ra il 2014 e il 2015, nell’ambito degli accordi di programma con il Mise finanziati dalla Ricerca di Sistema, l’ENEA, in collaborazione con il Dipartimento DEIM dell’Università di Palermo, ha realizzato una serie di studi sulle principali problematiche riguardanti l’efficienza e la distribuzione di energia elettrica per le isole minori non connesse al sistema elettrico nazionale.

Cogenerazione per le isole minori

Partiamo dall’efficientamento energetico. In questo caso, l’analisi si è concentrata sulle soluzioni in grado di prefigurare maggiori risparmi nel processo di generazione elettrica per le seguenti isole:Lampedusa, Linosa, Favignana, Levanzo, Marettimo, Pantelleria, Ustica, Lipari, Ponza, Giglio, Capri e Isole Tremiti (San Domino). L’obiettivo dello studio era verificare la fattibilità di soluzioni impiantistiche per il recupero del calore dai gruppi diesel delle centrali elettriche(cogenerazione) e la distribuzione alle utenze finali tramite reti di teleriscaldamento e teleraffrescamento.
Analizzando le caratteristiche degli edifici tipo di ciascuna isola sono stati elaborati i fabbisogni energetici per il riscaldamento, raffrescamento ela produzione di acqua calda sanitaria. Con il supporto della metodologia GIS si è inoltre analizzatala consistenza e la distribuzione spaziale dei fabbisogni termici di ciascuna isola, distinguendo le utenze residenziali da alberghi o scuole e mettendo in evidenza richieste termiche provenienti da utenze singolari come aeroporti (Pantelleria e Lampedusa) e la struttura penitenziaria presente a Favignana.È stato così possibile identificare, per ciascuna isola, una possibile morfologia delle dorsali principali della rete e delle eventuali ramificazioni più capillari, pervenendo ad un’indicazione sul possibile costo di investimento necessario per realizzare ciascuna rete di teleriscaldamento/teleraffreddamento. Ci si è orientati a configurare una rete che servisse le aree con un maggior fabbisogno termico o frigorifero, in genere in prossimità del centro abitato.
La figura di seguito mostra un esempio di distribuzione dei fabbisogni energetici per riscaldamento condizionamento e acqua calda sanitaria delle macro aree in cui è stata suddivisa l’Isola di Lampedusa con l’identificazione di un percorso preferenziale per l’installazione della dorsale della rete di teleriscaldamento/raffrescamento.

Rappresentazione semplificata delle aree di riferimento e della geometria delle possibili dorsali principali di distribuzione
L’ipotesi del retrofit cogenerativo della centrale e della creazione di una rete per il teleriscaldamento si è rivelata impraticabile soltanto in due realtà, Capri e Ponza, a causa della posizione fortemente decentrata della centrale elettrica rispetto alla distribuzione geografica delle utenze e dell’orografia particolarmente complessa, caratterizzata da notevoli dislivelli e pendenze. L’analisi ha confermato la difficoltà di conseguire condizioni di fattibilità economica. Tuttavia, nell’ipotesi in cui si riuscisse a coprire parte dei costi relativi agli impianti ed alle opere civili tramite finanziamento pubblico (40%) e attribuendo i certificati bianchi ai risparmi energetici conseguiti, si possono ottenere tempi di ritorno dell’investimento compresi tra 10 anni (per l’isola di Lampedusa) e 25 anni (per l’isola di Linosa).
L’analisi ha prodotto anche una valutazione del risparmio di energia primaria ottenibile per produrre la stessa quantità di energia termica ed elettrica fornita agli utenti isolani in modo combinato (nuovo assetto cogenerazione dei generatori elettrici) invece che separatamente (attuale modalità tradizionale). Un dato. Per l’isola di Lampedusa, ad esempio, la stima del risparmio di energia primaria è di circa il 18 %.

Le rinnovabili per far fronte ai carichi stagionali: un case study

Uno dei principali fattori di criticità nel dispacciamento e generazione dell’energia elettrica nei contesti isolani è legato alla fluttuazione stagionale del carico che nel periodo estivo può raggiungere in alcuni casi un valore fino a 5 volte quello degli altri mesi.Tra le attività del PAR 2015 rientra una iniziativa finalizzata ad indagare le migliori soluzioni tecnologiche per rispondere a questo tipo di criticità.
Lo scenario prefigurato prevedeva la possibilità di installare presso le singole utenze (strutture alberghiere, edifici mono familiare) sistemi e tecnologie in grado di ridurre la richiesta di energia elettrica per il raffrescamento, riscaldamento e produzione di ACS, integrando fonti rinnovabili con tecnologie che impieghino il vettore termico o l’energia termica/elettrica autoprodotta (pompe di calore solar driven, climatizzatori heatdriven con sistemi di accumulo, ecc).
Per valutare nel dettaglio i vantaggi in termini energetici ed economici apportati da queste tecnologie ai contesti isolani è stato condotto uno studio sull’isola di Lampedusa. L’idea di base è stata analizzaresoluzioni tecniche e impianti da fonti rinnovabili di piccola/media taglia a servizio di singole utenze. Per poter calibrare in maniera ottimale gli interventi, in una prima fase si è proceduto alla distribuzione di questionari ad un campionedi proprietari di immobili per tutte le destinazioni d’uso.In totale sono stati contattati circa 50 utenti equamente distribuiti tra i settori domestico, alberghi e commerciale/terziario.
Parallelamente è stato effettuato un monitoraggio presso utenze rappresentative del contesto isolano per valutarne i diagrammi di carico giornaliero. Il monitoraggio è servito poi ad elaborare diverse ipotesi di adeguamenti tecnologici per ridurre i consumi. Ad esempio, per un appartamento di circa 250 m2 e una potenza contrattuale di 3 kW, dotato di impianto di condizionamento a pompa di calore e di scaldabagno elettrico da 80 litri, sono stati elaborati i seguenti scenari:
Soluzione 1. Sistema solar cooling compatto per il condizionamento estivo e invernale alimentato ad energia solare, con funzioni di deumidificazione, raffreddamento ed integrazione al riscaldamento, adatto anche alla produzione di acqua calda.Il refrigerante utilizzato all’interno della macchina è l’acqua. Dai risultati delle simulazioni si evince un risparmio di energia elettrica dell’84% nella stagione estiva e del 60% in quella invernale, per un totale di circa 70% nell’arco dell’anno.
Soluzione 2. Impianto solare termico del tipo a circolazione forzata con 4 m2 di collettori piani accoppiati ad un serbatoio di accumulo da 200 litri coibentato. Dalle soluzioni effettuate si è ottenuto un risparmio di energia elettrica su base annuale di circa 94%, rispetto alla produzione con scalda acqua elettrico tradizionale.
Soluzione 3.Impianto fotovoltaico per l’autoproduzione di energia elettrica a servizio della pompa di calore e degli altri impianti. L’impianto fotovoltaico, con una potenza di picco di 3 kWp, produce 2744 kWh/anno coprendoil 93% del fabbisogno elettrico dell’edificio analizzato su base annuale grazie al servizio di scambio sul posto con la rete. Si è verificata la fattibilità dell’installazione di un sistema di accumulo elettrico per aumentare l’autoconsumo della potenza prodotta istantaneamente impattando meno con la rete. I calcoli effettuati permettono di affermare che un accumulo elettrico di 3 kWh comporta la riduzione di circa la metà del prelievo dalla rete e una riduzione del picco di potenza assorbita dalla rete da 1.8 a 0.95 kW (-50%) nel mese di gennaio. Percentuali di riduzione anche maggiori si possono apprezzare durante la stagione estiva. Con un accumulo elettrico da 6 kWh si preleva dalla rete soltanto il 25% del fabbisogno. In tal caso i picchi di assorbimento elettrico si riducono fino ad un terzo circa nei mesi invernali e fino ad un decimo nei mesi estivi.
Soluzione 4. Impianto di illuminazione LED con controllo automatico di accensione basato sull’illuminamento naturale ottenendo un risparmio rispetto al consumo attuale dal 34% al 41% rispettivamente per la mera sostituzione delle lampade e per la conseguente attivazione del controllo di illuminamento.

La sperimentazione a Capo Grecale

I benefici energetici apportati dalle integrazioni dellefonti rinnovabili presso le utenze finali delle isole minori trovano adesso attuazione con il Decreto dello Sviluppo Economico 14 febbraio 2017 che definisce gli obiettivi quantitativi del fabbisogno energetico da coprire attraverso la produzione di energia elettrica e termica da fonti rinnovabili. In particolare il decreto prevede l’installazione di potenza elettrica rinnovabile sufficiente per generare in media il 10% della produzione elettrica totale e l’installazione di pannelli solari termici e pompe di calore per la produzione di acqua calda sanitaria (in sostituzione di boiler elettrici) in quantità sufficiente a ridurre del 5% i consumi elettrici.
L’ENEA presso la propria Stazione di Osservazioni Climatiche di Lampedusa, nei pressi del faro di Capo Gregale, ha realizzato un impianto fotovoltaico da circa 15 kWp integrato con un sistema di accumulo da 10 kWh. L’impianto fotovoltaico oltre ad alimentare una colonnina di ricarica per veicoli elettrici che circolano sull’isola, consentirà di effettuare attività sperimentali sulla gestione dei flussi di potenza autoconsumati e scambiati con la rete.
Nello stesso sito verranno installate e provate altre tecnologie basate sull’integrazione delle fonti rinnovabili con sistemi per la climatizzazione degli edifici: pompa di calore per acqua calda sanitaria alimentata da impianto fotovoltaico e sistemi compatti del tipo solar cooling per la deumidificazione, raffreddamento ed integrazione al riscaldamento.

A cura di Biagio Di Pietra, Unità tecnica Efficienza energetica, Enea Palermo