Fonti rinnovabili ed energia del futuro

La richiesta di energia della nostra civiltà non accenna a diminuire così come l’impatto sempre maggiore che essa ha sull’ecosistema globale. Per conciliare il bisogno di sostenere dal punto di vista energetico le attività umane e allo stesso tempo limitare i cambiamenti climatici e il degrado ambientale, le fonti di energia rinnovabile stanno conquistando uno spazio sempre maggiore, grazie al loro essere meno inquinanti e più sostenibili.

I sistemi di produzione di energie rinnovabili hanno però la caratteristica di non avere sempre un funzionamento costante, in quanto legati alle condizioni atmosferiche e climatiche. L’aumento delle connessioni di impianti di questo tipo alle reti di distribuzione e trasmissione impone di ripensare i sistemi energetici di trasporto e condivisione di energia secondo dei nuovi canoni che trasformino le reti elettriche da un sistema ad organizzazione piramidale ad uno più moderno, che preveda una connessione intelligente fra tutti i suoi componenti e operatori, secondo dei principi di condivisione dell’energia che fluirà sempre più attraverso punti di generazione e consumo distribuiti sul territorio e che costituiscono le reti del futuro.

Questo libro è rivolto a chiunque si interessi di energia, efficienza energetica e sistemi energetici complessi e fornisce un quadro generale sullo stato attuale delle tecnologie di produzione di energia da fonti rinnovabili, le modalità di connessione di queste tecnologie alla rete elettrica, sulle reti elettriche del futuro e l’utilizzo efficiente dell’energia. Riassume in modo coerente e rapido una serie di informazioni che riguardano un ambito che oggi è in forte sviluppo.

Argomenti nuovi e di attualità, che di solito sono trattati in modo separato e dispersivo, sono raggruppati in un corpo unico in modo organico e completo.

Come funzionano le tecnologie che producono energia rinnovabile?

Come si possono gestire e integrare fonti di energia incostante e distribuita sul territorio in una rete di trasmissione dell’energia estesa e che deve garantire energia a tutti gli utenti?

Come sarà gestita l’energia prodotta da fonti fossili e rinnovabili nel futuro prossimo?

A queste e altre domande si trova risposta nella lettura di questo libro.

AUTORE
Roberto Parato, ingegnere, è consulente nel settore dell’energia, dell’efficienza energetica e dello sviluppo sostenibile. Si occupa di progettazione ed installazione di impianti di produzione, sviluppo di progetti nazionali ed internazionali per le energie rinnovabili e la tutela dell’ambiente e di consulenza per la realizzazione di attività sostenibili.

INDCE

RINGRAZIAMENTI

INTRODUZIONE

1. LE FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE PIÙ DIFFUSE E UTILIZZATE 
1.1. Potenza ed energia prodotta 
1.2. Le principali tecnologie che producono energia da fonti rinnovabili 
1.2.1. L’energia da biomassa 
1.2.1.1. Potenza installata a livello globale 
1.2.2. L’energia geotermica 
1.2.2.1. Utilizzi dell’energia geotermica 
1.2.2.2. Potenza installata a livello globale 
1.2.3. L’energia idroelettrica 
1.2.3.1. Potenza installata a livello globale 
1.2.4. L’energia eolica 
1.2.4.1. Le moderne pale eoliche 
1.2.4.2. Pale eoliche e produzione di energia 
1.2.4.3. Potenza installata a livello globale 
1.2.5. Energia solare 
1.2.5.1. Solare termico 
1.2.5.2. Solare fotovoltaico 
1.2.5.3. Potenza installata a livello globale

2. NZEB 
2.1. Conservazione dell’energia negli edifici 
2.1.1. Progettazione di edifici passivi 
2.1.1.1. Riscaldamento solare passivo 
2.1.1.2. Costruire con basso utilizzo di energia 
2.1.1.3. Energie rinnovabili integrate negli edifici 
2.1.1.4. Alcuni esempi di edifici NZEB

3. ENERGIA E EFFICIENZA 
3.1. Edifici 
3.2. Industria 
3.3. Trasporti

4. SISTEMI ENERGETICI E INTEGRAZIONE FRA RETI ELETTRICHE ED ENERGIE RINNOVABILI 
4.1. Integrazione basata su aggregazione e operatività intelligenti: le smart grid 
4.2. Integrazione di vettori energetici 
4.3. Integrazione basata su interfaccia fra vettori energetici “power to X” 
4.4. Le micro-reti 
4.5. I vantaggi dell’integrazione di sistemi energetici e gli aggregatori 
4.5.1. Gli aggregatori 
4.5.1.1. Slittamento nel tempo della curva di carico 
4.5.1.2. Servizi di bilanciamento della rete 
4.5.2. L’integrazione fra differenti tecnologie 
4.5.3. Il ruolo delle grandi reti già esistenti (elettrica e gas) 
4.6. Integrazione ed energie rinnovabili

5. TECNOLOGIE DISPONIBILI E LORO APPLICAZIONI 
5.1. Impianti fotovoltaici 
5.2. Pompe di calore 
5.2.1. Sistemi centralizzati 
5.2.2. Sistemi decentralizzati 
5.3. Sistemi di accumulo 
5.3.1. Sistemi di stoccaggio a batteria 
5.3.1.1. Batterie BTM e FTM 
5.3.1.2. Servizi delle batterie BTM per gli utenti finali 
5.3.1.3. Servizi delle batterie BTM per gli operatori di rete 
5.3.2. Servizi delle BTM per le micro reti elettriche 
5.3.2.1. Servizi forniti per il funzionamento della rete 
5.3.2.2. Servizi forniti grazie al differimento degli investimenti 
5.3.2.3. Servizi forniti per la generazione di energia da parte delle FER 
5.3.2.4. Servizi per le mini reti locali 
5.3.2.5. Batterie e veicoli elettrici 
5.3.3. Tecnologia CAES 
5.3.4. Volani 
5.3.5. Pompaggio in impianti idroelettrici 
5.3.6. L’idrogeno 
5.3.7. Considerazioni finali sui sistemi di stoccaggio

6. LE RETI DI DISTRIBUZIONE E LORO POSSIBILI EVOLUZIONI 
6.1. Il ruolo di aggregatori e “prosumer” 
6.2. Le caratteristiche di una rete flessibile 
6.3. Fonti di energia distribuite 
6.4. Esempi di interazione fra fonti distribuite e reti 
6.5. La adattabilità fra fonti variabili di energia e le reti. Gli sbalzi di tensione 
6.6. Soluzioni per gestire l’energia da FER in una rete 
6.6.1. Servizi di dispacciamento “demand – response” 
6.6.2. Contenimento della generazione distribuita 
6.6.3. Stoccaggio distribuito di energia 
6.6.4. Veicoli elettrici 
6.6.5. Gestione della domanda nel settore industriale 
6.6.6. Gestione della domanda nel settore commerciale e residenziale

7. POTENZIALITÀ DELLE TECNOLOGIE DISPONIBILI E POSSIBILI SVILUPPI NEL FUTURO 
7.1. La accessibilità dei mercati elettrici 
7.2. Le barriere tecnologiche 
7.2.1. Le dimensioni degli impianti diffusi 
7.2.2. Coordinamento fra attività ad alto consumo e produzione 
7.2.3. Le barriere di sostenibilità 
7.3. Conclusioni

APPENDICE INTRODUZIONE ALLA PROGETTAZIONE E ALLA REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA ENERGETICO INTEGRATO A LIVELLO DI UTENZA FINALE DA COLLEGARE A UNA RETE ELETTRICA INTELLIGENTE 
A.1. Introduzione 
A.1.1. Metodo di approccio 
A.2. Analisi del sito 
A.2.1.1. Studio della struttura del sito 
A.2.1.2. Analisi dei flussi energetici e dei consumi 
A.3. Interventi di miglioramento dell’efficienza 
A.3.1. Interventi sulla struttura del sito 
A.3.1.1. Cappotti isolanti 
A.3.1.2. Infissi a bassa dispersione termica 
A.3.2. Interventi sui flussi energetici 
A.3.2.1. Installazione di impianti ad energia rinnovabile 
A.3.2.2. Sistema di climatizzazione efficiente 
A.3.2.3. Acqua calda con pompa di calore 
A.3.2.4. Luci LED 
A.3.2.5. Principi di dimensionamento per impianti da connettere in una smart grid 
A.4. Integrazione delle tecnologie in una rete intelligente 
A.5. Bibliografia

BIBLIOGRAFIA

INDICE ANALITICO