Sistemi innovativi ed efficaci per la produzione di energia Energia: un’opportunità di sviluppo per la Sardegna e il territorio Convegno della Camera del Lavoro di Cagliari Hotel Mediterraneo – 13 dicembre 2004

CRS4: una breve descrizione Il CRS4 in cifre Centro di ricerca interdisciplinare specializzato nelle scienze computazionali Consorzio no-profit RAS(C21), IBM, STM, UniCA, UniSS, Saras, Tiscali Attivo dal 1992 Staff tecnico di ~80 persone Turnover di ~7M Euro, di cui il ~50% da finanziamenti esterni Progetti di ricerca EU/Nazionali Contratti industriali Cagliari, 13 dicembre 2004

CRS4: una breve descrizione Missione Avanzamento della ricerca scientifica/industriale e dello sviluppo tecnologico Soluzioni computazionali/ICT Supporto alla comunità scientifica/industriale regionale Infrastrutture avanzate di ICT/HPC Alta formazione Formazione su applicazioni industriali innovative Supporto a “POLARIS” Il CRS4 è la struttura di calcolo di POLARIS Il CRS4 è la struttura principale di POLARIS per l’implementazione delle tecnologie ICT/HPC nelle filiere di ICT, Energia e Ambiente, Biotecnologie per la genetica e la farmacologia Cagliari, 13 dicembre 2004

CRS4: una breve descrizione Metodologie e applicazioni Le metodologie chiave includono Calcolo ad alte prestazioni e network Metodi di matematica computazionale Metodi di visualizzazione Tecnologie web avanzate La applicazioni sono focalizzate su Scienze energetiche & ambientali Information society Biomedical sciences Trends attuali di ricerca Verso “Bandwidth Unlimited Computing” Sistemi di calcolo su risorse distribuite Verso la soluzione di problemi computazionali su larga scala in Energia rinnovabile Medicina computazionale Cagliari, 13 dicembre 2004

Progetti energetici al CRS4 Tre gruppi principali di progetti Laboratorio di sviluppo tecnologico per l’Energia Solare Termica ad Alta Temperatura Dimostratore per la produzione di elettricità e di idrogeno Progetto di sviluppo tecnologico per l’Energia Solare Termica a Bassa Temperatura Dimostratore per la dissalazione di acqua marina Progetti di sviluppo tecnologico per Materiali e dispositivi per l’energetica Materiali innovativi per Celle a Combustibile Celle a Combustibile Materiali per la purificazione di idrogeno Combustori a idrogeno … Cagliari, 13 dicembre 2004

Generazione di energia da solare termico Motivazioni Il solare termico è uno dei candidati per l’energia pulita e rinnovabile del futuro immediato La radiazione solare è abbondante sulla superficie della terra (dallo 0.1%della superficie, e con η=20%, si soddisfano I consumi annuali mondiali) L’energia solare è illimitata Nessun particolare governo, o individuo, possiede l’energia solare L’utilizzo dell’energia solare è eco-compatibile Nella fascia solare terrestre l’energia solare è ben distribuita Il solare termico è una tecnologia provata e dimostrata (nella sola California, più di 9 miliardi di kWh solari sono stati immessi nella rete) Il solare termico ha costi attuali stimati di 0.15-0.20 €/kWh e costi stimati a medio-lungo termine di 0.05-0.10 €/kWh Il solare termico è pronto per altre applicazioni se una penetrazione sul mercato inizia immediatamente Nuovi progetti portano a ulteriore innovazione e riduzione dei costi Cagliari, 13 dicembre 2004

Generazione di energia da solare termico Principio di funzionamento Principio di funzionamento di un impianto con specchi lineari e accumulo termico Principio di funzionamento di un impianto con torre solare e produzione di un vettore energetico “solare” Cagliari, 13 dicembre 2004

Generazione di energia da solare termico Impianti nel mondo I principali progetti di sviluppo di impianti di solare termico (Fonte: DLR-Almeria, 2000) Cagliari, 13 dicembre 2004

Generazione di energia da solare termico Specchi lineari Vista aerea dei 5 impianti da 30 MWe a Kramer Junction, California (Fonte: Ren. Ener. World, 2000) Cagliari, 13 dicembre 2004

Generazione di energia da solare termico Torri solari Impianto dimostrativo a torre solare di 10 MWe a Barstow, California (Fonte: Ren. Ener. World, 2000) Cagliari, 13 dicembre 2004

Generazione di energia da solare termico Piattaforma solare di Almeria Istallazioni solari sperimentali ad Almeria. Queste istallazioni sono da supporto ad esperimenti internazionali e agli impianti Solar Tres di Cordoba (≈37 MWe) e Solar Cuatro nel sud della Spagna (≈130 MWe) (Fonte: Ren. Ener. World, 2000) Cagliari, 13 dicembre 2004

Generazione di energia da solare termico I costi di impianto Fonte: World Bank Cost reduction study for solar thermal power plants, 1999 Cagliari, 13 dicembre 2004

Generazione di energia da solare termico Penetrazione del mercato Introduzione sul mercato degli impianti solari termici con finanziamenti pubblici e crediti verdi Fonte: SunLAB, USA, 2000 Cagliari, 13 dicembre 2004

Generazione di energia da solare termico Evoluzione del costo del kWh Evoluzione del costo del kWh per impianti solari termici localizzati in siti con irradiazioni differenti Fonte: SunLAB, USA, 2000 Cagliari, 13 dicembre 2004

Generazione di energia da solare termico Tecnologie chiave e innovazione Fonte: Price & Kearney, Parabolic-Truogh Roadmap – A pathway for sustained commercial Development and deployment of parabolic trough technology, DOE, 1999 Cagliari, 13 dicembre 2004

Energia solare termica ad alta temperatura Il progetto CRS4 Assunzione di base Riduzione dei costi dell’energia attraverso l’innovazione tecnologica Scopi e obiettivi principali del progetto Identificazione delle variabili critiche di costo Fattore di capacità annuo, costo dei materiali, tempo di vita dei componenti, scaling-up,… Validazione delle innovazioni tecnologiche Verifica delle opzioni tecnologiche allo stato dell’arte Miglioramento dell’accuratezza delle proiezioni economiche per progetti commerciali Banca dati per i costi di capitale, gestione e manutenzione Diffusione delle informazioni agli “stakeholders” Cagliari, 13 dicembre 2004

Energia solare termica ad alta temperatura Il sistema ENEA Cagliari, 13 dicembre 2004 Filmato ENEA

Energia solare termica ad alta temperatura Il sistema proposto Innovazioni tecnologiche Nuovi fluidi vettori termici Analisi e ottimizzazione di gas vettori Nuovo tubo ricevente Analisi e ottimizzazione di tubi ricevitori modificati Nuovo sistema di stoccaggio termico Analisi e ottimizzazione di materiali solidi per lo stoccaggio termico Studio del comportamento termo-fluido-dinamico del sistema di stoccaggio termico Risultati raggiunti Un solo contenitore di stoccaggio è richiesto I materiali di stoccaggio sono economici e stabili L’intervallo di T di funzionamento è esteso (T_min~50oC, T_max~700oC) L’efficienza globale del sistema integrato è aumentata Il fattore di capacità annuo è aumentato Cagliari, 13 dicembre 2004

Energia solare termica ad alta temperatura Il sistema proposto Costi, schema di supporto finanziario e prospettive Costo stimato del Laboratorio di Sviluppo Tecnologico Approx. 42 MEuro Schema di supporto finanziario 70% dal MIUR, 30% da aziende private e da RAS Attività specifiche del laboratorio da bandi FP6 della UE Prospettive Progettazione di un impianto solare capace di: soddisfare il 10% del fabbisogno elettrico aunnuo della Sardegna (approx. 110 MW) produrre elettricità a costi inferiori di quelli stimati per essere incluso in uno dei “Progetti Faro” della UE Solar Tres (Cordoba, ES) Solar Cuatro (Southern ES) Solar 100 (Southwest US) Costo elettricità, $/kWh 0.16 0.12 0.08 Cagliari, 13 dicembre 2004

Energia solare termica a bassa temperatura Il progetto CRS4 Assunzione di base Riduzione dei costi di dissalazione attraverso l’innovazione tecnologica Scopi e obiettivi principali del progetto Identificazione delle variabili critiche di costo Costo dei materiali, tempo di vita dei componenti, progettazione dello scambiatore di calore, scaling-up,… Validazione delle innovazioni tecnologiche Dimostrazione della fattibilità tecnica della dissalazione su larga scala Verifica delle opzioni tecnologiche allo stato dell’arte Miglioramento dell’accuratezza delle proiezioni economiche per progetti commerciali Banca dati per i costi di capitale, gestione e manutenzione Diffusione delle informazioni agli “stakeholders” Cagliari, 13 dicembre 2004

Energia solare termica a bassa temperatura Descrione del progetto Il principio di funzionamento dello Stagno Solare Cagliari, 13 dicembre 2004

Energia solare termica a bassa temperatura Il sistema proposto Innovazioni tecnologiche Nuovo sistema di estrazione del calore (brevetto CRS4) Analisi di differenti configurazioni di estrazione del calore Nuovi metodi di controllo della stabilità a tempi lunghi dallo stagno solare Analisi dei metodi di gestione del gradiente salino Risultati raggiunti Validazione modellistica del metodo di estrazione del calore Validazione modellistica della stabilità a tempi lunghi del gradiente salino Aumento dell’efficienza dell’impianto stagno solare-dissalatore Prima stima dei costi dell’acqua dissalata 20000 m3/day Plant RO MED-fossil fuel SP-MED Desalted water cost, Euro/m3 1.25 1.65 1.00 Cagliari, 13 dicembre 2004

Energia solare termica a bassa temperatura Il sistema proposto Costi, schema di supporto finanziario e prospettive Costo stimato del Progetto di Sviluppo Tecnologico 5.8 MEuro Schema di supporto finanziario Progetto FAR: 70% dal MIUR, 30% da aziende private Partnership CRS4, CASIC, MSS, Università di Cagliari Prospettive Industrializzazione dei risultati e creazione di spin-off Estensione ad altre applicazioni Riscaldamento di serre Aumento della produttività delle saline Crescita di batteri per la degradazione di biomasse … Industrializzazione dei risultati nei paesi del Maghreb Cagliari, 13 dicembre 2004

Materiali e dispositivi per l’energetica I progetti CRS4 Assunzione di base Sviluppo dell’economia all’idrogeno attraverso l’innovazione tecnologica Scopi e obiettivi principali del progetto Identificazione delle variabili critiche di costo Costo dei materiali, tempo di vita dei componenti,… Validazione delle innovazioni tecnologiche Dimostrazione della fattibilità tecnica di nuovi disegni e materiali Verifica delle opzioni tecnologiche allo stato dell’arte Miglioramento dell’accuratezza delle proiezioni economiche per progetti commerciali Banca dati per i costi di capitale, gestione e manutenzione Diffusione delle informazioni agli “stakeholders” Cagliari, 13 dicembre 2004

Materiali e dispositivi per l’energetica Descrizione dei progetti Il principio di funzionamento e l’uso delle Celle a Combustibile Cagliari, 13 dicembre 2004

Materiali e dispositivi per l’energetica Il sistema proposto Innovazioni tecnologiche Sviluppo della conoscenza di base della fenomenologia delle CC Analisi delle relazioni tra materiali, disegno e prestazioni Sviluppo di strumenti di simulazione meccanicisti per il disegno di CC Sviluppo di software stabile, accurato e veloce per la gestione di CC Integrazione dei modelli sviluppati in piattaforme commerciali Risultati raggiunti Validazione modellistica delle prestazioni di PEMFC, DMFC e SOFC Validazione modellistica del meccanismo di trasporto protonico nelle membrane polimeriche Comprensione dettagliata del ruolo della struttura dei materiali elettrodici nelle prestazioni delle CC Cagliari, 13 dicembre 2004

Materiali e dispositivi per l’energetica Il sistema proposto Costi, schema di supporto finanziario e prospettive Costo dei progetti di sviluppo tecnologico 17.2 MEuro (costo totale di quattro progetti) Schema di supporto finanziario 2 progetti FISR: 50% dal MIUR, 50% dai partecipanti 2 progetti FISR: 70% dal MIUR, 30% dai partecipanti Partnership CRS4, Università italiane, CNR, ENEA, Industrie (NUVERA, EniTechnology, ENEL,…) Prospettive Industrializzazione dei risultati e creazione di spin-off Attrazione di industrie high-tech attive nella produzione di CC Partecipazione attiva ai bandi del FP6 della UE Cagliari, 13 dicembre 2004