Il presente rapporto descrive il contributo fornito da SSE per la messa a punto di una road-map che delinei i fabbisogni di Ricerca e Sviluppo fino al 2015 – 2020 nel campo degli Usi Finali elettrici. Tale road-map è stata tracciata nell’ambito del progetto europeo di ricerca denominato ERMInE (Electricity Research Road Map in Europe). Il progetto ERMInE, iniziato nel gennaio 2006 e concluso nel febbraio 2008, si configura come una “coordination action” promossa dalla Commissione Europea nell’ambito del 6° Programma Quadro. L’obiettivo di ERMInE è quello di fornire ai “policy maker” energetici europei una panoramica esaustiva delle situazione recente ed attuale delle attività di ricerca e sviluppo operative in Europa nel campo elettrico. A valle di tale rassegna, il progetto si prefigge altresì di delineare ed indicare i fabbisogni specifici di ricerca e sviluppo che le utility elettriche ed i costruttori di impianti ed apparecchiature elettriche intravedono in un orizzonte temporale di 20-25 anni. La parte delle attività che ha presentato specifica attinenza con quelle del presente Progetto 2 dell’Area USI FINALI e per le quali sono state dedicate parte delle risorse della Ricerca di Sistema è stata quella legata alla redazione della roadmap della ricerca nel campo degli utilizzi finali elettrici. E’ infatti risultato del tutto evidente come sia proprio l’ambizione a livelli sempre più spinti di efficienza energetica a motivare gran parte della ricerca e dell’innovazione attuali e future nel settore degli apparati e dei macchinari elettrici. Inoltre, la suddetta attività è servita da base per un affiancamento ad ENEA, che ne sta utilizzando i contenuti per la redazione del “Quaderno sull’efficienza energetica”. Questa pubblicazione verrà emessa quest’anno dall’ENEA, nell’ambito di una serie di monografie tematiche (generazione, trasmissione, usi finali) a complemento della sua relazione istituzionale sull’energia. Il rapporto descrittivo delle considerazioni tecniche che hanno portato all’individuazione della roadmap è stato terminato con la chiusura del progetto nel 2008 ed è quindi oggetto di uno specifico deliverable del piano del progetto “Evoluzione della Domanda Elettrica e delle tecnologie per gli usi finali“ relativo a tale suo ultimo anno di svolgimento. Sono state considerate in dettaglio e con un approccio prettamente tecnico le seguenti specifiche tecnologie: • Settore civile (residenziale e terziario): – Illuminazione – Refrigerazione – Cottura – Intrattenimento e attrezzature per ufficio – Consumi per lo stand-by – Lavaggio e asciugatura – Climatizzazione ed acqua calda sanitaria • Settore industriale – Forni ad arco – Riscaldamento ad induzione – Compressione meccanica del vapore – Celle elettrolitiche per la produzione dell’alluminio • Tecnologie trasversali – Motori elettrici ed azionamenti variabili – Controllo della Domanda – Efficienza energetica Per ciascuna di tali tecnologie si è svolta una sintetica rassegna dello stato dell’arte e dei consumi, a valle della quale sono stati individuati i principali fabbisogni di Ricerca e Sviluppo per il prossimo decennio. Vengono qui delineate le conclusioni salienti.

– Illuminazione La frontiera della ricerca attualmente è rappresentata dall’utilizzo di tecnologie basate su LED e OLED (Organic LED). Questi componenti presentano infatti prestazioni energetiche assai interessanti, ma lo spettro della luce emessa è ancora lontano da quello delle lampade ad incandescenza ed i costi sono ancora troppo alti per applicazioni su scala industriale – Refrigerazione del cibo – La ricerca passa attraverso studi su cicli frigoriferi alternativi (Lorenz) e refrigeranti alternativi (zeotropici) – I frigocongelatori si dimostrano adatti ad alloggiare tecnologie basate su intelligenza distribuita: • predisposizione di allarmi in caso di sovraccarico o apertura indebita • partenza del compressore subordinata a sequenze “tipo” di manovre di apertura, in modo da differire l’avvio dello stesso – Cottura Un interesse sempre vivo è rivolto a nuovi elementi scaldanti a induzione, con i seguenti obiettivi: – conseguimento di una maggiore efficienza di conversione in calore utile – riduzione ad un unico elemento scaldante in luogo di n elementi distinti – adattabilità a pentolame non ferroso: attualmente tali piastre funzionano solo con pentolame di caratteristiche particolari – Pompe di calore Sono stati rilevati margini di miglioramento dell’efficienza ancora interessanti, perfezionando ulteriormente tecnologie già note quali quelle dei motori elettrici, dei compressori, degli azionamenti a velocità variabile, degli scambiatori di calore. Ulteriori miglioramenti possono anche essere ottenuti introducendo gli espansori a recupero di energia (al posto delle convenzionali valvole di laminazione: soluzione particolarmente interessante nei cicli a CO 2 che utilizzano pressioni più elevate di quelle con fluidi frigorigeni CFC/HCFC). Un altro campo di miglioramento dell’efficacia è nell’integrazione tra sistemi di riscaldamento dell’acqua, di raffrescamento e di ventilazione. Infine, sono anche da percorrere le strade fortemente innovative quali ad esempio l’utilizzo di cicli non convenzionali (a raffreddamento magnetico, idruri metallici, cicli termoacustici). Un discorso a parte riguarda l’utilizzo di fluidi frigorigeni “ozono-compatibili”, motivato invece non tanto dall’esigenza di una maggiore efficienza quanto da dettati di natura prevalentemente ambientale – Forni ad arco e ad induzione La ricerca nel prossimo futuro va focalizzata sui seguenti settori, tutti funzionali ad una maggiore efficienza energetica – Elettrodi superconduttivi – Fusione per induzione ad alta potenza – Uso di strumenti di simulazione tridimensionale di campi elettromagnetici e termici per ottimizzare le geometrie del forno e la collocazione dei prodotti da scaldare o fondere, attraverso un trasferimento più uniforme del calore – Celle elettrolitiche per la produzione dell’alluminio Le linee-guida per la ricerca sono le seguenti: – sviluppo della tecnologia dei catodi wetted-drained ed esplorazione di altri tipi di materiali potenzialmente utilizzabili come catodo – sviluppo di concetti di cella alternativa (combinazione di catodi innovativi contenenti TiB 2 che, utilizzati con anodi inerti, porterebbero ad un aumento dell’efficienza energetica di circa il 22 % e a notevoli riduzioni delle emissioni di CO 2 ) – sviluppo di nuove geometrie attraverso modelli magnetoidrodinamici, termoelettrici, ecc applicabili alle nuove celle, laddove i modelli disponibili sono inadeguati – eliminazione dei problemi relativi alle connessioni elettriche dovuti ai materiali mediante sviluppo di conduttori esterni e connessioni per anodo e catodo economici e di bassa resistenza – sviluppo su scala commerciale del processo di riduzione carbotermica – sviluppo di materiali più resistenti agli shock termici, più longevi, più facilmente lavorabili – studio della nuova generazione di processi efficienti (non-Bayer o non-Hall-Héroult). – Compressione meccanica del vapore Si prevede che la ricerca si svolga sui seguenti argomenti: – sviluppo di compressori e ventilatori per vapori corrosivi

– impianti sperimentali per l’essicazione e per concentrazione di rifiuti liquidi e di fanghi – miglioramento nell’efficienza dei componenti: compressori, motori, azionamenti variabili, pompe di circolazione, riscaldatori elettrici integrativi, scambiatori – controllo delle emissioni in aria, abbattimento degli odori e recupero dalle pompe a vuoto – Motori elettrici – Per i motori asincroni trifase BT è possibile raggiungere un ulteriore recupero efficienza attraverso: • Materiali a resistività ridotta per il rotore • Geometrie idonee alla riduzione del traferro • Metodologie avanzate per il controllo dell’orientamento del flusso (contenimento distorsione armonica e relative perdite) – Interesse constante è destato dai motori sincroni a magnete permanente, le cui prestazioni si rivelano particolarmente efficienti a confronto con quelle dei motori asincroni trifase e una cui maggiore diffusione è legata prevalentemente alla soluzione di problemi di costo – Occorrono infine metodologie più accurate per la misura dell’efficienza, rivelandosi essa un fattore di merito di rilevanza sempre crescente e richiedendo perciò un’attenzione maggiore in termini di standard e norme – Efficienza energetica Occorre ancora un miglioramento della conoscenza su argomenti tecnici ed economici: – norme su metodologie per calcolo e misura di efficienza energetica e risparmi energetici – armonizzazione di tali metodologie a livello europeo per la messa a punto di piani d’azione nazionali di efficienza energetica – requisiti e qualificazione delle Società di Servizi Energetici (ESCO) – procedure di accreditamento di professionisti nel campo dei consumi energetici e delle diagnosi energetiche: ruoli, background, esperienze richieste