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EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably Legno per la produzione di energia da legno di piccole dimensioni EURIS Modulo 12 Tuomo Pesola.

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Presentazione sul tema: "EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably Legno per la produzione di energia da legno di piccole dimensioni EURIS Modulo 12 Tuomo Pesola."— Transcript della presentazione:

1 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably Legno per la produzione di energia da legno di piccole dimensioni EURIS Modulo 12 Tuomo Pesola 1, Janne Alahuhta 1, Raffaele Spinelli 2, Anabela Rodrigues 3, José Vicente Ferreira 3 & Tom Kent 4 1 Oulu Polytechnic, School of Renewable Natural Resources – Finland; 2 CNR Ivalsa – Italy; 3 Viseu Polytechnic Institute; 4 Waterford Institute of Technology

2 Panoramica sulle politiche di supporto alla produzione di energia da legno Comprensione di base sul legno come combustibile Comprensione di base sulle possibilità e sul significato dellutilizzazione delle foreste per la produzione di energia Conoscenze sui principali metodi di raccolta e sui dispositivi utilizzati nella produzione di energia con legno Conoscenze sul processo e sulle caratteristiche di combustione del legno Conoscenze sulle principali soluzioni e sui sistemi di riscaldamento EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably Obiettivi della lezione

3 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably Impegno Internazionale …per conseguire la stabilizzazione della concentrazione di gas-serra nellatmosfera a livelli che possano prevenire pericolose interferenze umane con il sistema climatico… Earth Summit, Rio de Janeiro, 1992 Kyoto Agreement, 1997 Obiettivi-vincolo 5% di riduzione gas-serra nel 1990 per i Paesi in Annex 1 8% per Paesi EU Anche attraverso: Protezione di serbatoi naturali di carbonio (foreste) Sviluppo di energie rinnovabili (combustibili legnosi) Politiche internazionali sul cambiamento del clima da: International Energy Agency, World Energy Outlook, 2000

4 Libro Bianco sulle energie rinnovabili COM(97)599 –Obiettivo di raddoppio di ER dal 6% al 12% nell EU entro il 2010 –Gli obiettivi specifici per il 2010 includono: Altri incentivi di supporto per ER e combustibili legnosi sono: –Carta Verde sulla sicurezza della fornitura energetica COM (2002) 321 –Direttiva 2001/77/EC sulla promozione della produzione elettrica da ER –Direttiva 2003/30/EC sulla promozione dei biocombustibili –Programma di supporto: Energie Intellegente - Europe ( ) EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably Politica europea sulle energie rinnovabili

5 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably Posizione attuale dei combustibili legnosi 6% dellenergia in EU deriva da ER nel 1998 La biomassa fino al 63% della fornitura di ER in EU Solo 9% dellelettricità in EU prodotta con biomassa Produzione di calore per il 97% da biomassa Da: Eurostat, 2001

6 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably Potenziale futuro dei combustibili legnosi Share of Primary Energy Produced from Wood in 1998 Source: Eurostat, EU15FINIRLINLPSKUK % Total Energy Requirement % Renewables 4% in % in % in % in 2020

7 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably La produzione di energia da legno segue le richieste europee in ordine di: Limita le emissioni di gas-serra, Energia pulita, Energia sostenibile rinnovabile, locale, Uso alternativo del territorio & imprese rurali, Selvicoltura sana per una gestione forestale sostenibile. Benefici dei combustibili legnosi

8 Legno Potere Calorifico (P.C.) = GJ/t Produzione di energia = MWh/t (petrolio = c. 40GJ/t, c. 11MWh/t) Umidità del legno Legno fresco ha ~ 50% di acqua La vaporizzazione dellacqua consuma energia P.C. aumenta al diminuire di U% Potere Calorifico Variazioni minime tra specie La densità di energia (GJ/m 3 ) varia al variare della densità delle specie EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably Umidità del legno & potere calorifico Potere calorifico Umidità (%) da: Wood fuels information pack 2002 Specie legno Corteccia foglie Fraxinus spp Quercus spp Pinus sylvestris Picea abies Potere calorifico delle parti della pianta MJ/kg da: Wood fuels Basic Information Pack, 2000

9 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably Unità di misura per contenuto di energia Potere Calorifico del Legno = 18-21GJ/t (legno secco o odt - oven dry tonne) 1 odt = 1 / [densità basale (kg/m 3 ) / 1000] m 3 volume Quantificazione dei combustibili legnosi Unità di misura per la produzione, fornitura, trasporto e immagazzinamento di combustibili legnosi Legno tondo 1m 3 = Legna da ardere 1.49m 3 metri steri = Chips 2.5m 3 volume da: Wood Fuel Basic Information Pack, 2000

10 Gestione forestale Specie legnose / dimensioni non commerciabili Diradamenti / assortimenti piccoli Cimali e ramaglia Residui industriali Prime lavorazioni: Trucioli e corteccia umidi Falegnamerie: trucioli secchi, cascami Pasta e carta: corteccia & acque reflue Impianti da energia Cedui di salice, pioppo ed eucalipto Turni brevi/rapido accrescimento Raccolti come chips o a pianta intera EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably Fonti di combustibili legnosi

11 Legna da ardere Densità kg/m 3 50% di umidità da fresca, 25% da secca Potere Calorifico GJ/m3 Cippato Densità 300 kg/m % U% da fresco, 10-30% da secco Potere Calorifico GJ/m3 Legna densificata (pellets e briquettes) Densità kg/m 3 U=10% Potere Calorifico c.17 GJ/t EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably Tipologie

12 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably Da cosa? Diradamenti Specie legnose / assortimenti non commerciabili Cimali e ramaglia Perché? Energia rinnovabile e sostenibile sfruttata ed utilizzata localmente Facilita una buona gestione forestale Sviluppo e lavoro in ambito rurale Industrie locali che sviluppano risorse locali Fornitori di energia a livello locale e di comunità Possibilità di ottenere lo sviluppo economico senza degrado ambientale EURIS: la risorsa di legna da combustibile

13 Raccolta - Diradamenti (o taglio finale)/ depezzatura / concentramento / trasporto Essiccazione Trasporto - da bordo strada al primo trasformatore Lavorazione del legno da energia - in legna da ardere - in chips EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably Legna per energia: la catena produttiva

14 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably Scelta del sito di raccolta Situazione del sito - bilancio dei nutrienti / specie legnosa / capacità di carico / sottobosco / scheletro del suolo Accesso Condizioni economiche Disponibilità di macchine e di forza lavoro Tener conto sempre dellintera catena di lavorazione!

15 Sistemi di raccolta EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably Raccolta non integrata Legna da energia (potatura, diradamento) Organizzazione semplice Limiti economici Le rese di raccolta dipendono dal tipo (primo / secondo) e dallintensità di diradamento oltre che dalla specie Possibilità non sfruttate

16 Legna da energia (scarti) + assortimenti tradizionali Integrazione economica, ottimizzazione fattibile, organizzazione complessa La disponibilità di legna da energia e/o degli assortimenti tradizionali deve essere adeguata 1.Non integrata Due operazioni indipendenti 2. Integrata Due operazioni interdipendenti EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably Raccolta integrata Abete rosso PinoBetulla VTT Energy

17 Circa metà del peso del legno fresco è acqua La necessità di essiccare dipende dallutilizzo del legno Il processo di essiccazione varia con il clima, il periodo dellanno, specie legnosa, porzione di tronco e fase di immagazzinamento Il legno può essere accatastato nel corso dellestate perché possa essiccare EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably Essiccazione del legno

18 Veicoli - Trattori - Autocarro - Autocarro per container - Autocarro con rimorchio - Semirimorchio Il trasporto viene pianificato in maniera integrato con lintera catena di lavorazione in modo da ridurre le spese Trasporto EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably VTT Energy Tipo, velocità e capacità di carico del veicolo dipendono dalle distanze da coprire e dalla qualità della strada Il legno per energia può essere trasformato in balle in bosco in modo da facilitare il trasporto

19 Cippato EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably Legno fluidificato Processo semplice Può partire da materiale di piccole dimensioni Strumenti specifici –Cippatori (a disco / a martelli / a punta) –Sfibratori a martelli –Configurazione della cippatrice: a trattore / a motore indipendente / autotraente / su autocarro / cippatrice sul posto

20 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably Diradamento / depezzatura / troncatura / concentramento Imballaggio TrasportoCippatura e trasporto Trasporto delle balle Cippatura ed immagazzinamento Trasporto della legna e delle balle allutilizzatore Cippatura o sfibratura Piccoli impianti Grandi impianti Trasporto del cippato allutilizzatore Catena legno - chip Necessità che lutilizzatore primario definisca la scelta della modalità di lavorazione Necessità e requisiti diversi a seconda del bollitore e del sistema di riscaldamento locale essiccazione (se necessaria) essiccazione

21 Produzione di legna da ardere EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably tradizionale e ben conosciuta mercato ampio e vivace Commercio internazionale Raccolta sul terreno –Motosega / trattore + rimorchio / muli o cavalli Lavorazione in cantiere –selezione / troncatura / spacco

22 Tecniche di lavorazione della legna da ardere Tutte le tecniche lavorano con energia elettrica o da combustibili fossili 1. Troncatura a sega (disco / nastro / motosega) 2.Spacco meccanico / idraulico A cuneo (orizzontale / verticale / multi- direzionale) A vite 3.Assortitori per legna da ardere Troncatura, spacco e carico combinati Differenti livelli di sofisticazione EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

23 Combustione Fasi della combustione (dipendono dalla temperatura): 1) essiccazione; 2) Riscaldamento, gasificazione e combustione delle sostanze gasificate; 3) Combustione della parte solida (combustione finale) 3 parametri influiscono sul risultato finale: a) Tempo; b) Temperatura; c) Turbolenza VTT Energy

24 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably VTT Energy Numerose caratteristiche influiscono sul processo di combustione umidità, composizione chimica, densità, composizione delle ceneri, dimensione media delle particelle, specie arborea… Reazione : C + O 2 CO ,8 KJ/kg Carbonio 2H 2 + O 2 2H 2 O + 142,2 MJ/kg Idrogeno

25 Boilers 1. Sovra-combustione (solo legna da ardere) Alimentazione e combustione avvengono simultaneamente; il passaggio dellaria avviene attraverso uno sportello controllabile. Poche possibilità di controllo dellefficienza EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably Applicazioni su piccola scala Sovra-combustione (VTT Energy)Sotto-combustione (VTT Energy)

26 2. Sotto-combustione (sia per legna che per cippato) Il combustibile viene gasificato e la combustione avviene nella parte inferiore del materiale legnoso Gas e fiamme vengono portati nella camera di combustione per la combustione finale Laria tramite una porta controllabile al di sotto del camino o tramite ventilatori esterni Buon controllo dellefficienza 3. Combustione inversa Si tratta di una sotto-combustione migliorata La combustione dei gas nellapposita camera viene controllata meglio Temperature elevate EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

27 Alimentazione e combustione Principalmente a cippato Il bruciatore è connesso col boiler, allinterno del quale viene conservato il calore 1. Tipo 1 Richiede forti quantitativi di chips, equivalenti al calore prodotto, alimentazione nellunità di combustione Combustione su griglia (temperatura >1000°C) con fornitori di aria controllati 2. Tipo 2 Combustione in precamera isolata ad alimentazione costante di combustibile Adatto anche per chips umidi, trucioli e legna Acqua calda Bruciatore Serbatoio Ceneri EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably (VTT Energy) Bruciatori

28 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably Camini Per legna da ardere 1. Camini aperti Forte perdita di calore per eccesso di aria crea più atmosfera che riscaldamento 2. Camini chiusi Aria controllata da apposite aperture ciclo dei gas in apposite strutture che mantengono il calore Anche per riscaldamento Forni per cottura Combina cottura e riscaldamento Camino chiuso

29 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably Sistema di riscaldamento (Wood fuels basic information pack 2002/VedTek 1996) Riscaldamento domestico Il sistema è costituito da un bruciatore, condutture, pompa, valvole, serbatoio di espansione, serbatoio di accumulo e radiatori per il riscaldamento domestico. Il serbatoio di accumulo è opzionale, non obbligatorio, se la combustione è ben controllata Lacqua di ritorno deve essere come minimo a 70°C Il serbatoio di accumulo è necessario quando vengono bruciati legna da ardere e chips grossolani

30 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably Principi per il dimensionamento di un sistema di riscaldamento Dipende dagli scopi riscaldamento per azienda / impianto familiare Le seguenti informazioni sulledificio influenzano il dimensionamento: superfici e volumi Tempi di lavoro (a meno di 24h/giorno) Tempi di lavoro condizionamento aria Necessità particolari per riscaldamento acqua Attuale sistema di riscaldamento, possibili sistemi addizionali e condizioni dellimpianto Il dimensionamento può basarsi anche su previsioni o calcoli basati su dati annuali passati.

31 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably Bruciatori ad ampia scala Bruciatori su griglia - griglia inclinata / in movimento / piana Letti fluidi - Velocità - Letti fluidi convenzionali / circolanti / a più letti di combustione Pulizia dei gas esausti - Collettori meccanici / lavatori / precipitatori elettrostatici / filtri Eliminazione degli SO x e NO x Wood energy information pack 2002

32 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably CHP –Impianti combinati energia - calore Producono in contemporanea calore ed elettricità Hanno maggiore efficienza. Producono la stessa quantità di energia in due modi: - CHP: con 100 unità di combustibile efficienza = 85 % - Impianti separati: con 152 unità efficienza 56 % Il numero di CHP è in aumento e le dimensioni di profittabilità degli impianti diminuisce per il miglioramento tecnologico Principio di funzionamento di un CHP (wood fuels basic information pack 2002)

33 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably Conclusioni La produzione di legno per energia combina selvicoltura, produzione legnosa, di energia e lambiente E conforme allo sviluppo sostenibile (ecologico,economico e sociale) Sostiene limpiego su scala locale Copre lintera catena produttiva, dalluso domestico alla produzione industriale di energia elettrica Lo sviluppo tecnologico promuove un aumento dellutilizzo del legname per la produzione di energia Grosse differenze tra Paesi nelle possibilità e modi di utilizzo.


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