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Il teleriscaldamento diventa smart

I vantaggi del teleriscaldamento per la sostenibilità ambientale. Il teleriscaldamento 'smart' permette lo scambio bidirezionale di energia tra la rete di distribuzione e l’utenza

La realizzazione di una smart city consiste nella conciliazione ed armonizzazione di sei linee guida principali: (i) smart economy, (ii) smart mobility, (iii) smart environment, (iv) smart people, (v) smart living e (vi) smart governance. In altre parole, ciò significa che gli investimenti in capitale umano e sociale, l’armonizzazione tra tradizione e modernità, lo sviluppo di infrastrutture, la sostenibilità ambientale e l’oculato sfruttamento delle risorse naturali sono contestualmente sviluppati con l’unico obiettivo di incrementare il benessere dei cittadini ed in generale migliorare la qualità della vita degli stessi.
Il teleriscaldamento, soprattutto quando realizzato in ambito cittadino, è una delle possibili strategie per il raggiungimento dei succitati obiettivi.
I vantaggi del teleriscaldamento, nel confronto con la produzione di energia termica decentralizzata presso gli utenti, sono infatti (i) la garanzia di continuità del servizio, (ii) l’eliminazione delle caldaie domestiche (con conseguente eliminazione di punti di emissione in ambito cittadino), (iii) il conseguimento di maggiori efficienze di conversione (grazie soprattutto all’impiego di sistemi cogenerativi come centrali di produzione), (iv) l’eliminazione della necessità di trasporto del combustibile in città, con conseguente aumento della sicurezza.
Altre fondamentali strategie per il raggiungimento degli obiettivi sopra riportati sono rappresentate dalla cogenerazione e in particolare dalla generazione distribuita.
È infatti noto che la cogenerazione, ovvero la generazione contemporanea di energia elettrica e termica a partire dalla conversione di un’unica sorgente energetica, permette di aumentare l’efficienza di conversione del combustibile, contribuendo a ridurne i consumi e, contestualmente, le emissioni inquinanti in atmosfera. La generazione distribuita, delocalizzando in parte la produzione di energia e riducendo o annullando la distanza tra produzione ed utilizzo finale, concorre alla riduzione delle inevitabili perdite dovute al trasporto di energia ed aumenta la sicurezza di approvvigionamento.

Un ruolo chiave nel settore della generazione distribuita è inoltre ricoperto dai sistemi di conversione delle fonti energetiche rinnovabili e, in particolare, di quelle non programmabili (solare fotovoltaico, solare termico, eolico). Al fine di conciliare, sotto il profilo temporale, i fabbisogni delle utenze con la disponibilità di energia, diventa di fondamentale importanza lo sviluppo di sistemi di accumulo dell’energia elettrica, termica e/o frigorifera. Lo studio e la ricerca nel campo dell’accumulo dell’energia è sia finalizzato allo sviluppo di dispositivi e tecnologie più efficienti che alla definizione di strategie di regolazione ed ottimizzazione per un utilizzo più razionale.
In tale contesto, nasce e si sviluppa il concetto di Teleriscaldamento Smart (o Teleriscaldamento Attivo), ovvero in grado di scambiare bidirezionalmente energia termica con le utenze connesse. Tale innovativo approccio rappresenta una strategia fondamentale per massimizzare sia l’efficienza di sfruttamento della risorsa rinnovabile che l’efficienza di conversione dei combustibili fossili.
Il concetto di reti di teleriscaldamento “smart” o attive risulta perciò del tutto analogo al concetto di generazione distribuita in ambito elettrico: ovvero la possibilità di uno scambio bidirezionale di energia tra la rete di distribuzione e l’utenza.
Le reti di teleriscaldamento attivo permettono, infatti, di integrare la produzione centralizzata e il conseguente servizio di distribuzione dell’energia termica sia con sistemi di produzione termica da fonte rinnovabile, come il solare termico – reti di teleriscaldamento solare sono già state realizzate nell’Europa centrale e settentrionale (Danimarca, Svezia, Austria) –, sia con i sistemi microcogenerativi (microturbine, motori a combustione interna, micro-Rankine a fluido organico, ecc.) installati presso le utenze. La possibilità infatti per un’utenza domestica e/o residenziale di scambiare l’energia termica autoprodotta (anche in assetto cogenerativo) con la rete di teleriscaldamento, permette di usare quest’ultima come un sistema di accumulo (anche di tipo stagionale). Quanto detto permette quindi di portare in ambito termico concetti e strategie, quali ad esempio lo scambio sul posto (net metering), già ampiamente sviluppati e studiati in campo elettrico.

Nell’ottica di consentire uno scambio bidirezionale di energia termica tra la rete di distribuzione e l’utenza, risulta necessario definire nuovi layout impiantistici per le sottostazioni d’utenza.
Le configurazioni possibili in termini di punto di prelievo e reimmissione tra rete di teleriscaldamento e il sistema di generazione termico risultano molteplici. Si differenziano principalmente in base al sistema di generazione termico decentralizzato istallato presso l’utenza, in funzione dei livelli di temperatura raggiungibili e in funzione delle caratteristiche della rete di distribuzione.
Obiettivo comune è quello di ottimizzare lo scambio termico tra impianto decentralizzato e rete.
Con rifermento alla Figura 1, viene presentato uno schema di rete di teleriscaldamento attiva dove il sistema di generazione termico decentralizzato istallato presso l’utenza è costituito da pannelli solari termici. Tale configurazione prevede quindi che il sistema di produzione decentralizzato, nel caso in cui sia in grado di produrre potenza termica, venga utilizzato in prima battuta per soddisfare il fabbisogno dell’utenza. Qualora esso non sia sufficiente, la potenza termica mancante al soddisfacimento della domanda viene fornita dalla rete di teleriscaldamento; al contrario, qualora il sistema decentralizzato produca in maniera eccedente rispetto al fabbisogno dell’utenza, la potenza in eccesso viene ceduta alla rete.

 

 

In Figura 2, il sistema di generazione è rappresentato invece da un microcogeneratore che, oltre a consentire tipicamente il raggiungimento di livelli di temperatura superiori rispetto al solare termico, assolve anche alla generazione di energia elettrica.

 

 

 

Lo studio del teleriscaldamento attivo è attualmente oggetto di una collaborazione tra l’ENEA e il Dipartimento di Ingegneria Industriale (DIN) dell'Università di Bologna all’interno dell’Accordo di Programma che il Ministero dello Sviluppo Economico ed ENEA hanno stipulato per l’esecuzione delle linee di attività del Piano Triennale della Ricerca e Sviluppo di Interesse Generale per il Sistema Elettrico Nazionale.
L’efficacia e l’impatto del teleriscaldamento attivo sono proiettati in particolare verso lo smart enviroment, con evidenti ricadute anche verso lo smart living e la smart economy. Infatti, l’incremento dell’efficienza energetica e dello sfruttamento delle risorse rinnovabili può comportare importanti benefici sia di carattere economico (riduzione dei consumi energetici e delle tariffe per l’acquisto di energia termica), che ambientale (riduzione delle emissioni inquinanti) che sociale (miglioramento della qualità della vita).

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