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Calore e freddo al 100% “fossil-free” per piccole reti di teleriscaldamento

Rinnovabili e calore di scarto per una decarbonizzazione totale a livello cittadino o di quartiere: ecco l’obiettivo ultimo del progetto europeo WEDISTRICT.

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Se l’apparentemente ambizioso obiettivo di totale decarbonizzazione sembra ormai del tutto realizzabile a livello di regione o Paese, visti i sempre più numerosi studi e piani realizzati in Europa in tal senso, ancor più plausibile risulta la meta di soluzioni tecnologiche alimentate al 100% da rinnovabili ma su scala più piccola, come quella di una città o di un suo quartiere.

Caldo e freddo? Del tutto “fossil-free”

Proprio questo è lo scopo che si prefigge il progetto europeo WEDISTRICT, finanziato nell’ambito del programma europeo di ricerca e innovazione Horizon 2020, che riunisce 21 partner da diversi Paesi Europei con l’obiettivo di studiare e realizzare, nonché testare e monitorare soluzioni tecnologiche che possano fornire calore e freddo al 100% “fossil-free” a reti di teleriscaldamento e teleraffrescamento.

Si tratta di soluzioni che non solo impiegano una molteplicità di fonti energetiche rinnovabili ma prevedono anche l’utilizzo di calore di scarto (o di recupero), proveniente soprattutto dal raffreddamento dei “data center”.

Gli impianti, inoltre, includeranno tecnologie avanzate per lo stoccaggio del calore e la sua successiva redistribuzione nella rete e all’interno degli edifici, nonché soluzioni di digitalizzazione “smart” per ottimizzare l’efficienza operativa dei sistemi installati.

Quattro nuovi impianti alle porte

Il fulcro del progetto prevede non solo la progettazione delle soluzioni innovative ora descritte ma anche la loro implementazione in casi reali tramite realizzazione, al momento in fase di sviluppo, di quattro impianti pilota.

Questi casi pilota, che saranno installati in Polonia, Romania, Spagna e Svezia, sono rappresentativi di differenti situazioni economiche e climatiche e, quindi, si ritengono poi esportabili anche ad altri Paesi europei, tra i quali chiaramente figura anche l’Italia.

Il primo impianto dimostrativo, ad esempio, sarà installato nella località spagnola di Alcalá de Henares, a supporto della rete di teleriscaldamento e raffrescamento del centro di ricerca e sviluppo della società CEPSA, incentrata sulla produzione di sostanze chimiche.

La particolarità di questo sito è l’elevatissimo valore di radiazione solare diretta, che raggiunge quasi i 2.000 kWh/anno per metro quadrato. Tale valore rende possibile l’utilizzo di collettori solari a concentrazione sia per la produzione di calore per acqua calda sanitaria e il riscaldamento degli ambienti, sia per il raffrescamento tramite macchine frigorifere ad assorbimento.

Più in dettaglio, 3 saranno i sotto-campi che costituiranno l’impianto solare termico: 0,5 MW di collettori parabolici, 0,5 MW di collettori Fresnel e 0,25 MW di collettori piani a concentrazione.

Nello spirito del progetto, però, il solare non opererà da solo, ma in sinergia con una caldaia a biomassa, della potenza di 1 MW. La provenienza del combustibile sarà rigorosamente locale e, quindi, da filiera corta.

Il sistema di accumulo sarà costituito da un classico serbatoio ad acqua e un più avanzato accumulo a sali fusi, con un volume di circa 30 m3.

Cogenerazione con celle a combustibile in Svezia

Un altro caso pilota, poi, sarà installato a Luleå, in Svezia. Qui il focus del progetto è una soluzione innovativa di recupero del calore, che impieghi anche celle a combustibile. Il calore di scarto proviene da un centro dati della cittadina svedese e sarà utilizzato per alimentare la rete locale di teleriscaldamento, mentre l’elettricità prodotta sarà consumata nello stesso centro dati.

Il recupero del calore avverrà tramite raffreddamento a liquido e il successivo innalzamento di temperatura, necessario per raggiungere i valori operativi della rete di teleriscaldamento, sarà ottenuto proprio tramite il sistema cogenerativo con celle a combustibile.

E le reti esistenti?

La città di Racibórz, come molte altre in Polonia, è invece dotata di un sistema di teleriscaldamento a carbone, per una potenza complessivamente installata di quasi 90 MW termici.

La sfida, in questo caso specifico, è quella di impiegare una miscela di tecnologie a energie rinnovabili, che sicuramente includerà caldaie a biomassa e pompe di calore ad aria (per circa 300 kW di potenza), ma anche fotovoltaico per la produzione elettrica, facendo in modo che il prezzo del calore fornito non risulti più elevato dello status quo per gli utenti finali.

Un altro progetto retrofit, inoltre, sarà realizzato a Bucarest, dove la rete cittadina del teleriscaldamento è attualmente fornita di un sistema cogenerativo alimentato a gas naturale. L’impianto pilota del progetto WEDISTRICT si focalizzerà sulla fornitura di calore rinnovabile a un laboratorio di ricerca, grazie alla combinazione sinergica tra pompe di calore geotermiche ed energia solare.

Con energia solare, in questo caso, si intende sia l’adozione di un sistema fotovoltaico, con potenza tra i 15 e i 20 kWp, per alimentare l’unità geotermica sia l’impiego di collettori solari termici per la produzione di acqua calda sanitaria.

Il sistema a sonde geotermiche, che ha una potenza di circa 20 kW, può inoltre essere utilizzato per il raffrescamento estivo dell’edificio, un servizio al momento del tutto assente.

È doverosa, infine, una precisazione in merito all’ambiziosa meta della totale decarbonizzazione: il progetto, infatti, si prefigge questo obiettivo nel caso di reti di nuova realizzazione. Nel caso estremamente più complesso di intervento retrofit, invece, la copertura tramite rinnovabili e calore di scarto dovrebbe essere compresa tra il 60 e il 100%.

Nella foto in alto l’impianto di teleriscaldamento di Marstal (Danimarca), alimentato al 100% da biomassa e solare termico.

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