Distretti energetici per una rigenerazione urbana sostenibile

Premessa
Tutelare l'ambiente non significa necessariamente operare dei tagli alla crescita e ai consumi: gli elevati standard ambientali, possono anche rivelarsi un motore d'innovazione, capace di schiudere nuovi mercati e nuovi sbocchi economici; si tratta piuttosto di cercare di migliorare la qualità della crescita economica e delle altre attività umane, in modo da conciliare il nostro fabbisogno di beni e servizi con l'esigenza di un ambiente sano e pulito.
Dobbiamo riuscire a sganciare dalla crescita economica, l'impatto e il degrado ambientale, aumentando ad esempio in misura significativa l'eco-efficienza, ovvero diminuendo la quantità di risorse naturali utilizzate in ingresso per produrre una data quantità di beni o servizi. I modelli di consumo devono diventare quindi più sostenibili: dobbiamo insomma incoraggiare un modello di Società in cui i rifiuti che produciamo siano riciclati, le fonti e le tecnologie energetiche cui ricorriamo non producano emissioni da CO2 secondo i principi dell'economia circolare.
In tale contesto un D.E.(distretto energetico) può essere visto come un sistema energetico che integra fra loro le diverse F.E.R. al servizio di diverse utenze finali. All'interno del bacino di utenza, possiamo distinguere due tipologie di utenze: civili ed industriali.
A sua volta gli insediamenti residenziali possono essere suddivisi in :centro storico, aree perimetrali di nuova espansione al fine di potere quantificare ed omogeneizzare i carichi termici ed elettrici, gli insediamenti industriali condividono risorse e costi energetici per migliorare e rendere più efficienti i propri cicli produttivi, attraverso un modello di sviluppo basato sull'economia circolare.
La riduzione della pressione ambientale implica la riduzione del consumo di risorse energetiche e materiali, distinte in rinnovabili e non rinnovabili e della produzione dei rifiuti solidi, liquidi e gassosi. Gli effetti ambientali nell'uso di una risorsa, vanno visti rispetto al relativo ciclo di vita, cha va dall'estrazione della materia prima, alla sua trasformazione, al suo utilizzo ed eventuale riutilizzo e infine al suo riciclaggio o smaltimento, poiché tutti questi passaggi implicano consumi di energia e produzione di rifiuti.(FIG.1).
E' utile sottolineare come il consumo di energia è tra i fattori responsabili del degrado ambientale sia in fase di produzione che di approvvigionamento di materie prime.
In Europa il 45% dell'energia prodotta, viene utilizzata nel "settore edilizio", il 50% delle risorse sottratte alla natura sono destinate all'industria dell'edilizia, mentre il 50% dei rifiuti prodotti annualmente proviene dal settore edilizio (edifici energivori).L'Italia rappresenta l'11% di tutta l'energia rinnovabile consumata nell'Unione Europea. Nel 2030 l'Italia dovrà raggiungere l'obiettivo di produzione di e.e. da F.E.R. pari al 32%. Attualmente la produzione di e.e. da F.E.R. è così suddivisa: Fotovoltaico: 19.670 MW, Eolico:9.811 MW, Idroelettrica: 18.702 MW, biomassa 4.200 MW;

Teleriscaldamento e Teleraffrescamento: un servizio tecnologico per il risparmio energetico nelle Smart Cities
Le città consumano il 70% dell'energia dell'Unione Europea e su questo enorme potenziale di risparmio energetico, le istituzioni europee fanno leva per ridurre del 20% le emissioni entro il 2020 e al contempo sviluppare un'economia "low carbon" entro il 2050 per la decarbonizzazione del settore edile e del sistema energetico produttivo. In Italia le fonti rinnovabili coprono il 17,5% dei consumi e di questi il 73% è costituito dall'uso di biomasse solide.
La formula individuata, associa l'utilizzo più razionale delle risorse all'integrazione delle fonti energetiche rinnovabili attraverso:
- La promozione dell'eco-efficienza e riduzione dei consumi di energia primaria negli edifici;
- Ottimizzazione dei consumi energetici (smart buildings) e delle emissioni inquinanti con sistemi di produzione di energia da fonti rinnovabili da destinare all'autoconsumo;
- Ottimizzazione della gestione dei rifiuti: Sistemi di raccolta differenziata a tecnologia avanzata (trasporto pneumatico dei rifiuti-rete di raccolta a livello di distretto energetico;
- Teleriscaldamento alimentato da: r.s.u. o energia solare nei distretti energetici urbani;
- L'obiettivo del teleriscaldamento e del teleraffrescamento è quello di utilizzare le fonti di calore che in assenza di teleriscaldamento andrebbe sprecata.
Il calore di scarto include:
- energia termica da impianti di cogenerazione;
- impianti di termovalorizzazione dei r.s.u.;
- energia in esubero derivante da processi industriali;
- impianti di Digestione Anaerobica alimentati da biomassa;
- inoltre dove la domanda di energia per la climatizzazione estiva è caratterizzata da elevati carichi elettrici dovuti all'impiego di pompe di calore, il teleraffrescamento urbano costituisce un'efficiente alternativa.
- Gli impianti di teleriscaldamento rendono possibile l'uso ottimale di diverse fonti energetiche (FIG. 2) Mix di F.E.R. per la decarbonizzazione del sistema energetico produttivo), in genere il D.H.C. (district heating and cooling) può essere definito come produzione di calore (acqua calda o vapore) e acqua fredda da più fonti di energia e la succesiva distribuzione dell'energia prodotta attraverso reti urbane di distribuzione, connesse agli edifici. Pertanto un tipo di impianto urbano, comprende dei sub-sistemi:
- Produzione di energia termica (vapore o acqua calda) nel caso di teleriscaldamento o acqua refrigerata nel caso del teleraffrescamento;
- Distribuzione dell'energia dalla centrale di produzione all'utilizzo.
Il concetto di D.H.C., è simile a quello della distribuzione dell'acqua potabile o distribuzione dell'energia elettrica. Una combinazione di usi residenziali, commerciali ed industriali può coinvolgere vari usi dell'energia termica comprendendo:
- Climatizzazione estiva;
- Climatizzazione invernale;
- Utilizzo di acqua calda per uso domestico, ma anche nel ciclo produttivo industriale.
La rete di distribuzione può essere di cinque tipi:
- sistema lineare;
- sistema ad anello;
- sistema a pettine;
- sistema a lisca di pesce;
- sistema a maglie;
La FIG.3 mostra le diverse fasi per uno studio di fattibilità di un impianto di teleriscaldamento.
Come funziona il teleriscaldamento:
- Il teleriscaldamento è particolarmente indicato per i Comuni delle fasce climatiche (E) ed (F);
- Il trasporto di energia termica (calore), avviene tramite una doppia tubazione, in uno dei due tubi (mandata) l'acqua (fluido termovettore) viene inviata calda alle utenze collegate. Queste ultime, tramite appositi impianti, utilizzano parte del calore rinviando, attraverso il secondo tubo (ritorno) la stessa acqua, oramai raffreddata, alla centrale di produzione.
- La rete di distribuzione è la parte più costosa dell'impianto, si stima che il suo costo possa incidere sull'investimento complessivo per una quota compresa tra il 50% e l'80%. Il sistema di distribuzione, può utilizzare diversi tipi di fluidi. La tendenza in Italia è quella di utilizzo di acqua calda (80-90 °C) o leggermente surriscaldata (110-120 °C) (FIG.4 Rete di distribuzione impianto di TLR alimentato da r.s.u.).
Gli impianti di TLR alimentato dai r.s.u. e le relative reti di supporto sia in ingresso che in uscita, costituiscono le infrastrutture territoriali ed urbane che svolgono la funzione di mediare la relazione che l'uomo ha con il suo ambiente e che quindi influenzano l'efficienza ecologica di un sistema insediativo.
Un valido esempio di integrazione tra Tecnologia-Energia-Ambiente è dato dall'Impianto di Termovalorizzazione ARC (Amager Resource Center) di Copenaghen (Danimarca), FIG.5

L'Impianto rappresenta lo stato dell'arte della tecnica waste-to-energy in termini di prestazione energetica ed ambientale.

Dati Tecnici:
• Bacino di utenza: 400.000/700.000 abitanti;
• Potenzialità: 400.000 T/anno;
• Portata: 2 x 35 T/h;
• p.c.i.: 11,5 MJ/Kg.;
• Carico termico nominale:112 MW;
• Vapore in uscita:141,1 T/h;
• Efficienza energetica: 99%;
• E.E. (energia elettrica) per 62.500 utenze domestiche;
• Produzione acqua calda per 160.000 utenze domestiche (teleriscaldamento),
• Emissioni da CO2: 100.000 T/anno in meno;
• Costo dell'impianto: 520 milioni di euro;

Il presente articolo è stato pubblicato a pag. 39 del n. 4/2018 di Recycling...continua a leggere