RICERCA ITALIANA     

COGENERAZIONE DISTRIBUITA PER APPLICAZIONI CIVILI-RESIDENZIALI: SVILUPPO E SPERIMENTAZIONE DI MICRO-COGENARATORI BASATI SU TECNOLOGIE INNOVATIVE E DI UNA METODOLOGIA INTEGRATA PER LA PREVISIONE DEL FABBISOGNO ENERGETICO, IL DIMENSIONAMENTO E LA GESTIONE OTTIMIZZATA DEI MICRO-COGENERATORI.

Università degli Studi di Ferrara

Abstract

Il crescente aumento di richiesta energetica mondiale è principalmente soddisfatto attraverso l’utilizzo di combustibili fossili con conseguente immissione di CO2 in atmosfera. Visti i recenti risultati di studi internazionali condotti sui cambiamenti climatici, sono sempre maggiori le risorse dedicate a possibili soluzioni che contrastino l’attuale andamento.
La cogenerazione è una tecnologia che può consentire elevati risparmi di energia primaria e, quindi, di emissioni di CO2 in atmosfera, con applicazioni piuttosto diffuse nel settore industriale, mentre la sua diffusione nel settore civile-residenziale, specialmente nelle taglie piccole e micro, è limitata da diverse problematiche di tipo tecnico, ambientale, economico e legislativo tuttora da risolvere, inclusa l’assenza di una tecnologia che sappia combinare vantaggi quali: alta efficienza, basso costo, funzionamento silenzioso, basse emissioni e ridotta manutenzione. Inoltre i consumi energetici molto contenuti imposti agli edifici di nuova costruzione dalla legislazione recente (D.L. 192/2005 e modifiche apportate dal D.L. 311/2006) comportano una riduzione dei ricavi conseguenti all’eventuale installazione di sistemi cogenerativi, imponendo un’analisi molto dettagliata e accurata dei fabbisogni elettrici e termici al fine di individuare la taglia ottimale dell’impianto di micro-cogenerazione e le strategie ottimizzate per la sua gestione e controllo.
Da un punto di vista tecnico per favorire la >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Pier Ruggero Spina Università degli Studi di FERRARA

Obiettivo del Programma di Ricerca

I principali obiettivi del progetto di ricerca sono in sintesi i seguenti:

O1 - Sviluppo di modelli per la previsione dei fabbisogni elettrici e termici di utenze residenziali di vario tipo, verifica della loro validità mediante la diagnosi energetica di edifici esistenti e monitoraggio dei consumi energetici di edifici esistenti, al fine di determinarne i profili di consumo energetico nel tempo, per fornire i dati necessari al calcolo e al progetto dei sistemi di micro-cogenerazione distribuita da realizzare presso le utenze stesse.

O2 - Scelta degli impianti e dei sistemi di accumulo e delle logiche di controllo e gestione e loro dimensionamento a partire dai profili di consumo energetico nel tempo di utenze residenziali opportunamente selezionate.

O3 - Valutazione delle prestazioni energetiche e del ritorno economico di micro-cogeneratori innovativi, basati su sistemi di generazione elettrica termofotovoltaici (TPV) che utilizzano l’energia irraggiata da bruciatori di caldaie domestiche, inseriti in utenze residenziali tipo, e progettazione, con l’ausilio di software CFD, di un micro-cogeneratore TPV, ottenuto introducendo celle fotovoltaiche all’interno della camera di combustione di una caldaia a condensazione commerciale con bruciatore radiante.

O4 - Realizzazione di diversi componenti principali di un micro-cogeneratore termofotovoltaico e in particolare:
O4.1 - sviluppo di filtri infrarossi con >>>

Risultati parziali attesi

I risultati attesi dalla ricerca sono:

R1 - Messa a punto di una metodologia, validata sperimentalmente, per la previsione accurata dei fabbisogni energetici di utenze residenziali di vario tipo e ottenimento dei profili dei consumi elettrici e termici nel tempo rappresentativi di utenze residenziali tipo, di validità generale per l’intero territorio italiano, mediante applicazione della metodologia ad utenze opportunamente selezionate.

R2 - Incremento delle conoscenze su due sistemi micro-cogenerativi basati su tecnologie innovative, (i) i sistemi termofotovoltaici (TPV) che utilizzano l’energia irraggiata da bruciatori di caldaie domestiche e (ii) le celle a combustibile PEM, che appaiono promettenti per la diffusione della cogenerazione distribuita in ambiente civile-residenziale nel breve-medio periodo, ma le cui tecnologie non sono ancora mature e richiedono notevoli sviluppi tecnologici e studi di ottimizzazione, sia a livello di singoli componenti, sia di loro integrazione, sia di intero sistema.
In particolare:
R2.1 - Valutazione delle prestazioni energetiche e del ritorno economico di micro-cogeneratori basati su sistemi di generazione elettrica TPV che utilizzano l’energia irraggiata da bruciatori di caldaie domestiche, inseriti in utenze residenziali tipo, e loro progetto con l’ausilio di software CFD.
R2.2 - Dimensionamento, a partire dalle caratteristiche di utenze residenziali tipo, di una cella a combustibile >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

La generazione distribuita presenta dei potenziali benefici rispetto alla generazione centralizzata quali, ad esempio:
- aumento dell’affidabilità della fornitura di energia;
- possibilità di evitare i costi e le perdite di trasmissione dell’energia;
- riduzione dei costi e dei consumi di energia primaria dovuta alla generazione combinata in un unico processo di energia elettrica e termica (la generazione distribuita avvicina infatti la produzione al consumo, aumentando le potenzialità della cogenerazione);
- riduzione dell’esposizione alla volatilità del prezzo dell’energia elettrica.

Affinché però si possa effettivamente trarre vantaggio da tali benefici è necessario che vengano analizzate e risolte problematiche di tipo tecnico, ambientale, economico e legislativo quali:
- Aggiornamento delle reti di media e, soprattutto, bassa tensione, che devono trasformarsi da reti passive (per il transito dell’elettricità dall’alta tensione alle utenze) a reti attive (ovvero reti che sopportano sorgenti produttive).
- “Non programmabilità” della produzione elettrica degli impianti di generazione distribuita, che rispondono alle esigenze delle utenze specifiche ad essi asservite e non alle regole che determinano il dispacciamento.
- Avvicinamento all’utente di una potenziale sorgente di emissioni inquinanti, in quanto la produzione viene localizzata in prossimità dei centri di consumo.
- Rendimenti elettrici degli >>>