Intervento del Dott.Luigi Crema (REET – Renewable Energies and Environmental Technologies) durante il convegno "Il sole in tasca" del 22 Agosto 2009 organizzato dal Comitato Civico EssereCittadini di Trasacco (AQ)

1. “LeENERGIE RINNOVABILI” Luigi Crema REET – RenewableEnergies and Environmental Technologies Povo - Trento 1

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

3. 3 Le ENERGIE RINNOVABILI ACQUA ARIA TERRA FUOCO

4. 4 Idrico Le TECNOLOGIE RINNOVABILI Biomasse Geotermia Superficiale Eolico Solare Termodinamico Fotovoltaico Solare Termico Biocombustibili

5. 5 Il RISPARMIO ENERGETICO – prerogativa essenziale per le rinnovabili Basso Consumo Medio Consumo

6. 6 LE ENERGIE RINNOVABILI: PROBLEMATICHE LA DISPONIBILITA’ INTERMITTENTE InvernoEstate Idrica Solare Eolica Geotermica

7. 7 IL SOLE

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

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

10. REET - Renewable Energies and Environmental Technologies EnergiaSolare – ConversionedellaRadiazioneSolare 1 - TECNOLOGIE Alcune soluzioni tecnologiche per la conversione di Radiazione Solare in Energia. Solare termico: Cattura della radiazione solare e trasformazione in energia termica per utilizzo diretto o trasformazione (raffrescamento, energia elettrica) Concentrazione Solare: Impianti con specchi ustori parabolici per focalizzazione della radiazione in punti ad elevata densità energetica per utilizzi cogenerativi (motori Stirling, turbine, torri a contrazione, tubi sotto vuoto …) Fotovoltaico – Silicio mono e poli cristallino, celle a concentrazione, thin films: Transizione elettronica dalla banda di valenza alla banda di conduzione in materiale semiconduttore a giunzioni p-n. 10

11. LA GEOTERMIA IL TERRENO COME SCAMBIATORE DI ENERGIA Un uso indiretto dell’energia solare e del calore interno della Terra.

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

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

14. REET - Renewable Energies and Environmental Technologies 14 Sfruttamentodell’EnergiaGeotermica

15. REET - Renewable Energies and Environmental Technologies 15 Sfruttamentodell’EnergiaGeotermica Principio di funzionamento - riscaldamento

16. REET - Renewable Energies and Environmental Technologies 16 Sfruttamentodell’EnergiaGeotermica Principio di funzionamento - raffrescamento

17. REET - Renewable Energies and Environmental Technologies 17 4 Kwht 1 Kwhe Sfruttamentodell’EnergiaGeotermica Ciclo Energetico Rinnovabile Ad esempio: se l’energia elettrica proviene dall’idroelettrico il ciclo è rinnovabile L’efficienza di una pompa di calore è rappresentata dal COefficiente di Prestazione, COP, inteso come rapporto tra l’energia termica resa al corpo da riscaldare e l’energia elettrica consumata perché possa avvenire il trasporto di calore medesimo. Produzione anche per piccole potenze

18. REET - Renewable Energies and Environmental Technologies 18 Sfruttamentodell’EnergiaGeotermica Mappa interattiva per gli impianti geotermici

20. Strumento di pianificazione territoriale

22. REET - Renewable Energies and Environmental Technologies 21 Sfruttamentodell’EnergiaGeotermica Sonde Geotermiche Verticali

23. 22 IL VENTO

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

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

30. 27 IL CICLO

31. 28 Tecnologie delle BIOMASSE – soluzioni domestiche CALDAIA a BIOMASSA STUFE a FIAMMA INVERSA STUFE a BIOMASSA

32. 29 Tecnologie delle BIOMASSE – grandi impianti DEPOLIMERIZZAZIONE CATALITICA IMPIANTI di GASSIFICAZIONE

33. REET - Renewable Energies and Environmental Technologies Tematiche di Ricerca nel Gruppo REET Home Developed Numerical Codes Environmental Technologies and Security Main Achievements Solar Energy (thermal heating and cooling) Finite Elements Modelling and Simulation NIR: Impact on Health and Environment Geothermal Electricity from Renewable Sources Biomasses/Biofuels 30

34. 31 REET - Renewable Energies and Environmental Technologies Tematiche di Ricerca nel Settore Energia Energia Solare Termica Solar cooling Energia Solare Termodinamica Energia Geotermica a bassa entalpia Cogenerazione da biomasse e da calori di scarto Processi di produzione di Biocombustibili Celle a Combustibile (DMFC)

35. Concetti Fondamentali - Keywords 32 REET - Renewable Energies and Environmental Technologies ENERGIA a LIVELLO DISTRIBUITO +ENERGY BUILDING e +ENERGY VILLAGE INTERA CATENA da R&D a PROTOTIPAZIONE FONTI RINNOVABILI di ENERGIA ELEVATA EFFICIENZA per la PRODUZIONE DI ENERGIA INTEGRAZIONE TECNOLOGICA & IBRIDAZIONE FULL VISION

36. 33 LE FUTURE TECNOLOGIE A ENERGIA RINNOVABILE PER LA CASA Auto consumo Mercato elettrico Motore termodinamico Impianto Solare Termodinamico Fluido Raffrescante Unità di raffrescamento solare Acqua Calda Sanitaria REATTORE DI DEPOLIMERIZZAZIONE Impianto Geotermico LIQUID FUEL RISCALDAMENTO DOMESTICO Boiler Rifiuti Organici e Riciclabili Domestici (Plastica, Biomassa, Carta,…) ACQUEDOTTO

37. 34 REET - Renewable Energies and Environmental Technologies Reet Energy Vision – Sviluppo in 3 Fasi FASE 1 Avvio di PROGETTI PILOTA su temi specifici FASE 2 TRASFERIMENTO TECNOLOGICO dei RISULTATI dei PROGETTI PILOTA FASE 3 Avvio di PROGETTI INTEGRATIVI per TECNOLOGIE IBRIDE 2007 - 2012 2009 - 2013 2012 - 2015

38. 35 REET - Renewable Energies and Environmental Technologies Fase 1 – sviluppo di Progetti Pilota su Aree Applicative Progetto da AGENZIA PROVINCIALE per l’ENERGIA Richiesta di finanziamento Coordinamento FBK – REET Partner: EL.MA. S.r.l. Progetto Finanziato Collaborative Project, finanziamento Europeo ENERGY-2009-1: DiGeSPo. Best Energy 2009 Project in Europa Coordinamento FBK – REET Progetto in fase di prototipazione – a seguire trasferimento tecnologico verso iniziativa di START UP. Partner industriale: MIG Solar Solution / AERMEC Progetto Finanziato Fondazione CARITRO Coordinamento FBK – REET Progetto MUSE (Enervals) – attesa di finanziamento

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

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

42. GEOTERMIA a BASSA ENTALPIA + STIRLING + FOTOVOLTAICO;

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

44. REET - Renewable Energies and Environmental Technologies Energia Solare –Conversione della Radiazione Solare Tubo Solare Modificato Ricadute della tecnologia Improvement del Sistema Miglioramento della Fluidodinamica applicata al sistema Raffrescamento Solare Efficiente Migliore Efficienza Globale del Sistema Range di Temperature 100  150 °C Aumento Scambio Convettivo tramite Turbolatori Cogenerazione Raffrescamento / Riscaldamento Riduzione della Resistenza Termica Superficie/Fluido Generazione Elettrica Concentrazione Solare 10:1 Generazione Termica – Riscaldamento / Raffrescamento Tubo Sottovuoto con Cer.Met. per alte temperature Range di Temperature 250  350 °C Cogeneratore (Stirling engine) Produzione di Biofuels Reattore per Depolimerizzazione Elevata Efficienza Globale 39

46. Il ciclo è reversibile, cioè fornendo energia elettrica è possibile sfruttare riscaldamento o raffreddamento.Energiaelettrica Raffreddamento 40

47. REET - Renewable Energies and Environmental Technologies EnergiaElettricadaEnergiaSolare 13 – Ciclo di Stirling modificato (a iniezione): Brevetto n°WO2008146109 Il ciclo di Stirling modificato condivide l’uso del fluido vettore con I collettori solari sotto vuoto. L’energia termica prodotta viene gestita da un sistema di valvole che regola il regime di funzionamento del motore. Mediante tale soluzione si è cercato di eliminare problemi quali i volumi morti, l'irreversibilità di ciclo, idealmente possibile, ma quasi mai realizzata nella situazione concreta, per fornire un vero e proprio controllo del ciclo dal punto di vista termodinamico. Valves Electric Power Solar Energy Home Heating hot water Regenerator 41

48. REET - Renewable Energies and Environmental Technologies Raffrescamento daEnergiaSolare Solar Cooling ad adsorbimento: brevetto n° WO2008099262 1 Il pannello solare fornisce il calore necessario per la rigenerazione del materiale adsorbente; 2 Il materiale adsorbente (zeoliti, gel di silice) dopo la rigenerazione funge da essiccante. Deumidifica un flusso d’aria per adsorbimento. L’aria si riscalda ed entra in un circuito di scambio calore; 4 1 2 3 L’evaporatore umidifica l’aria e gli abbassa la temperatura, fino a 45 °C; 4 L’aria raffreddata scambia calore con il serbatoio dell’acqua fredda, diretta poi verso i fan coils preposti al raffrescamento degli ambienti; 3 42

49. REET - Renewable Energies and Environmental Technologies Raffrescamento daEnergiaSolare Solarcooler con reazione di adsorbimento: Power out: 2 kWth Capacità di raffrescamento: ~25 kWh (circa 12 ore di funzionamento continuo) COP: 0,70,8 (da simulazioni) Temperature IN/OUT sul freddo: 21/16°C Volume flowADS: 150 m3/h Volume flowDES: 200 m3/h Perdita di caricoADS: 150200 Pa Perdita di caricoDES: ~200 Pa Temperatura di scartoIN/OUT 30/45°C Doppio ciclo per rigenerazione di un serbatoio per giorno. 43

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

51. REET - Renewable Energies and Environmental Technologies Distributed CHP Generation from small Size Concentrated Solar Power: Di.Ge.S.Po. DIGESPO Project General description of the system: Size of each single parabolic mirror: about 0,4x1,5 m Total size: about 8 m2 45

52. REET - Renewable Energies and Environmental Technologies Distributed CHP Generation from small Size Concentrated Solar Power: Di.Ge.S.Po. va hot fluid circuit Three-way valve Mono-directional valve DIGESPO Project optical system v1 1 Stirling engine hot piston Full System overview: Main elements for a pneumatic circuit of the CHP system connected to the CSP thermal panel Evacuated glass tube cold piston Mono-directional valve 2 v2 regenerator Mono-directional valve 3 v3 vb cold fluid circuit Three-way valve 46

53. REET - Renewable Energies and Environmental Technologies Distributed CHP Generation from small Size Concentrated Solar Power: Di.Ge.S.Po. 5,5 kWth 300°C DIGESPO Project 1 kWel 8 kWsolar radiation on evacuated glass tubes 3,5 kWthSHW circuit, home heating circuit capacity for 1520 kWth 3050 °C 47

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

56. bilanci energetici e di massa;

57. fisica - chimica di processo;

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

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

60. Verifica dei risultati attraverso analisi sperimentali su prototipi di impianto parziali, a lab-scale e/o completi come da ipotesi progettuale.48 48

61. 49 REET - Renewable Energies and Environmental Technologies Progetto Pilota -TECHNOLOGY INTEGRATION: Prototipazione di Sistema Stirling/Caldaia a biomassa Elementi del sistema Caricatore automatico biomassa/pellet serbatoio biomassa/pellet braciere / fiamma Serbatoio acqua calda per circuito sanitario motore Stirling generatore elettrico

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

64. condizioni di falda

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

67. nuovi materiali realizzativi

68. innovazione delle tecnologie di isolamento delle sonde

69. ricerca sul fluido vettore52

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

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

72. 55 Certificati verdi assegnati agli impianti da fonti rinnovabili

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

74. 57 ESEMPIO DI CALCOLO 1. l’investimento

75. 58 ESEMPIO DI CALCOLO 2. l’ammortamento

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

77. 60 ESEMPIO DI CALCOLO 2. l’ammortamento

78. 61 ESEMPIO DI CALCOLO 2. l’ammortamento

79. REET - Renewable Energies and Environmental Technologies 62 GRAZIE per L’ATTENZIONE!!! Luigi Crema Ricercatore REET Renewable Energies & Environmental Technologies