In questo rapporto viene esposto il quadro completo delle attività relative al sottoprogetto ENERIN, facente parte dell’omonimo progetto ENERIN della Ricerca di Sistema svolta da CESI. Il progetto ENERIN affronta problematiche legate all’introduzione di sistemi di sfruttamento delle fonti di energia rinnovabile nel sistema elettrico italiano, obiettivo ampiamente sostenuto da documenti legislativi nazionali ed europei emanati nel corso di almeno due decenni. Lo sfruttamento di queste fonti di energia rappresenta, come noto, un tema per diversi aspetti controverso. Auspicato da un lato per le benefiche ricadute ambientali – emissioni evitate di CO2 e di altri inquinanti – nonchè per la riduzione delle importazioni di prodotti energetici, lo sfruttamento può risultare dall’altro parzialmente frenato quando, col tempo, caratteristiche intrinseche come la ridotta intensità energetica di queste fonti si manifestano con altre forme di impatto sull’ambiente, ad esempio sul paesaggio. In ogni caso, in diversa misura, lo sviluppo di queste fonti richiede ancora incentivazioni a causa del costo del Progetto ENERIN Sottoprogetto ENERIN Sottoprogetto IDRAPEL Sottoprogetto BIOCOMB

• Sistemi fotovoltaici a concentrazione • Sistemi di generazione fotovoltaica

• Sistemi ibridi di generazione da fonti rinnovabili

• Sistemi solari termodinamici

• Costruzione della mappa eolica dell’Italia

• Eolico in ambiente montano ed off-shore

• Cogenerazione di piccola taglia con biomasse

• Studi di prospettive, mercato e valutazione di strategie

chilowattora, che in generale è maggiore rispetto alle fonti più tradizionali. L’entità della penetrazione dei sistemi a fonte rinnovabile nel sistema elettrico si prevede debba mantenersi piuttosto limitata, anche nel medio-lungo periodo secondo autorevoli scenari. L’attuale momento evolutivo vede comunque una notevole attività nel settore elettrico per quanto concerne l’installazione di impianti a fonte rinnovabile, dovendo essere rispettati i noti obblighi (quota del 2% da rinnovabili). Si è ritenuta pertanto opportuna una ricerca di sistema rivolta ad approfondire conoscenze che consentano di accompagnare tale evoluzione favorendone il corretto sviluppo ed esplorando nuove possibilità o nuove applicazioni. Il sottoprogetto ENERIN qui considerato riguarda le fonti solare, eolica, ed applicazioni di piccola taglia nel campo delle biomasse. Include anche studi di prospettiva, valutazioni di mercato e di strategie nel settore delle rinnovabili. Si distingue dal sottoprogetto BIOCOMB che tratta lo sfruttamento delle biomasse negli impianti di potenza tipici della grande produzione, e dal sottoprogetto IDRAPEL che tratta delle fonti idrauliche. Questo rapporto indica le motivazioni che hanno mosso ad intraprendere le diverse ricerche considerate dal sottoprogetto ENERIN, i beneficiari diretti ed indiretti delle ricerche stesse, gli obiettivi prefissati, le modalità di svolgimento della ricerca, i risultati ottenuti. Completa il quadro delle azioni di diffusione dei risultati e l’indicazione delle possibili prospettive per ulteriori ricerche. L’esposizione è condotta sulla base di specifici argomenti: 1. Sistemi fotovoltaici a concentrazione 2. Sistemi di generazione fotovoltaica 3. Sistemi ibridi di generazione da fonti rinnovabili 4. Sistemi solari termodinamici 5. Costruzione della mappa eolica dell’Italia 6. Eolico in ambiente montano ed off-shore 7. Cogenerazione di piccola taglia con biomasse 8. Studi di prospettive, mercato e valutazione di strategie I sistemi fotovoltaici a concentrazione con celle a tripla giunzione ad elevata efficienza vengono riproposti come possibile soluzione tecnologica per il medio lungo termine, come possibile alternativa ai sistemi fotovoltaici al silicio, tecnicamente consolidati ma ancora costosi. La concentrazione della radiazione consente di ridurre di molto la superficie di cella necessaria e quindi il costo della componente più pregiata. La ricerca ha raggiunto l’obiettivo della realizzazione di celle a tripla giunzione con efficienza superiore al 26 %. E’ stato realizzato e installato un sistema prototipo costituito da una serie di moduli (per un totale di 48 celle di diverso tipo) e da concentratori a lenti di Fresnel a circa 150-200 soli montati su telaio costantemente orientato da un inseguitore solare.

Nel settore più “convenzionale” dei sistemi di generazione fotovoltaica di interesse applicativo attuale o di breve termine si è curato l’approfondimento e la diffusione delle conoscenze a beneficio degli operatori più direttamente impegnati in tali applicazioni. Sono stati sperimentati moduli non ancora commerciali a film sottile reperiti presso fornitori qualificati, quantificando in taluni casi un degrado delle prestazioni nel tempo. Sono stati esposti e diffusi dati ed informazioni sui criteri appropriati di progettazione e realizzazione dei sistemi fotovoltaici commerciali, con particolare attenzione agli utilizzi polifunzionali in edilizia. Sono stati quindi realizzati prototipi, tra cui un dispositivo di monitoraggio delle prestazioni di sistemi fotovoltaici di media-piccola taglia e un sistema trasportabile di generazione fotovoltaico di emergenza. Le fonti rinnovabili rappresentano un’opportunità per lo sviluppo sostenibile di aree particolarmente sensibili del territorio, quali ad esempio le isole minori italiane, sulle quali è puntato l’interesse nazionale con interventi mirati. Nell’ambito del sottoprogetto ENERIN è stato svolto uno studio delle forme di sviluppo sostenibile nel campo della mobilità, dell’uso razionale dell’energia, della produzione di energia elettrica. I sistemi ibridi di generazione da fonti rinnovabili consentono in quest’ultimo settore di giocare un ruolo importante soprattutto se concepiti, dal punto di vista elettrico, in configurazioni adattabili all’evoluzione della rete, che deve soddisfare esigenze crescenti e mutabili. Questo aspetto è stato approfondito con una rete sperimentale installata presso CESI con la quale sono stati alimentati carichi simulati mediante un sistema ibrido di generazione governato da sistemi avanzati di controllo della rete stessa. I risultati della ricerca, che ha dovuto affrontare numerosi problemi di messa a punto, sono applicati in un progetto dimostrativo avente per oggetto un’utenza reale. La produzione di energia con sistemi solari termodinamici rappresentano una seconda possibile via di sfruttamento della fonte solare. Nel settore della generazione di tipo distribuito essa è stata esplorata, nell’ambito del sottoprogetto ENERIN, attraverso l’installazione di un sistema Dish-Stirling con specchio parabolico da 8,5 m di diametro e generatore elettrico da 10 kWe. L’installazione, unica in Italia, rappresenta un’opportunità per raccogliere dati ed informazioni utili per apprezzare le possibilità di utilizzo di questi sistemi nel nostro Paese e quantificare le prestazioni energetiche e funzionali ottenibili. Nel settore della generazione concentrata, studi di fattibilità tecnico – economica hanno consentito di quantificare l’attrattiva del ripotenziamento di impianti termoelettrici esistenti, in particolare cicli combinati, mediante integrazione con calore generato da fonte solare. Le valutazioni, condotte sulla base di dati di prestazione degli impianti reperiti dalla letteratura internazionale, hanno fornito indicazioni sulle condizioni di economicità (dipendenti da forme di incentivazione almeno parziale) che si ritengono di interesse generale per produttori elettrici italiani eventualmente interessati a tali applicazioni. Lo sviluppo ragguardevole dell’eolico in Italia può essere meglio controllato e guidato se si dispone di una conoscenza adeguata della distribuzione delle risorse eoliche sul territorio. A ciò ha mirato la costruzione della mappa eolica dell’Italia. Attraverso elaborazioni con modelli matematici e l’utilizzo di dati

anemometrici al suolo reperiti negli archivi o appositamente acquisiti è stato preparato l’Atlante eolico dell’Italia, che riporta le stime sulla velocità media del vento e sulla producibilità di aerogeneratori sul territorio italiano. Ne possono beneficiare amministratori pubblici per la programmazione dell’utilizzo delle risorse, e gli operatori interessati allo sfruttamento energetico del vento. La progressiva occupazione delle aree ventose più accessibili porterà nel medio periodo a considerare, per il raggiungimento degli obiettivi di penetrazione dell’eolico, aree meno convenzionali come l’off-shore e le aree montane. Gli studi sull’eolico in ambiente montano ed off-shore hanno puntato alla raccolta ed all’approfondimento di fattori tecnico-economici relativi all’utilizzo di tali aree. Il programma originariamente proposto prevedeva l’installazione di un aerogeneratore di media taglia in un sito ad alta quota (1830 m s.l.m.). Il programma è stato interrotto secondo le indicazioni ricevute dalla commissione dei valutatori, contrarie alla prosecuzione. Le biomasse possono contribuire alla produzione di elettricità anche sotto forme di generazione distribuita, riducendo in tal modo gli oneri di raccolta e movimentazione del combustibile pur con costi specifici d’impianto superiori. Per esplorare queste possibilità, d’interesse per il medio termine, è stato avviato lo studio dimostrativo di un sistema di cogenerazione di piccola taglia con biomasse da circa 10 kWe e 65 kWt. Promettente a questo scopo è apparso il generatore a ciclo Rankine con fluido organico (ORC), già disponibile commercialmente su taglie di un’ordine di grandezza maggiori. Nell’ambito del sottoprogetto ENERIN è stata sviluppata la sola parte termica, in attesa di definire l’acquisizione del cogeneratore ORC da parte del fornitore. E’ stata realizzata quindi la caldaia, che è stata installata e provata. La mancanza di una cultura diffusa e consolidata sulle caratteristiche tecniche e sugli aspetti economici e normativi legati allo sfruttamento delle nuove fonti rinnovabili ha motivato lo svolgimento di studi di prospettive, mercato e valutazione di strategie tesi a favorire il corretto sviluppo di queste fonti di energia. Sono stati raccolti ed elaborati dati ed informazioni sul mercato delle fonti stesse, sulle prospettive di evoluzione dei costi e sulle possibili forme di sfruttamento, tenendo conto della possibilità di attuare iniziative remunerative anche in paesi esteri (meccanismi CDM, ecc.).