|
|
| Titolo del progetto |
|
Impianto solare termodinamico di piccola scala per la produzione di energia elettrica e calore |
| Amministrazione proponente |
|
CRS4 Centro Ricerche e Sviluppo Studi Superiori in Sardegna |
| Unità organizzativa |
Linea di attività Solar Energy Technology (SET) del programma Energie Rinnovabili
|
| Indirizzo |
|
Parco Scientifico e Tecnologico, POLARIS, Edificio 1, |
| CAP |
|
09010 |
| Città |
|
Pula |
| Provincia |
|
CA |
| Regione |
|
Sardegna |
| Indirizzo internet dove esiste una descrizione del progetto |
|
non ancora disponibile |
| Referente del progetto |
|
| Nome |
|
Giovanni |
| Cognome |
|
Murgia |
| Funzione |
|
Ricercatore |
| Ente |
|
CRS4 |
| E-mail |
|
giovanni@crs4.it |
| Telefono |
|
070 9250 278 |
| Fax |
|
070 9250 216 |
| Parte 2: PROGETTO - aspetti generali |
|
| Area di intervento del progetto |
X Energie rinnovabili
|
| Destinatari del progetto |
X Aziende
X Istituzioni
|
| |
|
|
| Status del progetto |
X In stato di realizzazione
|
| Durata del progetto |
|
| Data di avvio del progetto |
gennaio/2006
|
| Data prevista per la messa a regime |
marzo 2009
|
| Descrizione sintetica del progetto |
|
Recenti analisi sugli sviluppi della tecnologia del Solare Termodinamico (ST) rilevano il costante progresso delle prestazioni e la riduzione dei costi e concludono che questa tecnologia avrà nei prossimi decenni un ruolo fondamentale nella produzione energetica mondiale. Non a caso, verso il Solare Termodinamico sono orientate importanti ricerche e sperimentazioni cinesi, giapponesi, americane ed europee. In Spagna e negli USA si stanno già costruendo le prime centrali.
Per una serie di motivi la Sardegna potrebbe giocare in questo scenario un ruolo di assoluta avanguardia nazionale ed europea: oltre che per la sua localizzazione geografica e per le condizioni climatiche, che fanno dell'isola un candidato naturalmente eccellente per lo sviluppo di questo genere di attività, la regione può vantare una tradizione di ricerca scientifica di estremo rilievo anche in questo specifico settore.
Nel 2004 il CRS4 ha avviato, sotto la supervisione del Prof. Carlo Rubbia, un'iniziativa di ricerca e sviluppo nel settore del solare termodinamico, volta alla dimostrazione modellistica di impianti che utilizzano gas inerti come fluidi termovettori e sistemi di accumulo termico a elementi solidi. Nel 2005 le attività di ricerca sulle tecnologie del solare termodinamico hanno condotto all'avvio di un programma di ricerca industriale, che prevede la creazione in Sardegna di un Laboratorio Pubblico-Privato per lo sviluppo di tali tecnologie illustrato in una seconda scheda.
Successivamente nel 2006, è stata avviata al CRS4 una nuova linea di ricerca indirizzata verso la progettazione e la dimostrazione di impianti di piccola scala (200-2 MWe) che rappresenta il progetto qui presentato. Questi impianti si rivolgono alla generazione distribuita, ovvero ad un modello di produzione di elettricità, in genere da fonte rinnovabile, basato su piccoli impianti integrati alla rete di distribuzione.
Dagli incoraggianti risultati della ricerca, sta nascendo in Sardegna una nuova impresa, spin-off del CRS4, che realizzerà impianti per la generazione elettrica distribuita e continua di piccola scala (SS-ST, Small Scale ST). L'impresa è fondata dai ricercatori del CRS4 che negli ultimi tre anni hanno focalizzato la loro attività di ricerca alle problematiche della tecnologia ST.
Il CRS4, tramite il suo spin-off, si propone di coordinare le attività di una rete d'imprese ad alta tecnologia finalizzata alla progettazione, industrializzazione e commercializzazione d'impianti SS-ST.
Il completamento del progetto prevede l'avviamento delle attività mediante la realizzazione e messa a punto di un prototipo SS-ST da 200 kWe. Le caratteristiche modulari di questo prototipo permetteranno di ampliare, in una seconda fase, le dimensioni dell'impianto sino a raggiungere la taglia massima di 2 MWe, ovvero quella che assicura i minori costi di produzione dell'energia elettrica. Le industrie ed aziende vicine al sito d'installazione potranno così disporre di corrente elettrica a prezzi competitivi e del calore prodotto in esubero dal ciclo termoelettrico.
|
| Esigenza/e affrontata/e dal progetto |
|
Le attività di ricerca realizzate al CRS4 nel settore della tecnologia SS-ST nascono dall'esigenza di creare nel territorio della Sardegna l'insieme di competenze progettuali e industriali per la messa a punto d'impianti innovativi per la produzione distribuita di energia elettrica e calore. L'interesse specifico è, infatti, rivolto verso la creazione di una industria di nuova generazione, ad alto livello conoscitivo e tecnologico, in grado si competere nel mercato, in forte espansione, delle tecnologie per la produzione di energia elettrica da fonte rinnovabile.
Gli impianti SS-ST si inseriscono in una fascia di mercato ancora vergine per la tecnologia ST ed offrono, rispetto ai grandi impianti industriali, un minor impatto ambientale e quindi una migliore accettazione da parte delle comunità locali presenti nelle aree fortemente antropizzate del sud Europa. Inoltre la tecnologia SS-ST è particolarmente adatta ad accoppiarsi con le attività produttive di piccole e medie imprese che possono sfruttare la cogenerazione di corrente elettrica e calore per la generazione di caldo o di freddo. La percentuale di utilizzo di energia solare nelle industrie è attualmente insignificante se comparata a quella del settore residenziale. D'altra parte, il settore industriale è il maggior utilizzatore di energia nei paesi idustrializzati, con circa il 30 % del consumo totale. Da notare che nelle industrie il consumo di energia è così ripartito: 33% elettricità, 67% calore. Questo dato porta a considerare un grande mercato potenziale per l'energia termica ed elettrica da solare, valutabile in diverse centinaia di GWth per anno.
Nelle regioni italiane del mezzogiorno tale mercato è costituito dalle numerose piccole-medie imprese sempre più interessate ad utilizzare ed ad investire nelle nuove tecnologie di produzione energetica, atte a ridurre i costi derivanti dal consumo di energia per lo svolgimento delle proprie attività produttive.
Nel settore dell'energia solare questo mercato è attualmente coperto dal FV ma a costi di produzione significativamente più elevati (stimati superiori del 30% rispetto al corrispondente impianto SS-ST) e senza il vantaggio della cogenerazione termica tipica dei sistemi SS-ST.
|
| Obiettivi del progetto |
Il settore del solare termodinamico ha ampi margini di miglioramento e le attività di ricerca e sviluppo possono ancora offrire le condizioni di vantaggio competitivo per collocare le imprese sarde tra i soggetti che governeranno il superamento dell'attuale fase preindustriale e potranno trarre profitto dalle successive fasi di industrializzazione ed espansione del settore.
In questo scenario l'obiettivo iniziale della ricerca è stato rivolto allo studio dei processi critici di trasferimento energetico attraverso la simulazione dei processi fisici di scambio termico e trasporto di massa negli impianti SS-ST. Le simulazioni hanno consentito di predire le prestazioni di conversione energetica e di operare le successive ottimizzazioni di progetto sino a determinare i parametri di massima ottimali per i sistemi di piccola scala.
Contemporaneamente è stato attuato il necessario trasferimento tecnologico verso le imprese locali per creare nel territorio della Sardegna una filiera produttiva integrata in grado di realizzare i primi prototipi e governare le successive evoluzioni tecnologiche.
Gli obiettivi futuri mirano alla progettazione esecutiva e realizzazione fisica dell'impianto prototipale da 200 kWe che dovrà dimostrare sia la fattibilità della tecnologia che il potenziale commerciale di questo tipo d'impianto.
L'obiettivo finale del progetto qui illustrato è quello della promozione verso i vari soggetti finanziatori (banche, fondi d'investimento, venture capitalist, grandi gruppi industriali, ecc.) al fine di avviare la fase di industrializzazione della tecnologia sviluppata nel progetto per la produzione su larga scala.
|
| Azioni previste dal progetto |
|
La principale azione prevista dal progetto riguarda la realizzazione e messa a punto di un prototipo ST da 200 kWe da installare su un appropriato sito d'installazione. Le componenti originali da sviluppare e testare nell'ambito del prototipo sono: il campo solare, il sistema di accumulo dell'energia termica, il sistema di monitoraggio e controllo e l'accoppiamento del sistema di generazione elettrica con il campo di raccolta dell'energia solare.
Attualmente è stata realizzata, in seno al CRS4, la prima fase del progetto, ovvero l'acquisizione delle competenze necessarie per la progettazione di massima di impianti ST e lo sviluppo dei sottosistemi critici d'impianto.
Contemporaneamente è stata avviata un'azione di sensibilizzazione verso le professionalità tecnico scientifiche presenti nel territorio sardo all'interno delle Università ed Enti di Ricerca, degli studi ingegneristici di progettazione industriale e delle imprese. Quest'azione ha creato la rete di relazioni con le professionalità necessarie per la realizzazione di questa tipologia d'impianto. Il gruppo del CRS4 ha inoltre iniziato a lavorare in stretto contatto con alcune PMI per progettare e realizzare l'insieme della componentistica innovativa (i nuovi riflettori, le strutture meccaniche di sostegno, i dispositivi di conversione termoelettrica, il fluido termovettore) e per mettere a punto i servizi connessi alla produzione in serie degli apparati (servizi di metrologia ottica).
L'azione finale, a valle della realizzazione del prototipo, riguarderà la promozione dell'iniziativa verso finanziatori esterni per attivare la fase di industrializzazione.
|
| Risultati attesi |
Le analisi degli scenari di evoluzione della tecnologia sul breve-medio periodo dimostrano che la produzione elettrica da solare termodinamico su piccola scala potrà possedere le caratteristiche di affidabilità, robustezza ed economicità per essere competitiva rispetto alle tecnologie concorrenti da fonte rinnovabile quali il fotovoltaico, le biomasse e l'eolico. La Sardegna ha caratteristiche ambientali e di insolazione favorevoli allo sfruttamento locale di questa fonte energetica, almeno allo stesso livello delle altre regioni del Sud Italia e della Spagna, sedi dei più recenti investimenti nel settore.
Il risultato atteso più ovvio ed importante è la dimostrazione, mediante il prototipo da 200 kWe, della tecnologia SS-ST nelle condizioni meteorologiche della Sardegna e quindi il suo utilizzo in climi stagionali tipici dell'area del sud-Europa. L'attività di sperimentazione e raccolta dati fornirà le informazioni su: (i) la produzione di energia elettrica e calore dall'impianto nella reali condizioni di esercizio, (ii) i reali costi d'investimento dell'impianto, (iii) l'affidabilità del sistema, (iv) i costi di esercizio dell'impianto.
Un altro risultato è la realizzazione di un cluster di imprese sarde ad alta tecnologia e la formazione di personale tecnico altamente specializzato in grado di gestire la fase di sviluppo di dispositivi per la tecnologia SS-ST.
Infine, si prevede entro il 2011, la diffusione di questa tecnologia nel territorio regionale. Questa prima azione di marketing metterà le premesse, nel quinquennio successivo, per la vendita di questa tipologia di prodotto in ambito nazionale, europeo e nelle regioni extra-europee a più alta insolazione (sun-belt region).
|
| Risultati conseguiti |
Le attività finora condotte in seno all'area SET (Solar Energy Technologies) del CRS4 hanno riguardato lo studio di fattibilità tecnica ed economica del progetto, la progettazione di massima dell'impianto e dei suoi sottosistemi e l'individuazione dei partner tecnologici e dei fornitori. Una breve rassegna dei risultati sinora ottenuti è presentata di seguito:
Studio di fattibilità tecnica: sono state effettuate le simulazioni dei processi d'impianto più critici quali: (i) l'evoluzione dei gradienti termici nei serbatoi di accumulo termico, (ii) la captazione solare nel tubo ricevitore, (iii) il trasporto del fluido termovettore all'interno del tubo ricevitore e del sistema di piping (tubi collettori) (iv) il comportamento meccanico della struttura di sostegno sottoposto a carico statico, (v) il comportamento dei pannelli riflettenti sottoposti a carico statico e a stress termici e (vi) la formazione dei campi di pressione generati dalle interazioni tra le parabole lineari e il vento.
Progettazione di massima del prototipo: sulla base dei risultati dello studio di fattibilità tecnica è stata realizzata la progettazione di massima del prototipo che include il disegno e il dimensionamento dei seguenti sottosistemi: la struttura di sostegno delle parabole lineari, gli specchi riflettenti, il sistema di movimentazione delle parabole, i serbatoi di accumulo termico, il sistema di tubi collettori (piping e sistema di pompaggio), il sistema di monitoraggio e controllo. La progettazione di massima dell'impianto include: la definizione delle condizioni di esercizio (temperature massime e minime, portata dei fluidi, pressioni operative etc.), dei materiali (tipo di olio diatermico, tipo di acciaio, etc) e delle caratteristiche tecniche degli apparati (pompe, valvole, filtri, guarnizioni, etc.)
Studio di fattibilità economica: sono state realizzate le analisi economiche-industriali sui costi di produzione dell'energia elettrica (LEC: Levelized Energy Cost) alle diverse scale d'impianto e di insolazione media annua del sito di produzione. E' stata redatta una stima dei costi d'investimento relativa al prototipo d'impianto da 200 kWe.
|
| Quali sono state le principali difficoltà affrontate nella realizzazione del progetto? |
X Di carattere organizzativo
X Di carattere procedurale
X Di carattere tecnologico
|
| Note aggiuntive sulle criticità riscontrate |
|
La tecnologia SS-ST ha una minore maturità rispetto alle più affermate tecnologie rinnovabili, quali il fotovoltaico e l'eolico; la minore maturità si riflette in maggiori rischi d'investimento e nell'intrinseca difficoltà delle iniziative di marketing verso i potenziali utilizzatori. Da qui la necessità di un intervento di carattere pubblico per la realizzazione dei prototipi d'impianto dimostrativi.
Gli impianti SS-ST in Europa sono stati valutati soltanto all'interno di studi di fattibilità tecnica ed economica. La scarsità di prototipi e di una connessa attività sperimentale su questa dimensione di scala, impedisce di certificare le stime sulle prestazioni e sui costi prodotte dagli studi di fattibilità, il che determina altre incertezze nei potenziali investitori.
Sino ad oggi, l'incertezza sulle prestazioni tecniche ed economiche e la mancanza di un quadro normativo specifico di incentivazione per la tecnologia SS-ST ha sfavorito la partecipazione di capitali privati nel processo di sviluppo della tecnologia, rallentando, di fatto, la maturazione ed l'immissione del prodotto SS-ST nel mercato.
Recentemente l'attuale governo nazionale ha incluso il solare termico tra le tecnologie strategiche nel settore delle energie rinnovabili e si è impegnato a definire entro un anno l'entità degli incentivi.
E' auspicabile che gli incentivi distinguano tra la media-grande scala industriale (impianti dalle decine di MWe in su) e la scala degli impianti SS-ST, caratterizzata da costi di produzione dell'energia elettrica più elevati non potendo beneficiare degli effetti positivi di scala.
|
| Parte 3: PROGETTO - aspetti specifici |
|
| Partnership |
|
| Se il progetto prevede partnership istitizionali, indicare ruolo svolto da ciascun soggetto coinvolto |
|
Il progetto è realizzato in stretta collaborazione tra il CRS4, che coordina le attività di carattere tecnico-scientifico e Sardegna Ricerche, che si occupa della promozione della tecnologia ST verso le istituzioni regionali (la Regione Autonoma della Sardegna, enti territoriali quali Comuni, Province) e verso le PMI sarde. Inoltre il progetto è inserito all'interno delle attività del piano di promozione e marketing strategico della Regione Autonoma della Sardegna, di cui il soggetto attuatore è la società finanziaria regionale SFIRS. |
| Se il progetto prevede partnership pubblico-privato, indicare il ruolo svolto da ciascun partner privato |
|
alcuni partner tecnologici responsabili dello sviluppo di componenti critiche del sistema SS-ST ovvero: il pannelli riflettenti, i gruppi di movimentazione e le strutture di sostegno del campo solare. Il CRS4 coordinerà il progetto in stretta collaborazione con il suo ''spin off'' a cui saranno affidate le progettazioni definitive ed esecutive e la direzione tecnica della installazione del prototipo. E' in fase di valutazione la partecipazione alla partnership pubblico-privata dell'azienda fornitrice del dispositivo di conversione termo-elettrica. |
| Organizzazione |
|
| Professionalità coinvolte |
Il progetto prevede la creazione di un'area operativa e di un'area tecnica, entrambe sotto la Direzione Strategica dei Responsabili di Progetto. L'Area Operativa si occupa di General Management, dell'Amministrazione e della Finanza e Controllo. Le professionalità coinvolte nell'area tecnica sono le seguenti: ricercatori scientifici responsabili dello sviluppo della modellistica dell'impianto e dei dispositivi (riflettori, struttura di sostegno) e la progettazione di massima del sistema e dei sui dispositivi; ingegneri (meccanici, elettronici, elettrici, civili, idraulici) coinvolti nell'attività di progettazione dei sottosistemi e della progettazione esecutiva del prototipo; tecnici esperti nei seguenti settori:
tecnologie di produzione industriali del vetro; metrologia ottica; produzione di apparati meccanici di precisione (carpenteria metallica, attuatori meccanici, etc); gestione di impianti a fluido ad alta temperatura; sviluppo software ed in particolare di sistemi embedded e real-time; tecnologia dei serbatoi metallici di grande capacità.
|
| Il progetto ha comportato nuove modalità organizzative? |
X No
|
| Descrivere sinteticamente le soluzioni/cambiamenti organizzativi adottati |
|
La soluzione organizzativa adottata e' quella gia' presente al CRS4 che e' organizzato per Programmi di Ricerca (Energie Rinnovabili) e linee di attivita' (Solar Energy Technology). La partnership tra il CRS4 e i partner privati potrà portare alla costituzione di un consorzio pubblico-privato. |
| Il progetto ha richiesto una formazione specifica del personale? |
X No
|
| |
|
|
| Per la realizzazione del progetto, sono state adottate particolari tecnologie ICT? |
X Sì (descrivere)
|
| |
|
Sono stati prodotti dei codici di termo-fluidodinamica, di trasferimento di energia (specchi, tubo ricevitore) per il dimensionamento del sistema e la modellazione del prototipo. Sono stati utilizzati codici commerciali di fluidodinamica 3D e di calcolo strutturale per la progettazione del campo solare. Verranno utilizzati software CAD/CAM/CAE per la progettazione dei nuovi dispositivi. Verranno sviluppati codici ad hoc per il controllo, il monitoraggio dell'impianto e per la raccolta dei dati di processo |
| Sono state effettuate iniziative di comunicazione istituzionale? |
X No
|
| |
|
|
| Risorse |
|
| Costo complessivo del progetto |
|
3 Milioni di Euro |
| Il progetto è stato finanziato con |
X Fondi interni
X Fondi comunitari
|
| |
|
|
