdS/PAR2013/055
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Simulazione con ENSim: generazione distribuita
in una rete di TLR reale
Quartiere edilizia popolare costruito negli anni ’20
Rete di teleriscaldamento realizzata nel 2007
Tipologia rete:
Magliata/ramificata;
Lunghezza rete:
1971 m;
T di esercizio:
75°C Mandata;
62°C Ritorno;
Utenze servite:
31 stabili residenziali;
Una sala cinema/teatro;
Volumetria totale: 80000 m3.
•Cogeneratore a 970 kWel - 1160 kWth;
• Caldaia a gas a condensazione da 895 kWth;
• Due caldaie a gas da 2600 kWth ciascuna;
Fonte: Report RdS/PAR2013/056 - RdS/PAR2014/015
Implementazione dello schema di rete
in ENSim
Il modello è costituito dall’integrazione dei
seguenti componenti:
- N-tratti: simula le perdite di rete per
dispersione e l’andamento dela
temperatura di rete
- nodo i-esimo: simula il carico termico
istantaneo o la potenza immessa in rete
dall’utente (prosumer)
Simulazione richiesta termica edifici
connessi alla rete
Richiesta Termica Edifici
Richiesta Termica Edifici
3000
Richiesta Termica Edifici
3000
Potenza [kW]
2500
2000
Potenza [kW]
3500
Richiesta Termica Edifici
2000
1000
0
08/01
09/01
10/01
11/01
12/01
13/01
15/01
Tempo [gg:mm]
1500
1000
Richiesta Termica Edifici
500
02/03
02/05
02/07
31/08
31/10
Tempo [gg:mm]
ENSim simula l’andamento istantaneo del carico
termico di ciascun edificio connesso alla rete ,
grazie ad una libreria di edifici tipo precaricati
31/12
Potenza [kW]
0
01/01
400
Richiesta Termica Edifici
300
200
100
0
23/07
24/07
25/07
26/07
27/07
Tempo [gg:mm]
28/07
30/07
Simulazione del singolo edificio
Temperatura accumulo edificio
75
Potenze edificio
120
Richiesta termica edificio
Potenza termica consegnata ad edificio
70
100
65
80
Potenza [kW]
Temperatura [°C]
Temperatura accumulo edificio
60
40
55
20
50
45
02/01
60
01/02
03/03
02/04
03/05
02/06 02/07 01/08
Tempo [gg:mm]
01/09
01/10
31/10
30/11
31/12
0
00:00
02:00
04:00
06:00
08:00
10:00 12:00 14:00
Tempo [gg:mm]
16:00
18:00
20:00
22:00
00:00
Analisi della superficie solare installabile in corrispondenza dei singoli edifici
Edificio
Edificio1
Edificio2
Edificio3
Edificio4
Edificio5
Edificio6
Edificio7
Edificio8
Edificio9
Edificio10
Edificio11
Edificio12
Edificio13
Edificio14
Edificio15
Edificio16
Edificio17
Edificio18
Edificio19
Edificio20
Edificio21
Edificio22
Edificio23
Edificio24
Edificio25
Edificio26
Edificio27
Edificio28
Edificio29
Edificio30
Edificio31
TOTALE
Scenario 1
(100% )
6
6
10
10
10
10
6
6
10
6
10
10
10
10
6
6
6
4
6
148
Scenario 2
(75%)
4
4
8
8
8
8
4
4
8
4
8
8
8
8
4
4
4
4
4
112
numero collettori
Scenario 3 Scenario 4 Scenario 5
(50%)
(35%)
(25%)
4
3
2
4
3
2
4
3
2
4
3
2
4
3
2
4
3
2
4
3
2
4
3
2
4
3
2
4
3
2
4
3
2
4
3
2
4
2
2
4
2
2
4
3
2
4
2
2
4
2
2
4
3
2
4
2
2
76
52
38
Scenario 6
(35%_con)
2
10
10
10
10
6
4
52
Scenario 7
(25%_con)
8
10
10
6
4
38
Totale superficie solare
installabile in corrispondenza dei
31 edifici:
- superficie totale 1470 m2,
- potenza di picco pari a 1055 kW
Scenari simulati: utenze attive connesse
in regime di scambio con la rete (totale
autoconsumo invernale –
sovraproduzione estiva immessa in rete)
L’immissione in rete da parte del
singolo edificio avviene quando la
produzione solare è superiore al
carico termico
SIMULAZIONE CON ENSim - SCENARI UTENZE termiche ATTIVE
Fonte: Rapporto RdS/PAR2014/015
PROGETTO: TRASFORMAZIONE SOTTOSTAZIONE ESISTENTE IN
BIDIREZIONALE
Tipologia di immissione mandata su ritorno
Superficie solare termica installata: 360 mq
Modifiche apportate alla sottostazione: minime
Sottostazione esistente
Sottostazione attiva trasformata
Fonte :Report RdS/PAR2014/019
Per maggiori informazioni
http://www.enea.it/it/Ricerca_sviluppo/documenti/ricerca-di-sistema-elettrico/
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Report RdS/PAR2013/055
Report RdS/PAR2013/054
Report RdS/2013/118
Report RdS/PAR2014/015
Report RdS/PAR2014/019