L'intervento di Fabio Serra dedicato all'integrazione dell'energia termica nella microrete di Macchiareddu

1. L'energia termica nelle microreti: opportunità per le imprese e la PA
L'integrazione dell'energia termica nella microrete di Macchiareddu
Fabio Serra, Piattaforma Energie rinnovabili – Sardegna Ricerche
2 dicembre 2022

2. Microrete della PEr
Per microrete si intende solitamente un insieme interconnesso di fonti di
generazione distribuita e carichi elettrici, con confini ben definiti, che può operare
sia connessa alla rete elettrica nazionale sia in isola, quindi in modo autonomo.
❑ La microrete della PEr è localizzata nella propria sede che dal 2010 si trova presso la zona industriale
di Macchiareddu a pochi chilometri dalla città di Cagliari.
❑ Rispetto ad altre infrastrutture analoghe, basate unicamente sulla componente elettrica dell’energia,
adotta un approccio ampio, puntando ad integrare anche la componente termica, la mobilità
elettrica e i gas.
❑ La microrete è stata concepita e sviluppata con la stretta collaborazione dell’Università degli Studi di
Cagliari, è in fase di completamento e sarà ultimata entro il 2023.

3. Microrete
CARICO DI BASE
COGENERATORE
o Fotovoltaico
o Accumulo Elettrochimico
o Cella a combustibile PEM
o Colonnina V2G
PRODUZIONE IN ECCESSO
o Produzione idrogeno
o Accumulo Elettrochimico
o Colonnina V2G
o Accumulo termico
Giorno
lavorativo
Weekend

4. Cogeneratore
Sei unità SOFC da 1,5 kW
CASO NOMINALE:
Combustibile: Gas Naturale
Taglia: 1,5 kWe
Efficienza Elettrica: fino al 60%
Efficienza Complessiva: 85% (con gas di scarico
raffreddati a 30°C)
CASO PEr (valori attesi):
Combustibile: GPL
Taglia: 1,5 x 6 kWe
Efficienza Elettrica: fino al 55%
Efficienza Complessiva: 70% (con acqua
utenza a 55°C)

5. Integrazione gas
STOCCAGGIO
BIOGAS
STOCCAGGIO
CO2
STOCCAGGIO
BIOMETANO
GENERATORI
IDROGENO
STOCCAGGIO IDROGENO
METANATORE
BIOLOGICO
UPGRADING BIOGAS
COLTURA MICROBICA
DIGESTORE
ANAEROBICO
COGENERATORE
GPL
H2
CH4
mix

6. Impianto di recupero termico
Disponibili 2,5 kWt H24
con acqua a 55°C
Gas caldo SOFC
Scambiatore Gas – Acqua
(interno alle celle)
Scambiatore Acqua – Acqua
(interno al container)
Serbatoio da 2000 litri
UTENZA (Ventilconvettori che
servono circa 90 m2 dell’edificio)
Da valutare:
o Possibilità di recupero termico a
temperature maggiori
o Introduzione di una macchina ad
assorbimento
55°C
45°C

7. Impianto semi - sperimentale
SERBATOIO
PER PROVE
ACCUMULO
CON ACQUA
ACCUMULO
CON PCM

8. Accumulo a calore latente
o È coinvolto il cambiamento di stato di un materiale
o Il termine calore latente deriva dall’impossibilità di
associare la quantità di energia accumulata ad una
variazione di temperatura
o Quello di maggiore interesse è il passaggio solido-
liquido
Applicazioni
o Dove è necessario stabilizzare la temperatura: termostatazione passiva
degli edifici, di cabine elettriche e per telecomunicazioni, nei trasporti
(camion frigo) e nelle spedizioni di medicinali, sangue e organi (appositi
contenitori)
o Accumuli nei sistemi in cui sono richieste piccole differenze di
temperatura (riscaldamento e raffrescamento degli ambienti)
T
Q
Sensibile
Sensibile
Sensibile
Latente
Temperatura
cambiamento
di fase
QS QL+S Densità energetica
MJ/m3
Note
Calore sensibile
Acqua 84 ΔT = 20 °C
Granito 50 ΔT = 20 °C
Calore latente
Paraffina 180 Tf = 5 °C ÷ 130 °C
Sali idrati 300 Tf = 5 °C ÷ 130 °C

9. Accumulatore con PCM
o PCM: sale idrato a base di solfato di sodio, cloruro di ammonio e sepiolite
o Temperatura di cambiamento di fase 13 °C
o Contenuto in 95 elementi in polietilene ad alta densità (diametro 50 mm, lunghezza 1050 mm)
o Capacità nominale circa 13,5 kWh
o Fluido termovettore: acqua

10. Raffrescamento estivo
Energia da
fotovoltaico
EER = 2,87 (12 ÷ 7 °C)
ACCUMULO con PCM
UTENZA (Ventilconvettori che
servono circa 90 m2 dell’edificio)
Aria - Acqua
Attività in corso e previste:
o Prove sperimentali al variare della portata e della temperatura
di ingresso
o Studio dell’integrazione ottimale nella microrete e modalità di
gestione attraverso strumentazione industriale
o Modellazione

11. Accumulo a termoclino
Serbatoio
T
z
T
z
(a) (b)
Termoclino
T
z
(c)
Termoclino
Tm Tm Tm
Temperatura uniforme Stratificazione moderata Stratificazione elevata
o Il gradiente di temperatura che si innesta dipende dalle
dimensioni, dal volume, dalle geometrie, dalle portate e dalle
condizioni di circolazione.
o Garantisce una efficienza dell’accumulatore e del sistema in cui è
integrato migliore rispetto ad un sistema a temperatura uniforme.

12. Carica accumulatore
RISCALDATORE
ELETTRICO CIRCOLATORE
REGOLATORE
DI PORTATA
MISURATORE
DI PORTATA
ALLA SOFC
ALLA POMPA
DI CALORE
SERBATOIO
SCAMBIATORE A
PIASTRE
NI cDAQ
TS
PS
TTP
TBP
Q
A B C
D
E
F
G H
I
L M N O
VM2
VM1 VM3 VM4
VM5
VM6
VM7
VM8
VM9
VM10
VM11 VM12
VM13
VA
VM14 VM15
SC1
SC2

13. Scarica accumulatore
RISCALDATORE
ELETTRICO CIRCOLATORE
REGOLATORE
DI PORTATA
MISURATORE
DI PORTATA
ALLA SOFC
ALLA POMPA
DI CALORE
SERBATOIO
SCAMBIATORE A
PIASTRE
NI cDAQ
TS
PS
TTP
TBP
Q
A B C
D
E
F
G H
I
L M N O
VM2
VM1 VM3 VM4
VM5
VM6
VM7
VM8
VM9
VM10
VM11 VM12
VM13
VA
VM14 VM15
SC1
SC2

14. Accumulo a termoclino
PCM macro-incapsulato Graniglia di marmo
Attività in corso e previste:
o Prove sperimentali al variare di portate e
temperature
o Introduzione di diversi materiali
o Studio dei letti multistrato
o Modellazione

15. Collaborazione con UniCa
Reservoir
Heater
Q
V1
V2
V3

16. Grazie per l’attenzione
Fabio Serra
Sardegna Ricerche
Piattaforma Energie rinnovabili
Laboratorio Idrogeno da FER e Accumulo Termico
fabio.serra@sardegnaricerche.it