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rapporti - Rapporto di Sintesi

Progetto 2 (USI) “Evoluzione della Domanda Elettrica e delle tecnologie per gli usi finali” Documento di sintesi dell’attività 2008

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Progetto 2 (USI) “Evoluzione della Domanda Elettrica e delle tecnologie per gli usi finali” Documento di sintesi dell’attività 2008

Il presente rapporto descrive la sintesi delle attività di ricerca svolte nel periodo gennaio 2008 – febbraio 2009 nel progetto “Evoluzione della Domanda Elettrica e delle tecnologie per gli usi finali”dell’Area“USI FINALI”, una delle quattro Aree di ricerca definite nell’accordo di programma triennale tra il Ministero per lo Sviluppo Economico e CESI RICERCA S.p.A. stipulato il 21 giugno 2007. Gli obiettivi e l’articolazione del progetto sono descritti nel documento “Piano Annuale di realizzazione 2008” Prot. CESI RICERCA 08002569 (Aprile 2008). Quadro complessivo delle ricerche nel settore dell’efficienza energetica L’avvio del progetto è stato preceduto da una disamina dello stato dell’arte della ricerca nel settore dell’efficienza energetica, per definire in modo evidente la rilevanza e la pertinenza delle tematiche trattate dal progetto con quelle che la comunità scientifica considera importanti e per meglio cogliere le sue specificità e complementarità rispetto a quanto attualmente viene svolto in altri consessi di ricerca. Sono stati allora considerati i principali programmi di ricerca in ambito – nazionale (ENEA, CNR, Università, Industria e collegati), – comunitario (principalmente nel programma EIE-SAVE) – altri ambiti internazionali (IEA, US DoE, EPRI) Il panorama fino ad oggi acquisito ha mostrato che le tematiche del presente progetto e dei progetti ad esso connessi che hanno occupato i due precedenti anni 2006 e 2007, sono in ottima sintonia con quelle caratterizzanti l’ambito della ricerca internazionale e mostrano interessanti complementarità con quelle svolte a livello nazionale. Si richiama in particolare l’attenzione sull’approccio prevalentemente sistemistico (e solo raramente componentistico) adottato nelle ricerche svolte nel settore dell’efficienza energetica negli usi finali energetici; tale approccio costituisce un specificità ormai largamente apprezzata e riconosciuta al modus operandi di CESI RICERCA . Nel periodo di riferimento sono state sviluppate le attività descritte nei punti che seguono Sviluppo di procedure per la valutazione della domanda elettrica Attività computazionale Nell’ambito dell’attività in oggetto è stata messa a punto la procedura di calcolo PRE.V.I.CON., che raggruppa in un ambiente unico gli applicativi esistenti STIVA Errore. L’origine riferimento non è stata trovata. e INTENSITA Errore. L’origine riferimento non è stata trovata.. La procedura PRE.V.I.CON è finalizzata a calcolare in sequenza, per un orizzonte temporale definito dall’Utente, la previsione nazionale dell’andamento del Valore Aggiunto (VA), dell’Intensità Elettrica del Valore Aggiunto (o semplicemente Intensità Elettrica) e i conseguenti Consumi Elettrici nazionali e regionali, per i settori economici considerati nel Bilancio Energetico Nazionale La procedura realizzata ha, oltre al resto, la prerogativa di permettere all’utente di forzare o imporre interventi locali di modifica dei valori di previsione ottenuti a fine calcolo quali: • forzatura di un valore di previsione relativo ad un particolare anno e ad un particolare settore e modifiche conseguenti sul totale annuo • forzatura del totale annuo relativo un valore di previsione e re-distribuzione di tale modifica sui valori parziali di settore Tali interventi si rendono necessari allorquando la procedura viene impiegata nell’ambito di sistemi applicativi (quali ad esempio MATISSE, messo a punto in altro progetto della RdS) per la produzione di scenari modellistici di evoluzione del sistema elettrico ed energetico nazionale.

Lo strumento è realizzato in Visual Basic, con interfacce che rendono l’utilizzo agevole per l’utente. Per la gestione dei dati si avvale di un database MS-ACCESS, mentre gli algoritmi di calcolo sono realizzati in ambiente Fortran. Attività sperimentali Si è constatato che esiste un livello di conoscenza decisamente incompleto per quanto riguarda la performance di apparecchiature commerciali ad alta efficienza, soprattutto in condizioni di reale funzionamento (stagionale, a carico ridotto) che possono differire in modo significativo da quelle nominali. Ciò è di ostacolo ad un utilizzo più capillare delle tecnologie efficienti, in quanto lacune di questo tipo producono scarsa consapevolezza (quando non diffidenza) nell’utenza ed incertezza sulle prestazioni in chi promuove progetti basati sull’efficienza energetica. Si sono allora svolte attività sperimentale per colmare queste lacune conoscitive. Alcune attività sperimentali hanno riguardato monitoraggi delle prestazioni stagionali di pompe di calore (reversibili o meno) utilizzanti come sorgente esterna acqua di corpi idrici (falda o lago) attraverso opportuni scambiatori di calore. Al di là dell’ovvio deterioramento degli indici di efficienza al variare delle condizioni operative, tali attività hanno mostrato che apparecchiature reversibili per la climatizzazione possono presentare efficienze stagionali minori di corrispondenti apparecchiature elettriche dedicate al solo raffrescamento o al solo riscaldamento. D’altronde, la macchina reversibile può portare ad un’ottimizzazione del funzionamento su base annuale che la rende competitiva rispetto ad una soluzione caldaia convenzionale + condizionatore; perché ciò avvenga, occorre però un’accurata progettazione e dimensionamento dei componenti. Altre attività hanno invece riguardato frigoriferi in classe di efficienza elevata, al fine soprattutto di verificare possibili e strategie di accensione e spegnimento legate all’apertura dell’apparecchio, che si sono rivelate per gli interessanti valori di risparmio energetico ottenibili senza che per questo la qualità della refrigerazione ne subisse un degrado rilevante. Sondaggi, rilevazioni, ricerche di mercato, elaborazioni statistiche La valutazione della domanda di energia e della sua evoluzione si giova (e anzi non può prescindere) dalla conoscenza dello stato attuale dei consumi, di quali siano le abitudini e le propensioni tipiche dei vari settori di utenza, di quali sia lo stato attuale delle tecnologie disponibili e di quale sia il mercato di queste tecnologie, attuale e a tendere. L’ottenimento di informazioni ed il loro mantenimento in uno stato di costante aggiornamento richiede una continua attività di rilevazione, ricerche di mercato, accesso a banche dati e loro elaborazione. Una prima indagine ha riguardato l’aggiornamento al 2008 dello stato delle vendite di elettrodomestici per il settore residenziale, già disponibile per il periodo 2000-2007, con particolare attenzione alla classe di efficienza energetica. L’indagine è stata svolta attraverso l’organizzazione GfK, specializzata in questo tipo di ricerche di mercato, e ha evidenziato la trasformazione del mercato ormai in corso, che sta portando per molte applicazioni all’annullamento di vendite di apparecchi di classe inferiore alla A (quindi poco efficienti) e all’adozione sistematica di tecnologie ad alta efficienza Una seconda indagine ha riguardato una statistica svolta, mediante un questionario, su un piccolo campione di utenza residenziale allo scopo di ottenere una prima panoramica di abitudini e propensioni in tale settore nel campo dei consumi energetici ed in vista della messa a punto di un analogo questionario con analoghe finalità ma rivolto ad un campione meno ristretto. L’indagine ha mostrato l’incidenza delle diverse apparecchiature elettriche sul carico e sul consumo complessivo, il più diffuso utilizzo del condizionamento, la difficoltà operativa di recuperare dati tecnici di efficienza dagli intervistati e la necessità di congegnare quindi in modo diverso alcune parti di un futuro questionario per ottenere per altra più semplice via le stesse informazioni. Un’ultima indagine ha riguardato una valutazione del fabbisogno termico degli edifici residenziali, allo scopo di giungere in futuro alla stima del potenziale di risparmio energetico raggiungibile nel campo della climatizzazione efficiente Tale valutazione è stata svolta considerando lo stock edilizio attuale, le possibilità di ristrutturazione (che portano alla riqualificazione dell’isolamento complessivo) e l’evoluzione in prospettiva del parco attualmente presente; lo stock è stato stimato dai risultati del censimento ISTAT 2001 della popolazione e degli edifici ed è stato classificato entro una banca dati accessibile mediante un quintetto di parametri scelti in modo indipendente fra i seguenti attributi: o Vetustà o Materiale edilizio o Tipologia

o Stato di occupazione o Presenza di riscaldamento E’ stata svolta una stima del fabbisogno termico complessivo, che prende in esame le abitazioni ipotizzate all’anno 2020 in tutto il territorio nazionale. La valutazione ha preso in considerazione le abitazioni nuove (con caratteristiche di isolamento particolarmente efficaci), le abitazioni riqualificate a seguito di ristrutturazione (con caratteristiche di isolamento conformi alle normative vigenti) e le abitazioni non riqualificate (con caratteristiche di isolamento basse). Applicazioni in supporto ad Enti Istituzionali per la valutazione del risparmio conseguibile Supporto ad MSE: procedure di valutazione delle misure di efficienza energetica CESI RICERCA è stato nominato rappresentante nazionale, dal Ministero per lo Sviluppo Economico, in due gruppi di lavoro per le procedure di valutazione dell’efficienza energetica, che sotto l’egida della DG TREN fungono da supporto tecnico al Comitato sull’implementazione della Direttiva 2006/32/CE concernente l’efficienza degli usi finali dell’energia e i servizi energetici. I due gruppi valutano i due possibili approcci alternativi per la messa a punto di procedure di valutazione e verifica di misure di efficienza energetica: “Top-down” e “Bottom-up”. L’opinione espressa da CESI RICERCA può essere compendiata come segue: o utilizzo il più possibile estensivo di procedure Bottom-Up e ricorso al Top-Down per pochi e selezionati casi (es. il settore dei trasporti o le azioni di policy) o messa a punto di procedure di valutazione Bottom-Up nazionali, adottando quale elemento di armonizzazione a livello europeo le opzioni suggerite dal progetto europeo EMEEES, peraltro largamente condivise dagli Stati Membri o evidenza della tracciabilità del processo che ha portato alla messa a punto di ciascuna procedura nazionale Supporto ad AEEG: studi su aspetti regolatori dell’efficienza energetica L’Autorità per l’Energia Elettrica ed il Gas si è giovata di una serie di studi svolti da CESI Ricerca a supporto delle sue attività svolte nel suo ruolo regolatorio. E’ stata presa visione delle schede dell’AEEG sull’efficienza energetica e dei rapporti annuali a consuntivo sulle schede. E’ stata effettuata un’azione sistematica di revisione del calcolo dei risparmi energetici delle singole schede tecniche sull’efficienza energetica (certificati bianchi), in base all’aggiornamento del coefficiente di conversione dell’energia primaria in energia elettrica. Si è affrontato poi lo studio di nuove schede tecniche già in elaborazione al fine di emettere il documento per la consultazione all’inizio del 2009, in particolare: – la scheda sullo stand-by degli apparecchi elettrici (televisori e decoder), “Installazione di dispositivi di spegnimento automatico di apparecchiature in modalità stand-by”; – la scheda sull’utilizzo dei LED per i lumini cimiteriali “Sostituzione di lampade votive ad incandescenza con lampade votive a LED” In collaborazione con FIRE è stato messo a punto un questionario destinato a raccogliere maggiori informazioni nel settore delle ESCO italiane. Il campione di 43 aziende che hanno risposto all’intervista rappresenta quasi il 30% dell’universo di riferimento iniziale di 151 società operanti nel settore dell’ efficienza energetica su tutto il territorio nazionale ed accreditate all’AEEG. Dall’analisi del campione emergono alcune considerazioni di notevole rilevanza, che aiutano ad inquadrare l’attuale scenario di mercato: – la maggior parte delle società operanti nel settore dei servizi energetici è costituito da soggetti di recente costituzione operanti da non più di quattro anni – dimensioni aziendali in riferimento al fatturato: il valore più diffuso è quello compreso tra dal mezzo milione al milione di euro – dimensioni dell’organico: oltre metà del campione costituito da soggetti con meno di 10 dipendenti – settori in cui si rileva il maggior numero di interventi: fonti rinnovabili di energia – attività prevalenti: Audit Energetici, progettazione degli interventi, fornitura, installazione e gestione di impianti

– dal punto di vista tecnologico, si riscontra una notevole attenzione verso interventi di razionalizzazione dei consumi che puntano su tecnologie oramai ben collaudate e dunque ritenute affidabili in termini di risultati. o impianti di produzione di energia elettrica mediante conversione fotovoltaica dalla fonte solare o la cogenerazione, che consente risparmi in termini di energia primaria dell’ ordine del 30-40%. o sostituzione di vecchi motori con motori ad alta efficienza o razionalizzazione dell’illuminazione o efficientamento dei sistemi di refrigerazione/climatizzazione Supporto ad ENEA: quaderno dell’efficienza energetica Nell’anno in corso l’ENEA ha programmato di emettere una serie di monografie tematiche (generazione, trasmissione, usi finali, ecc) a complemento della sua Relazione istituzionale sull’energia. CESI RICERCA ha fornito un contributo a parecchi capitoli di un rapporto dedicato all’efficienza energetica; tale contributo costituisce a tutti gli effetti una rassegna dello stato dell’arte sulla tematica in questione ed ha rappresentato una valida occasione di adeguato inquadramento di contesto e di divulgazione verso il grande pubblico dell’impellenza dell’efficienza energetica e delle metodologie più aggiornate per il suo conseguimento. Il contributo fornito ha riguardato le elettrotecnologie utilizzate nel settore residenziale e terziario, la cogenerazione, i motori elettrici e i recuperi termici nell’industria. Opportunità di ricerche future La disamina dello stato dell’arte svolta a monte del presente progetto e le conoscenze maturate nello sviluppo dello stesso hanno reso evidenti anche una serie di tematiche che rappresentano opportunità di ricerche future nel campo dell’efficienza energetica. Tali temi, che CESI Ricerca si impegna a focalizzare durante il prossimo triennio di attività, riguardano prevalentemente la climatizzazione nel settore residenziale e sono qui di seguito delineati: o pompe di calore reversibili: sviluppo di indici di merito per la valutazione ottimale del comportamento del componente in un’ottica pluristagionale; attualmente, gli indici di merito rendono conto delle prestazioni in termini disgiunti, o di macchina termica o di macchina frigorifera o caratteristiche isolanti delle pareti opache: sviluppo di una metodologia di indagine in-situ, basata su tecniche di controllo non distruttivo, che consenta una valutazione della trasmittanza termica di pareti ai fini di una corretta certificazione termica degli edifici o solar cooling: valutazione teorica delle prestazioni di alcuni sistemi solar cooling utilizzando dati forniti dai loro costruttori e le caratteristiche della radiazione solare presente in alcuni siti italiani tipo; sperimentazione di uno o più sistemi solar cooling o LED per l’illuminazione pubblica: sviluppo di un codice di calcolo capace di ottimizzare le disposizioni spaziali di una campionatura di sorgenti elementari, basate su LED presenti sul mercato, al fine di realizzare predefinite distribuzioni di intensità luminosa 1 Un altro settore che si può giovare della ricerca nel campo dell’efficienza è quello istituzionale, il quale primo tra tutti esprime a livello nazionale le strategie energetiche da incoraggiare e le modalità per la loro incentivazione (attraverso, ad esempio, il cosiddetto Piano d’Azione per l’Efficienza Energetica, la legislazione che regolamenta emissione e mercato dei certificati bianchi, le leggi finanziare emanate annualmente). Tale settore presiede alla definizione di quali siano le misure deputate all’accrescimento dell’efficienza energetica complessiva del parco edilizio e delle apparecchiature attuali e futuri. Poiché si è infine constatato che gli obiettivi di efficienza energetica al 2020 difficilmente potranno essere soddisfatti mediante il solo utilizzo delle tecnologie efficienti esistenti, è evidente che solo un intenso sforzo di ricerca e di sostegno tecnologico nel campo dell’efficienza energetica può portare a macchinari o materiali ancora più efficienti e maturare così le ulteriori necessarie opportunità di risparmio energetico incrementale. Altri filoni assai promettenti, per i quali l’innovazione riguarda essenzialmente gli aspetti tecnici, sono stati individuati sulla base degli studi svolti nel progetto europeo ERMInE, appositamente finalizzato all’individuazione di aree di ricerca per il futuro, di cui CESI Ricerca è anche stato coordinatore. Le 1 I LED hanno una emissione nel solo semispazio frontale. Ciò permette la realizzazione di un migliore controllo della luce emessa in termini di direzionalità attraverso una loro opportuna associazione spaziale.

tecnologie meritevoli di future attività di ricerca nel settore degli utilizzi finali dell’energia sono risultate le seguenti: – Refrigerazione del cibo – Cottura – Forni ad arco e ad induzione – Celle elettrolitiche per la produzione dell’alluminio – Compressione meccanica del vapore – Motori elettrici

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