Ripensare l'energia: il contributo della Ricerca dell'Enel - Sauro Pasini Premio Sapio per la Ricerca Italiana
←
→
Trascrizione del contenuto della pagina
Se il tuo browser non visualizza correttamente la pagina, ti preghiamo di leggere il contenuto della pagina quaggiù
Ripensare l’energia: il contributo della Ricerca dell’Enel Sauro Pasini Premio Sapio per la Ricerca Italiana Pisa, 24 novembre 2010
Le sfide che ci attendono: globali
La lotta all’aumento delle emissioni di anidride carbonica
• 1.5 miliardi di persone non hanno accesso all’elettricità
• 2.5 miliardi di persone usano biomasse per cucinare
Come far fronte a questa richiesta di energia
nel rispetto del pianeta?
5.5
t CO2e/a.p
Fonte: Sustainable Energy – without the hot air, David J.C. MacKay
Le sfide che ci attendono: nazionali
Il bilanciamento del mix delle risorse energetiche italiane
Mix di combustibili per la generazione elettrica (2007)
Rinnovabili Nucleare Carbone Gas Olio
1% 1%
4% 6% 4% 5%
13,5% 13% 12% 5%
22%
17,5% 37% 31%
49%
56% 28%
26,8%
24% 77%
30%
13%
18% 28%
13% 22%
29,2% 29%
18% 16% 21% 17%
13%
ENEL ENEL Italia Germania Spagna Francia EU27
(Mondo) (Italia)
Il mix italiano è sbilanciato sui combustibili più costosi (gas + olio)
Fonte: Stime Enel con dati IEA (Electricity Information 2008), Terna 2007, Enerdata
La ricetta dell’Enel
Cinque punti chiave su cui lavorare
Innovazione
Adozione delle tecnologie Ricerca e Innovazione
più efficienti per la sulle nuove tecnologie
generazione “Low Carbon”
termoelettrica
Energie Ricerca
Rinnovabili
Efficienza energetica e
Sistemi di generazione a
reti intelligenti
emissioni zero di CO2:
nucleare e rinnovabili
Ambiente
Leadership sul mercato globale delle emissioni di CO2
previsto dai meccanismi dell’accordo di Kyoto
4
Il contributo della Ricerca
Tre importanti aree su cui sviluppare innovazione
A
B
A
C
A Efficienza e cattura della CO2 B Rinnovabili
C Efficienza energetica e Reti Intelligenti
A Carbon Capture & Storage (CCS)
Dalla cattura a valle della centrale allo stoccaggio
Unità TE Cattura Compressione Iniezione Acquifero salino
e trasporto
CO2 path
1 km
Cap rock - strato
impermeabile CO
2
Perdita di rendimento prevista attualmente
45% - 12÷14% =31÷33%
A La fattibilità su grande scala
Le attività di Enel
Impianto Dimostrativo Porto Tolle - 810.000
Impianto Pilota – 10.000 Nm3/h Nm3/h
• Costruito impianto pilota presso la centrale • Capacità: ~1 Mt di CO2 per anno (~250 MWe)
a carbone Enel di Brindisi Sud • Stiamo analizzando le migliori tecnologie
• Capacità: 25 t di CO2 per anno (~3 MWe) esistenti al mondo, per scegliere la tecnologia
• Impianto entrato in esercizio a luglio 2010 ottimale di cattura post-combustione
e attualmente in esercizio sperimentale • Ricevuto finanziamento EU-EERP di 100 M€
• Stoccaggio: off-shore in acquifero salino
profondo (~80 km dalla centrale)
• Entrata in servizio: 2015
A Scelta del sito di stoccaggio geologico
Studio del sito “Alto Adriatico”
Il potenziale di
stoccaggio maggiore
(~1300 Mt CO2) è
localizzato in un
acquifero salino
profondo ~150÷200
km sud-est della
centrale.
A Riduzione dell’impatto energetico
Diminuzione penalizzazione della tecnologia di cattura
Le tecnologie di prossimo sviluppo
Sorbenti amminici MEA • I sorbenti utilizzati nell’impianto di
(impiegati a Brindisi e Brindisi e Porto Tolle sono gli unici
per futuro PT)
14 che avranno una maturità
Sorbenti liquidi
commerciale nel 2015
12
• Il test di questi sorbenti su scala
Perdita efficienza (%)
10 Tecnologie di futuro
commerciale ci permetterà di avere
sviluppo (es. membrane) un know-how competitivo in vista
8 dell’utilizzo industriale
• Lo sviluppo dei sorbenti liquidi
6
utilizzati in impianti post-
4
combustione permetterà di ridurre
anche del 40%-50% l’impatto della
2 Tecnologie di attuale interesse per progetti di CCS sulla generazione (per impianti
ricerca in Enel commerciali costruiti dopo il 2025)
5 10 15 20
Disponibilità della tecnologia (anni ancora necessari)
Dal 2011 avvieremo i test sul pilota di Brindisi di sorbenti innovativi con
l’obiettivo di verificare la riduzione della penalizzazione energetica (obiettivo:
riduzione del 40% da 13 punti a 8 punti percentuali)
A Riduzione dell’impatto energetico
Aumento dell’efficienza degli impianti di generazione
Fusina
Evoluzione rendimento centrali a carbone
Efficienza
Leghe di
netta [%]
ENCIO nichel
700 Componenti di prova,
365 bar sperimentati col vapore
50% 700°C a 700°C
TVN
250 bar
600°C
40%
250 bar
565°C
167 bar
540°C Acciai Ferritici,
30% Austenitici
Anni Surriscaldatore
‘50 ‘60 ‘70 ‘80 ‘90 ‘00 ‘10
Stiamo studiando, nell’ambito di un progetto europeo che vede la
partecipazione delle principali utilities e dei più importanti produttori di
materiali, lo sviluppo di nuovi materiali che consentiranno di aumentare
ulteriormente il rendimento e le performance “ambientali” dei futuri
impianti a carbone (η > 50%)B Fonti rinnovabili
La ricerca Enel nel campo dell’energia solare
Le frontiere innovative I progetti Enel
1
Assicurare la producibilità di energia
elettrica anche in presenza di scarso
irraggiamento solare (anche durante la Archimede, centrale solare a
Solare
notte) concentrazione integrata con un
termodinamico Aumentare il più possibile l‘efficienza del tradizionale ciclo combinato
sistema per rendere la tecnologia
competitiva
2
Sviluppare sistemi integrati che
consentano di assicurare la disponibilità di Laboratorio fotovoltaico di
energia elettrica prodotta attraverso Catania, dotato delle più avanzate
pannelli fotovoltaici anche in presenza di
Solare strumentazioni per il test di
scarso irraggiamento solare o in sua
fotovoltaico assenza pannelli fotovoltaici
Testare i pannelli fotovoltaici di ultima
generazione sviluppando sistemi di controllo
e diagnosticaB L’impianto Archimede
Il cuore dell’innovazione tecnologica
Soffietto Intercapedine Vetro
metallico sotto vuoto antiriflesso
PATENT
Sali Fusi Sali Fusi
550° C 290° C
Giunzione Coating
vetro-acciaio selettivo
L’utilizzo di Sali fusi per la cattura dell’energia solare permette di raggiungere una
temperatura massima di 550 °C, contro i 400° delle tecnologie convenzionali a olio
diatermico, con grandi benefici sia in termini di conversione dell’energia solare in elettricità,
sia di integrabilità con centrali a fonti fossili, sia come mezzo per l’accumulo energetico.
La tecnologia Archimede si posiziona come nuova frontiera tecnologica:
grazie ad una maggiore temperatura di esercizio e una maggiore efficienza,
l’energia prodotta aumenta del 20÷25%B Archimede: unico nel suo genere
Archimede è il primo
impianto al mondo ad essere
integrato con una centrale a
Centrale di Priolo Ciclo combinato Campo solare ciclo combinato ed il primo
Gargallo (Siracusa -
Sicilia) impianto ad utilizzare sali
fusi sia per la cattura
dell’energia solare che per
l’accumulo energetico
Potenza netta: 4,7 MWe Collettori 300 m 54
Produzione elettrica: 9 GWe/a Superficie specchi 30.600 m2
Efficienza netta: 15,4 % Area occupata ~ 8 ha
Risparmio energetico: 2100 tep/a Accumulo energetico 80 MWh (6.7 ore)
CO2 evitata: 3250 t/a
Questa tecnologia permette di generare elettricità ad ogni ora del
giorno ed in tutte le condizioni atmosferiche fino ad esaurimento
dell’energia accumulata
13B Fotovoltaico innovativo
Test su componenti fotovoltaici di ultima generazione
Attività del centro
• Test moduli outdoor: verifica delle
Camere Stazione prestazioni in condizioni reali
climatiche Simulatore solare
meteo
• Test moduli indoor: verifica dei dati di
targa dei moduli commerciali Enel.si ed
analisi malfunzionamenti in condizioni di
invecchiamento accelerato
• Test di sistemi completi: test di sistemi
al suolo e integrati negli edifici, test di
sistemi a concentrazione
• Monitoraggio remoto impianti FV:
telemonitoraggio e telediagnostica
• Modellazione: sviluppato un modello
elettrico e termico di moduli FV capace di
Test moduli outdoor predire le prestazioni con un errore minore
dell‘1%
Il nostro laboratorio di Catania, la cui dotazione verrà completata a metà
2011, consente di verificare le prestazioni reali dei componenti PV,
solitamente molto diverse da quelle dichiarate dai costruttoriB Progetti di ricerca sul fotovoltaico
Progetto Scoop
Obiettivi:
• Massimizzare le sinergie tra
industrie, centri di ricerca e
università
• Realizzare di componenti e
sistemi CPV a basso costo e
alte prestazioni, competitivi
nel mercato fotovoltaico
• Predisporre metodologie
unificate per la
caratterizzazione dei
componenti e dei sistemi
fotovoltaici a concentrazione
• Creare una rete italiana di
qualificazione e certificazione
dei sistemi CPV
Creazione di un Sistema ItaliaB Progetti di ricerca sul fotovoltaico
Prototipi CPV realizzati all’interno di SCOOP
Sistema 3 Rays System (Angelantoni Industrie)
Separazione spettrale della luce incidente
Progettato per applicazioni industriali e residenziali
Sistema ICARO (SGS Future)
• Tecnologia point focus a lenti di Fresnel
• Generazione elettrica su grande scala
Sistema SOLARNOVA (Savio)
• Concentrazione lineare
• Integrazione del sistema cogenerativo in facciate residenziali
Sistema CENTER (Riello)
• Concentratori parabolici
• Cogenerazione per piccole e medie utenze
commerciali e industrialiB Progetto geotermia bassa entalpia
Realizzare un ciclo a fluido organico supercritico
Sorgenti a temperatura inferiore a
180°C, la tecnologia a cicli binari
è la più efficiente
L’energia è trasferita dal fluido
geotermico ad un fluido secondario
che lavora in un ciclo chiuso ORC
Sviluppo, assieme a Turboden ed al Politecnico di Milano, di una nuova
tecnologia caratterizzata da un‘efficienza superiore a quella delle tecnologie
esistenti (Δη +15%), basata sull‘impiego di cicli binari supercritici ORC
(Organic Rankine Cycle).B Progetto geotermia bassa entalpia
Ottimizzazione del ciclo e scelta del fluido operativo
• Nel campo di temperature studiate, i cicli binari supercritici sono più efficienti
dei cicli subcritici e producono circa il 23% in più di potenza netta
• Il fluido ottimale scelto è il freon R134a (1,1,1,2-tetrafluoroetano).
• Visti i risultati promettenti dello studio di fattibilità, ENEL ha siglato un accordo
con Turboden ed il Politecnico di Milano per progettare e realizzare un impianto
pilota da 500KWe da installare nell’area sperimentale di Livorno per validare
prestazioni, affidabilità e costi di questa nuova tecnologiaB Miglioramento di producibilità ed integrazione
Previsione produzione impianti eolici e solari
Forecasting eolico Forecasting solare
• Abbiamo sviluppato un modello di previsione • E’ in corso slo viluppo di modelli per la stima
di breve-medio periodo della producibilità dell’irraggiamento solare al suolo a partire da
eolica immagini satellitari e modelli meteo per la
• Il modello è stato già applicato a tutti gli previsione della producibilità di impianti
impianti di EGP in Italia (390 MW, 388 fotovoltaici e termodinamici
generatori) e mostra già oggi prestazioni • Gli algoritmi e i modelli utilizzati sono in fase
superiori ai sistemi commerciali: errore medio di ottimizzazione e di validazione tramite
del 14% l’utilizzo di dati sperimentali (sito di Catania)
• Target di miglioramento: errore del 10%
Confronto potenza prevista e potenza prodotta KW previsti
KW prodotti
7000,000
6000,000
Centrale di Cozzo Vallefondi - Feb
2010 --- kW prodotti
5000,000
4000,000
--- kW previsti
3000,000
2000,000
1000,000
0,000
1-feb-10 6-feb-10 11-feb-10 16-feb-10 21-feb-10 26-feb-10
I sistemi di forecast della produzione diventeranno sempre più importanti
per garantire il dispacciamento – La nuova delibera AEEG premia già la
corretta previsione per l’eolicoB Miglioramento di producibilità ed integrazione
Utilizzo delle tecnologie di accumulo energetico
Analisi e test dei sistemi di accumulo prototipali e commerciali
disponibili sul mercato e studio della loro integrazione con sistemi di
generazione da rinnovabiliB Accumulo
La stazione sperimentale di Livorno per il test di batterie
Progetto integrato Enel-Endesa
• Progetto integrato per l’analisi ed il test dei
La stazione sperimentale di Livorno
sistemi di accumulo prototipali e commerciali
disponibili sul mercato e lo studio della loro
integrazione con sistemi di generazione da
rinnovabili
Endesa – ENEL – Progetto
Progetto Store Accumulo
Solfuro di Sodio Batteria Vanadio Redox
Commerciale dal 2002, Livello di sviluppo pre-
per reti di distribuzione commerciale
Zinco-Bromo ZEBRA
Commercialm disponibile Commerciali per I veicoli
da qualche anno, molti e in studio per • Verifica efficienza e affidabilità di sistemi di
progetti dimostrativi applicazioni stazionarie accumulo innovativi
• Modellazione dei sistemi di accumulo in scenari ad
Supercondensatore Litio Ferro Fosfato
alta penetrazione di rinnovabili
(UC) Tecnologia per
Commerciale dai primi automotive, emergente • Caratterizzazione dinamica dei sistemi accoppiati
del 2000, promettente per per applicazioni a fonti rinnovabili
le reti di distribuzione stazionarie
L’accumulo energetico è un fattore chiave per assicurare la
programmabilità degli impianti eolici e solariB Accumulo
La stazione sperimentale di Fusina per il test accumulo con H2
La stazione sperimentale si compone di
due moduli attrezzati. Un modulo contiene
l’elettrolizzatore innovativo per la
produzione di idrogeno, mentre l’atro Skid con circuito di riscaldamento del
contiene i serbatoi di accumulo a base di serbatoio con olio diatermico
MgH2 e NaBH4
Test sperimentali per verificare: Il serbatoio a idruri
• Velocità di magnesio (90 g di
assorbimento/rilascio H2 - 1.5 kg di
polvere di Mg)
• Energia termica in gioco
• Capacità di accumulo
L’accumulo energetico con generazione di idrogeno è una tecnologia di
grandi potenzialità, anche se necessita ancora di importanti sviluppi per
diventare affidabile ed economicamente competitivaC La Generazione Distribuita
Il nuovo paradigma di generazione e le problematiche connesse
Rete di distribuzione Scada
Rete locale utenti MT
cabina
primaria
Rete di comunicazione del sistema
di controllo locale
Comunicazione tra sistema controllo
rete/ sistemi locali Hub Energetico Terziario
industriale
Controllo
Sistema
Locale
Controllo
Sistema
Locale
Hub energetico
residenzialeC Hub energetico residenziale
Casa Enel – Smart Energy Management
• Sviluppo di strategie di efficientamento
energetico in ambito residenziale
• Progettazione e realizzazione di una linea di
Obiettivi prodotti, rivolti al mercato Residenziale e
Small Business, per il miglioramento della
gestione energetica della casa ed il
supporto al cliente
• Sviluppo linea prodotti Enel
• Sviluppo strategie ottimizzazione energetica
in contesto residenziale
Attività in
• Integrazione della domotica con sistemi di
corso
gestione della domanda
• Sviluppo strategie e ambiente di simulazione
per contesto residenziale
Efficientamento energetico in ambito residenziale e gestione
attiva della domandaC Hub energetico terziario industriale
Gestione ottimizzata generazione da rinnovabili ed accumulo
Il sito pilota di Navicelli
• Dimostrare su un distretto energetico
pilota industriale la possibilità di gestire
in maniera ottimizzata carichi,
Obiettivi generazione da rinnovabili ed
accumulo, integrandosi con la rete di
distribuzione
• Ottimizzazione dei requisiti dei
sistemi di generazione e di accumulo
per l’integrazione con le fonti di
generazione distribuita da rinnovabili Numeri dei Navicelli
Sviluppo Navicelli: 480.000 m2
• Sviluppo delle metodologie di Consorzio i Navicelli: 70.000 m2
Attività in gestione integrata della generazione Previsione raggiungimento 1.000.000 m2
e dell’accumulo in 2-3 anni
corso
15 cantieri presenti
• Definizione dell’architettura e 500 unità interne + 1000 unità esterne
sviluppo prototipale del sistema di 50 nuove realtà produttive a breve, con
conseguente raddoppio addetti ai lavori
gestione
• Installazione sistemi di generazione e
di accumulo
Efficientamento energetico in ambito industrialeLa ricerca guida verso il futuro
• Sviluppo di nuove tecnologie per l’utilizzo
“zero emission” dei combustibili fossili
• Sviluppo di tecnologie rinnovabili ad elevata
efficienza
• Sviluppo di sistemi di gestione intelligente
della rete elettrica
• Implementazione di un portafoglio di soluzioni
tecnologiche sempre più diversificato e
completo per migliorare la produzione di
elettricità nel pieno rispetto dell’ambientePuoi anche leggere
