Date post: | 30-Dec-2015 |
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GLI IMPIANTI DI BIOGAS IN GLI IMPIANTI DI BIOGAS IN PIEMONTE: SITUAZIONE, PIEMONTE: SITUAZIONE,
PROBLEMATICHE E PROSPETTIVEPROBLEMATICHE E PROSPETTIVE
P. Balsari, E. DinuccioP. Balsari, E. [email protected]
00
5050
100100
150150
200200
250250
300300
350350A
nte
20
00A
nte
20
00
2001
2001
2002
2002
2003
2003
2004
2004
2005
2005
2006
2006
2007
2007
2008
2008
2009
2009
2010
2010
2000
2000
318318
Imp
ian
ti (
n)
Imp
ian
ti (
n)
AnniAnni
Andamento del numero di impianti di biogas nel settore agro-zootecnico in Italia
(Rielaborato da Fabbri et al., 2010)
1
80
102
33
33
4
36
33
1
23
3
7
318 Impianti(101 in costruzione)
(Rielaborato da Fabbri et al., 2010)
4
2
1
Gli impianti di biogas nel settore agro-zootecnico in Italia
PRINCIPALI CARATTERISTICHE DEGLI IMPIANTI DI BIOGAS IN ITALIA
Potenza elettrica installata (kWel)
21
27
8
44
0
10
20
30
40
50
< 100 kWel 100-500 kWel 501-1000 kWel > 1000 kWel
(Rielaborato da Fabbri et al., 2010)
Inci
den
za s
ul t
ota
le (
%)
Inci
den
za s
ul t
ota
le (
%)
PRINCIPALI CARATTERISTICHE DEGLI IMPIANTI DI BIOGAS IN ITALIA
Tipologia di biomassa utilizzata
31
62
7
0
10
20
30
40
50
60
Solo refluizootecnici
Reflui zootecnici +colture
energetiche
Solo coltureenergetiche
70
(Rielaborato da Fabbri et al., 2010)
Inci
den
za s
ul t
ota
le (
%)
Inci
den
za s
ul t
ota
le (
%)
00
1010
2020
3030
4040
5050
6060
7070
8080
Imp
ian
ti (
n)
Imp
ian
ti (
n)
AnniAnni
Andamento del numero di impianti di biogas nel settore agro-zootecnico in Piemonte
20072007 20082008 20092009 20102010
8080
4646
3131
33
(Fonte, DEIAFA 2010)(Fonte, DEIAFA 2010)
00
Ante 2007Ante 2007
IN FUNZIONE = 18
APPROVATI = 36
IN AUTORIZZAZIONE = 26
Si prevede che entro il 2012 la potenza elettrica
installata in Piemonte relativa ad impianti
“agricoli” raggiungerà i 30MWel.
Dislocazione degli impianti di biogas nel settore agro-zootecnico in Piemonte
80 IMPIANTI
(Fonte, DEIAFA 2010)
PRINCIPALI CARATTERISTICHE DEGLI IMPIANTI DI BIOGAS IN PIEMONTE
Potenza elettrica installata (kWel)
0
10
20
30
40
50
< 100 kWel 100-500 kWel 501-1000 kWel > 1000 kWel
Inci
den
za s
ul t
ota
le (
%)
Inci
den
za s
ul t
ota
le (
%)
60
(Fonte, DEIAFA 2010)
2 1 0
14
2527
2
6
1
0
5
10
15
20
25
30
Operativi In costruzione In attesa diautorizzazione
Imp
ian
ti (
n)
Reflui zootecnici
Reflui zootecnici +
biomasse vegetali
Solo biomasse vegetali
GLI IMPIANTI DI BIOGAS IN PIEMONTE
Tipologia di biomassa utilizzata
COME FUNZIONANO GLI IMPIANTI DI BIOGAS REALIZZATI IN PIEMONTE
Monitoraggio DEIAFA – Facoltà di Agraria - Università di Torino
(progetto PROBIO - Regione Piemonte)
4 impianti monitorati sul territorio piemontese a partire dal 2009:
Impianti 1 e 2: Provincia di TorinoImpianto 3: Provincia di Alessandria
Impianto 4: Provincia di Cuneo
Principali parametri rilevati:
-Tipologia di alimentazione degli impianti di D.A. (caratteristiche e quantità delle biomasse di input)
- Produzioni di biogas e metano- Ore di funzionamento dei cogeneratori- Produzione di energia elettrica- Eventuali inconvenienti funzionali
Il monitoraggio degli impianti di digestione anaerobica in funzione sul territorio piemontese
(progetto PROBIO finanziato dalla Regione Piemonte)
PARAMETRI OPERATIVI DEGLI IMPIANTI MONITORATI
Alimentati in continuo e miscelati (CSTR)
Tutti in mesofilia (40-41°C)
Tutti in codigestione
a) Potenza elettrica installata
10001250
1 2 3 4
Impianti
kWel
1000
500
b) Tipo di biomassa utilizzata
41
55
37
22
0
10
20
30
40
50
60
Reflui zootecnici
35
49
Energy crops
Sottoprodotti agro-industriali
Inci
den
za s
ul c
aric
o o
rgan
ico
(%
)In
cid
enza
su
l car
ico
org
anic
o (
%)
1 2 3 4
Impianti
31
14 16
63
32
70
5
c) SAU disponibile
500700
1 2 3 4Impianti
500
1300
m2/M
Wh
el.
m2/MWhel. prodotto
Per ogni MWhel. prodotto da energy crops è necessario poter disporre per la distribuzione del
liquame digerito di 500 – 1300 m500 – 1300 m22 di terreno
RISULTATI OTTENUTI
Carichi organici medi
1,07
2,021,74
1,27
0
1
2
3
4
1 2 3 4
Impianti
Ca
ric
hi o
rgan
ici m
edi
(kg
SV
/m3 d
ige
sto
re)
Indagine DEIAFA sul funzionamento degli impianti di biogas in Piemonte
Tempo di Ritenzione Idraulica (HRT)
100 100 95
40
020406080
100120
1 2 3 4
Impianti
HR
T (
gio
rni)
RISULTATI OTTENUTI
Indagine DEIAFA sul funzionamento degli impianti di biogas in Piemonte
Variazione della produzione di biogas in funzione della percentuale di reflui zootecnici sul carico organico
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
0 20 40 60 80 100
Incidenza degli effluenti zootecnici sul carico specifico (%)
Pro
du
zio
ne
spec
ific
a b
iog
as
(lN/k
gS
V)
RISULTATI OTTENUTI: DATI DI SINTESI
Indagine DEIAFA sul funzionamento degli impianti di biogas in Piemonte
VARIAZIONE DELLA PRODUZIONE DI METANO IN FUNZIONE DEL CARICO ORGANICO
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4,0
Carico organico specifico (kgSV/m3 dig. giorno)
ME
TA
NO
(m
3 /m
3 dig
. g
iorn
o) Impianto 3 Impianto 4Impianto 2Impianto 1
RISULTATI OTTENUTI: DATI DI SINTESI
Indagine DEIAFA sul funzionamento degli impianti di biogas in Piemonte
Produzione specifica Metano
0,310,47
0,40,49
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1 2 3 4
Impianti
Pro
du
zio
ne s
pecif
ica
Meta
no
(m
3/k
gS
V)
Rapporto tra energia elettrica prodotta e energia elettrica potenziale
0,97
0,870,82
0,89
0,7
0,8
0,9
1,0
1 2 3 4
Impianti
Rap
po
rto
tra
en
erg
ia
pro
do
tta e
po
ten
zia
le
RISULTATI OTTENUTI
Produzione reale
Energia elettrica
Produzione potenziale
Energia elettrica
∆ MWh
Perdita economica
MWh/anno MWh/anno % €/anno
Impianto 1 8611 8760 ~3 ~42.000
Impianto 2 7621 8760 ~13 ~320.000
Impianto 3 8979 10950 ~18 ~550.000
Impianto 4 3928 4380 ~8 ~130.000
La produzione di Energia Elettricanon coincide con quella di progetto
RISULTATI OTTENUTI
Sistema di alimentazione
30%
Altro35%
Sistema di agitazione
35%
(Cogeneratore,ecc.)
Principali cause del fermo impianto
Sintesi delle principali problematiche riscontrate presso gli impianti di D.A. sottoposti a
monitoraggio
Carichi organici non ottimali e molto variabili nel tempo
Impianti spesso sovradimensionati
TEMPO RITENZIONE IDRAULICO: ~ 100 GIORNI
CARICO ORGANICO SPECIFICO: < 2,5 kgSV/m3 digestore
0,000,200,400,600,801,001,201,401,601,80
mar
-09
mag
-09
lug-0
9
set-0
9
nov-
09
gen-
10
mar
-10
mag
-10
lug-1
0
Car
ico
orga
nico
spe
cific
o (
KgS
V/m
3 d
ig. g
iorn
o)
Esempio: IMPIANTO 2
Andamento del carico organico specifico nel corso del monitoraggio
Media=1,27 kgSV/m3dig. giorno
1,71
0,53
Impianto Impiego dell’energia termica
1solo una piccola percentuale (<10%)(<10%) viene utilizzata per scaldare i digestori e gli uffici. La restante parte è dissipata.
2solo il 10%10% viene impiegato (riscaldamento casa, stalla, caseificio, digestori e essiccatore). La restante parte è dissipata.
3solo una piccola percentuale (<10%)(<10%) impiegata per scaldare i digestori. La restante parte è dissipata.
4solo una piccola percentuale (<10%)(<10%) impiegata per riscaldare i digestori e le stalle in inverno. La restante parte viene dissipata.
Sintesi delle principali problematiche riscontrate presso gli impianti di D.A. sottoposti a
monitoraggioRidotto impiego dell’energia termica
Perdite economiche e ambientali
Malfunzionamenti dei sistemi di separazione del liquame digerito
- Caratteristiche fisiche del liquame digerito differenti da quelle di un liquame tal quale difficile scelta del dispositivo più idoneo
- I separatori meccanici sono progettati per essere impiegati in modo discontinuo, mentre negli impianti di digestione anaerobica è richiesto il funzionamento in continuo maggiore necessità di interventi di manutenzione e frequenti rotture
Sintesi delle principali problematiche riscontrate presso gli impianti di D.A. sottoposti a
monitoraggio
Vasche di stoccaggio del digerito sottodimensionate (50 gg di periodo utile di stoccaggio)
50 50 52
128
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
1 2 3 4
Impianto
Utili
Necessari
Sintesi delle principali problematiche riscontrate presso gli impianti di D.A. sottoposti a
monitoraggio
NH3
Stoccaggio digerito
CH4 NH3CH4
Perdite economiche (il biogas emesso dalla vasca di stoccaggio potrebbe essere recuperato ed utilizzato per la produzione di energia
Sintesi delle principali problematiche riscontrate presso gli impianti di D.A. sottoposti a
monitoraggioNessuna delle vasche di stoccaggio del liquame digerito risulta coperta
Elevate perdite di ammoniaca e gas serra dagli stoccaggi (~4 t CO2eq. per giorno per impianto da 1 MWhel)
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
0
MW
h el
. non
pro
dotti
Media: 228MWhel.
Media: 1218tCO2eq
Emissioni di CO2eq. Stimate dalle vasche di stoccaggio del liquame digerito
Monitoraggio degli impianti di D.A.
1) Pianificazione territoriale nel settore della D.A.1) Pianificazione territoriale nel settore della D.A.
Formazione e assistenza tecnica presso gli impianti
di D.A.
Scelta delle biomasse per l’alimentazione degli impianti
2) Miglioramento dell’efficienza 2) Miglioramento dell’efficienza energetica ed ambientale degli impiantienergetica ed ambientale degli impianti
3) Gestione del digerito 3) Gestione del digerito aspetti agronomici, ambientali e gestionali aspetti agronomici, ambientali e gestionali
Ottimizzazione dell’impiego del calore prodotto
Prospettive di sviluppo della digestione anaerobica a livello regionale
Utilizzazione agronomica digerito
NO3- P
P NO3-
1) Pianificazione territoriale nel settore della D.A.1) Pianificazione territoriale nel settore della D.A.
GHGGHG
Produzione biomasse e trasporto
GHGGHG
Impianto +
cogeneratore
GHGGHG
Stoccaggio digerito
GHGGHG
GHGGHG
LE POSSIBILI PROBLEMATICHE AMBIENTALILEGATE ALLA PRODUZIONE DI ENERGIA DA BIOGAS
L’importanza della sostenibilità ambientale
ENTRO BREVE I SUSSIDI ALLA PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA DA
FONTI RINNOVABILINON SARANNO PIU’ IN TERMINI DI
€ x MWhMA DI
€ x teq CO2 NON IMMESSA IN ATMOSFERA
2) Miglioramento dell’efficienza energetica ed 2) Miglioramento dell’efficienza energetica ed ambientale degli impiantiambientale degli impianti
Emissioni di CO2eq per diverse fonti energetiche(kg CO2eq/kWhel prodotto)
2) Miglioramento dell’efficienza energetica ed 2) Miglioramento dell’efficienza energetica ed ambientale degli impiantiambientale degli impianti
Le emissioni di CO2eq per la produzione di energia elettrica da
biogas (risultati emersi dal progetto EU-Agro biogas)
2) Miglioramento dell’efficienza energetica ed 2) Miglioramento dell’efficienza energetica ed ambientale degli impiantiambientale degli impianti
Le emissioni di COLe emissioni di CO2eq2eq per la produzione per la produzione
di energia elettrica da biogasdi energia elettrica da biogas
SOLO SOLO REFLUI ZOOTECNICIREFLUI ZOOTECNICI
REFLUI ZOOTECNICI REFLUI ZOOTECNICI + +
ENERGY CROPSENERGY CROPS
CH4
CH4
CO2CH4
N2ONH3
CO2
CH4
CH4CO2
CH4
N2ONH3
0,25 kg CO0,25 kg CO2eq2eq/kWh/kWhelel prodotto prodotto
0,60 kg CO0,60 kg CO2eq2eq/kWh/kWhelel prodotto prodotto
2) Miglioramento dell’efficienza energetica ed 2) Miglioramento dell’efficienza energetica ed ambientale degli impiantiambientale degli impianti
Risultati ottenuti nell’ambito del progetto EU Agrobiogas
Elettricità (fossile)
Risparmio emissioni
Kg CO2eq per kWelettrico prodotto non immessi in atmosfera
0,47 0,58
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
kg C
O2e
q/k
Wh
el
Utilizzo energia termica
Non utilizzo energia termica
0,340,53
Non recuperobiogas da
stoccaggio
Recuperobiogas da
stoccaggio
2) Miglioramento dell’efficienza energetica ed 2) Miglioramento dell’efficienza energetica ed ambientale degli impiantiambientale degli impianti
Costi di abbattimento delle emissioni di CO2 eq. per gli impianti inseriti nel progetto EU Agro Biogas
VALORE MASSIMO ECONOMICAMENTE SOSTENIBILE: 50€/t CO50€/t CO22eq.eq.
Dati elaborati da KTBL (Germania)
€/t
CO
2 eq
.
Impianti
381
189
683
411395
253
97 52100
300
500
700
2) Miglioramento dell’efficienza energetica ed 2) Miglioramento dell’efficienza energetica ed ambientale degli impiantiambientale degli impianti
Ottimizzazione dell’impiego del calore prodottoOttimizzazione dell’impiego del calore prodotto
75 25
Frequenza impianti (%)
Qu
ota
di
calo
re p
rod
ott
a r
iuti
lizz
ata
in a
zien
da
(%)
≥10%
<10%
La situazione piemontese
2) Miglioramento dell’efficienza energetica ed 2) Miglioramento dell’efficienza energetica ed ambientale degli impiantiambientale degli impianti
Essiccazione di:
- Granella
- Segatura, trinciato (utilizzabili come lettiera)
- Pellets
- Frazione solida digerita
Pre trattamenti termici delle biomasse:
- Letami
- Paglie
- Frazione solida digerita
Possibilità di impiego dell’energia termica prodotta
Ottimizzazione dell’impiego del calore prodottoOttimizzazione dell’impiego del calore prodotto
2) Miglioramento dell’efficienza energetica ed 2) Miglioramento dell’efficienza energetica ed ambientale degli impiantiambientale degli impianti
DA
Caso A
Caso B
DA
Limiti Direttiva Nitrati(170-340 kgN/ha)
(Art. 10)
Limiti Direttiva Nitrati(170-340 kgN/ha)
(Art. 10)
- Per quota non zootecnica limite legato al fabbisogno colturale (PUA)
- Solo per quota zootecnica
Colture energetiche
dedicate
Altri sottoprodotti
Solo reflui zootecnici
3) Gestione del digerito 3) Gestione del digerito aspetti agronomici, normativi e gestionali aspetti agronomici, normativi e gestionali
L’AZOTO DA GESTIRE
1 MWhel DA
INPUT
OUTPUT
2.5 t silomais
~11 kg di N
= ~600m2 di terreno disponibile (zona vulnerabile)
Per un impianto da un MWel. = 550 ha di terreno disponibile per lo spandimento del digerito
3) Gestione del digerito 3) Gestione del digerito aspetti agronomici, normativi e gestionali aspetti agronomici, normativi e gestionali
(Tipo di biomassa utilizzata)
N da gestire/anno(impianto da 1MW el.)
550 ha
225 ha
Su
perfi
cie
necessari
a p
er
lo
sp
an
dim
en
to d
el d
igeri
to (
ha)
Solo silomais
280 kgN/ha170 kgN/ha 340 kgN/ha
336 ha
94t
N t
ot.
Da g
esti
re (
t/an
no)
3) Gestione del digerito 3) Gestione del digerito aspetti agronomici, normativi e gestionali aspetti agronomici, normativi e gestionali
Necessaria maggiore attenzione a livello progettualeNecessaria maggiore attenzione a livello progettuale
Maggiore attenzione ambientale Maggiore attenzione ambientale
- Uso dell’energia termica- Copertura vasca di stoccaggio
- Volumi dei digestori più adeguati
- Vasche di stoccaggio idonee- HRT minori
Implementare l’assistenza tecnica nella “gestione” Implementare l’assistenza tecnica nella “gestione” degli impiantidegli impianti
Ridurre le variazioni del carico organico
CONCLUSIONI
La realizzazione di un impianto di digestione anaerobica va La realizzazione di un impianto di digestione anaerobica va considerata esaminando tutti gli aspetti della filiera e soprattutto considerata esaminando tutti gli aspetti della filiera e soprattutto quelli che possono avere un impatto negativo sull’ambientequelli che possono avere un impatto negativo sull’ambiente
pianificazione territoriale degli impianti di pianificazione territoriale degli impianti di digestione anaerobicadigestione anaerobica
CONCLUSIONI