Ing. CARLO PIEMONTE

Unione Geotermica Italiana

SVILUPPO DEI PROGETTI

DI TELERISCALDAMENTO

Studio Associato di Ingegneria - Milano

Università degli Studi di Brescia

Piancastagnaio, 11 dicembre 2012

POSSIBILI SORGENTI FREDDE

PER POMPE DI CALORE ACQUA-ACQUA

• CORSI D’ACQUA SUPERFICIALI (FIUMI , ROGGE, ETC.)

• LAGHI E BACINI IDRICI

• ACQUA DI MARE

• ACQUA DI FALDA

• ACQUE GEOTERMICHE

• ACQUA DI ALIMENTAZIONE DELLE RETI DI DISTRIBUZIONE DI ACQUA POTABILE

COMUNALE

• ACQUA IN USCITA DA IMPIANTI DI DEPURAZIONE

• ACQUE LURIDE DA SISTEMI FOGNARI CITTADINI

• ACQUA DI CIRCUITO LAVAGGIO FUMI DI FORNI INCENERITORI

• ACQUA DI CIRCUITI DI TORRE DI RAFFREDDAMENTO

• ACQUA DI CIRCUITI DI RAFFREDDAMENTO DI CENTRALI ELETTRICHE

(COGENERATIVE E NON)

VANTAGGI DI UTILIZZO DI RISORSE SUPERFICIALI

• LE RISORSE SUPERFICIALI SONO FACILMENTE ACCERTABILI

• ASSENZA O COMUNQUE RIDUZIONE DEL RISCHIO MINERARIO

• MINORI COSTI DI INVESTIMENTO PER

L’APPROVVIGIONAMENTO

• ASSENZA DI RISCHIO DI DEPRIMERE CON L’EMUNGIMENTO

ALTRE ATTIVITÀ (AD ESEMPIO, ATTIVITÀ TERMALI)

• CHIMISMO IN GENERE MENO PROBLEMATICO

• PROCEDURE AUTORIZZATIVE PIÙ SEMPLICI

• POSSIBILITÀ DI COMPENSARE IL MINOR SALTO TERMICO

RECUPERABILE DALLA SORGENTE FREDDA CON UNA

MAGGIORE DISPONIBILITÀ DI PORTATA

MOTIVAZIONI PER UN PREVEDIBILE SVILUPPO

DI SISTEMI DI TELERISCALDAMENTO GEOTERMICI

• AMPIA DISPONIBILITÀ SUL TERRITORIO NAZIONALE DI RISORSE

GEOTERMICHE

• TENDENZA A UN CONSISTENTE SVILUPPO DEL

TELERISCALDAMENTO PER LA NECESSITÀ DI FIDELIZZAZIONE

DEL CLIENTE FINALE

• DISPONIBILITÀ DI POMPE DI CALORE CHE POSSONO EROGARE

ACQUA CALDA ALLA TEMPERATURA DI 90°C

• TREND DI CRESCITA DEL PREZZO DELL’ENERGIA ELETTRICA

INFERIORE A QUELLO DEI COMBUSTIBILI FOSSILI

• CONTRIBUTO A FONDO PERDUTO (CREDITO D’IMPOSTA) PER

SISTEMI DI TELERISCALDAMENTO GEOTERMICI PARI A 0,0258

EURO/kWht IN CONTO ESERCIZIO E 20,66 EURO/kWt IN CONTO

CAPITALE (SOLO PER ZONE CLIMATICHE E ED F)

FLUIDI DI LAVORO PER CICLI

A POMPA DI CALORE

• R 134a

• R 245fa (per applicazioni particolari)

•R 1234ze (per applicazioni particolari)

CAMPI DI APPLICAZIONE

DEI DIVERSI TIPI DI COMPRESSORE PER POMPE DI CALORE

TEMPERATURE MASSIME OTTENIBILI PER L’ACQUA CALDA

CON CICLI A POMPA DI CALORE BISTADIO

COMPRESSORE CENTRIFUGO

(SOLO CON R245fa O R1234ze)

COMPRESSORE

A VITE O

CENTRIFUGO

CO

MP

RE

SS

OR

E A

VIT

E

CO

MP

RE

SS

OR

E A

PIS

TO

NI

TE

MP

ER

AT

UR

A

MA

SS

IMA

(°

C)

POTENZA TERMICA (kW)

COMPRESSORE

CENTRIFUGO

10

0

100

90

80

70

30

20

15.000

COMPRESSORE

CENTRIFUGO

60

50

40

20.0009000 10.0005.000 6.000 1.000 2.000

NUMERO STADI DELLA POMPA DI CALORE

• UNO PER SALTO TERMICO MAX DI 40°C TRA CONDENSATORE

ED EVAPORATORE

• DUE PER SALTO TERMICO FINO A 85°C TRA CONDENSATORE

ED EVAPORATORE

VALORI INDICATIVI DI COP

(COEFFICIENTE DI PRESTAZIONE)

PER POMPE DI CALORE CON COMPRESSORE CENTRIFUGO

TEMPERATURA SCARICO

SORGENTE FREDDA

TEMPERATURA USCITA

ACQUA CALDACOP

8 °C 80 °C 2,9 - 3

8 °C 90 °C 2,65 - 2,8

In funzione solo durante il periodo di riscaldamento

Numero di unità 1xFamagosta 1xCanavese

Refrigerante R134a

Sorgente di calore Acqua di falda

Dati tecnici Singola unità

Potenza frigorifera 9’732 kW

Temp. in/out acqua fredda 15.0 / 7.6 °C

Portata acqua fredda 1’150 m3/h

Temp. in/out acqua telerisc. 65.0 / 90.0 °C

Portata acqua telerisc. 546 m3/h

Potenza ele. compressore 5’768 kW

Potenza termica 15’500 kW

COP 2.68

Teleriscaldamento “AEM Milano” di Famagosta e Canavese, Italia

POMPE DI CALORE CENTRIFUGHE BISTADIO DI GRANDE POTENZA

Teleriscaldamento per Vaertan, Stoccolma

Numero di unità 6

Refrigerante R134a / R22

Potenza termica totale 180’000 kW

Temp. in/out acqua telerisc. 50 / 80°C

Sorgente di calore Acqua di mare,

diretta

Temp. in/out sorgente calore 3.5 / 1.7°C

UNITA’ PACKAGE CENTRIFUGHE

Serbatoio di accumulo acqua calda

Värtan

6 unità in funzione con successo dal 1985

Teleriscaldamento per Vaertan, Stoccolma

Rielaborazione grafica

Centrale di teleriscaldamento/teleraffreddamento “Katri Vala”, Helsinki, Finlandia

POMPE DI CALORE DI GRANDE POTENZA

COMBINATE CON PRODUZIONE FRIGORIFERA

IL PIU’ GRANDE IMPIANTO AL MONDO

PER LA PRODUZIONE COMBINATA DI

ENERGIA TERMICA E FRIGORIFERA

Progetto

Teleriscaldamento/teleraffreddamento “Katri Vala”, Helsinki, Finlandia

Pronta per

la coibentazione

POMPE DI CALORE DI GRANDE POTENZA

COMBINATE CON PRODUZIONE FRIGORIFERA

Estate

Numero di unità 5

Refrigerante R134a

Sorgente fredda Acqua teleraff.

Potenza frigorifera 60’000 kW

Temp.in/out acqua fredda 20.0 /

4.0 °C

Portata acqua fredda 3’225

m3/h

Temp.in/out acqua telerisc. 45.0 / 88.0 °C

Portata acqua telerisc. 1850

m3/h

Potenza ele. compresore 30’565

kW

Potenza termica 90’565

kW

COP 2.96

Inverno

5

R134a

Acq. fognatura, indiretta

60’000 kW

10.0 / 4.0 °C

8’600 m3/h

50.0 / 62.0 °C

6’105 m3/h

23’850 kW

83’850 kW

3.51

Centrale di teleriscaldamento/teleraffreddamento “Katri Vala”, Helsinki, Finlandia

POMPE DI CALORE DI GRANDE POTENZA

COMBINATE CON PRODUZIONE FRIGORIFERA

5 unità in funzione con successo dal 2006

SISTEMA DI TELERISCALDAMENTO

AL SERVIZIO DEL POLO UNIVERSITARIO DI ZURIGO

CON POMPE DI CALORE AD ACQUA DI FIUME

SISTEMA DI TELERISCALDAMENTO

AL SERVIZIO DEL POLO UNIVERSITARIO DI ZURIGO

CON POMPE DI CALORE AD ACQUA DI FIUME

Sistema di teleriscaldamento al servizio di Morbegno (SO), Italia

•Numero di unità 1

•Tipo UNITOP® 33 CY

•Potenza termica 3’740 kW

•Temp. acqua tlr in/out 60 / 84°C

•Temp. acqua raffr.motori in/out 46 / 40°C

•COP [riscaldamento] 4.294

Morbegno – recupero di calore

dal circuito di raffreddamento di motori a gas

Morbegno – recupero di calore

dal circuito di raffreddamento di motori a gas

Installazione della pompa di calore di SEM Morbegno

SISTEMI DI

TELERISCALDAMENTO DA 73 MWt

E

TELERAFFREDDAMENTO DA 23 MWf

A SERVIZIO DI UNA IMPORTANTE

CITTÀ IN FRANCIA

CONFIGURAZIONE DEI POZZI DI ACQUA DI FALDA

PER IL PROGETTO DI TELERISCALDAMENTO GEOTERMICO

PER UNA IMPORTANTE CITTÀ FRANCESE

Implantation des 18 puits pour l’estimation du potentiel géothermique de la Craie

Etats de saturation thermique de la Craie (en froid à gauche - en chaleur à droite)

POMPE DI CALORE REVERSIBILI

CON SORGENTE FREDDA COSTITUITA DA ACQUA DI FALDA

PER IL PROGETTO DI TELERISCALDAMENTO GEOTERMICO

A SERVIZIO DI UNA IMPORTANTE CITTÀ FRANCESE

Friotherm

UNITOP 33/28CPY-

8149U

Friotherm

UNITOP 23/22BY-

7097U

Fluido refrigerante R134a R134a

Funzionamento Invernale Invernale

Sorgente fredda Acqua di falda Acqua di falda

Potenza termica sottratta a sorgente fredda 5.250 kW 2.200 kW

Temp. sorgente fredda in/out 14/5 °C 14/5 °C

Sorgente calda Acqua TLR Acqua TLR

Potenza termica ceduta a sorgente calda 8.000 kW 3.436

Temp. sorgente calda in/out 65/80 °C 65/80 °C

Funzionamento Estivo Estivo

Sorgente fredda Acqua gelida Acqua gelida

Potenza termica sottratta a sorgente fredda 9.500 kW 3.250 kW

Temp. sorgente fredda in/out 14/4,5 °C 14/5 °C

Sorgente calda Acqua di falda Acqua TLR

Potenza termica ceduta a sorgente calda 11.310 kW 4.936 kW

Temp. sorgente calda in/out 16/32 °C 65/80 °C

ESEMPIO APPLICATIVO DI POMPA DI CALORE

PER RISORSE GEOTERMICHE PROFONDE

(ACQUA CALDA A ALTA TEMPERATURA)

kW kW

°C °C °C

t/h t/h t/h

°C

t/h

kW kW

°C

t/h

°C

t/h

°C °C °C

t/h t/h t/h

°C

t/h

°C °C °C

t/h t/h t/h

kW kW

°C

t/h

CONDENSER + SUBCOOLER

EVAPORATOR

CONDENSER + SUBCOOLER

ELECTRICAL MOTOR

60

EVAPORATOR250,0

HEAT PUMP 1

SUBCOOLER

CONDENSER

5.760 6.277

ELECTRICAL MOTOR

CONDENSER

79,8

424,6

4.580

1.718

3,65 4,74 COP COP

HEAT PUMP 2

65,0

1.215

44

250,0

65

212,3

SUBCOOLER

68,5

212,3

212,3

44

28

250,0

424,6

250,0

60

250,0

4.610

68,2

424,6

67,8

212,3

65

90,0

424,6

79,8

424,6

GROUND WATER

DISTRICT HEATING

M

GROUND WATER

DISTRICT HEATING

M

TELERISCALDAMENTO

GEOTERMICO

DA 35 MWt

A SERVIZIO DI UNA

IMPORTANTE CITTÀ

IN SPAGNA

BACINO D’ UTENZA

PROVINCIA DI SASSARI

TELERISCALDAMENTO DI

SANTA MARIA COGHINAS, VIDDALBA E VALLEDORIA

PROVINCIA DI SASSARI

TELERISCALDAMENTO DI

SANTA MARIA COGHINAS, VIDDALBA E VALLEDORIA

RISORSE GEOTERMICHE

PROVINCIA DI SASSARI

TELERISCALDAMENTO DI

SANTA MARIA COGHINAS, VIDDALBA E VALLEDORIA

RISORSE GEOTERMICHE

SORGENTE FREDDA

GRATUITA

SISTEMA INTEGRATO POMPA DI CALORE + MOTORE A GAS

100

ENERGIA

TERMICA

ENTRANTE ENERGIA

ELETTRICA

RECUPERO

TERMICO DAL

MOTORE

42

126

ENERGIA

TERMICA

UTILE

169

43

84

COPERTURA DELLA CURVA DI DURATA

DEL CARICO TERMICO

Potenza termica alla punta: 10.000 kW

Fabbisogno termico totale: 19.300 MWh/anno

0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

8.000

9.000

10.000

11.000

0 500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000

Durata (h/anno)

Po

ten

za t

erm

ica

(kW

)

CASO CON IL SOLO MOTORE COGENERATIVO

Energia termica da motore cogenerativo: 4.000 MWh/anno (20%)

Energia termica da caldaie: 15.300 MWh/anno (80%)

CASO CON MOTORE COGENERATIVO E POMPA DI CALORE

Energia termica da motore cogenerativo: 8.000 MWh/anno (40%)

Energia termica da pompa di calore: 9.000 MWh/anno (45%)

Energia termica da caldaie: 2.300 MWh/anno (15%)

POMPA DI CALORE BISTADIO CONVENZIONALE

SOLUZIONE CON POMPA DI CALORE BISTADIO CON RECUPERO

DI CALORE AGGIUNTIVO INTERSTADIO

CASO A B C

Taglia piccola media grande

Fluido lavoro

Potenzialità termica (kW) 3.000 8.950 20.000

COP 2,95 2,75 2,68

Sorgente fredda

Fluido

Portata (m3/h) 341 688 1.363

Temperatura ingresso (°C) 13 13 14

Temperatura uscita (°C) 8 5,9 6

Sorgente calda

Fluido

Portata (m3/h) 143 262 882

Temperatura ingresso (°C) 60 60 70

Temperatura uscita (°C) 78 90 90

ESEMPI DI PRESTAZIONI DI POMPE DI CALORE CON

SORGENTE TERMICA ACQUA DI FALDA

acqua teleriscaldamento

R134a

acqua in uscita dal depuratore

CASO A B C

Taglia piccola media grande

Fluido lavoro

Potenzialità termica (kW) 939 1.742 3.477

COP 3,76 5,25 6,09

Sorgente fredda

Fluido

Portata (m3/h) 122 303 444

Temperatura ingresso (°C) 40 47,2 47

Temperatura uscita (°C) 35 43 40,9

Sorgente calda

Fluido

Portata (m3/h) 41 117,6 793

Temperatura ingresso (°C) 58 65 65,1

Temperatura uscita (°C) 78 78 69

POMPE DI CALORE CON SORGENTE FREDDA COSTITUITA DA

ACQUA CIRCUITO RAFFREDDAMENTO MOTORI PRIMI

acqua teleriscaldamento

R245fa

acqua circuito raffreddamento

ESEMPIO DI PREFATTIBILITA’

• VOLUMETRIA 500.000 m3

• POTENZA TERMICA 10 MW

• CENTRALE COMPOSTA DA:

• n.1 pompa di calore ad acqua di falda da 3 MW

• n. 1 motore a gas cogenerativo da 1,5 MW

• n. 2 caldaie a gas di integrazione e riserva da 5,5 MW

• COSTO IMPIANTO

• Centrale 7.500.000 €

• Rete 2.000.000 €

• TEMPO DI RITORNO DELL’INVESTIMENTO 6 anni