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Puntare alla decarbonizzazione delle reti di teleriscaldamento, in linea con quanto previsto nell’articolo 26 della Direttiva Europea sull’efficienza energetica, significa anche realizzare sempre più numerosi sono gli impianti solari termici a servizio di tali reti, definiti impianti di Solar District Heating (SDH).
Un gruppo di ricerca della Agenzia Internazionale dell’Energia (Iea), il Task 68, ha recentemente messo a disposizione un’ampia serie di report con strumenti e risorse su questo tema, raggruppandoli in un database disponibile online (link in basso).
Controllare, regolare e ottimizzare
Un documento specifico, ad esempio, analizza i possibili sistemi di controllo di questi grandi impianti. La natura fluttuante della radiazione solare e l’interazione di molteplici componenti, infatti, richiedono strategie di controllo avanzate per un funzionamento efficiente e affidabile che possono essere implementate a livello di componente, con un tempo di reazione di pochi secondi, per regolare pompe, valvole, campi di collettori, scambiatori di calore e la carica/scarica degli accumuli.
Ci deve essere, però, anche un controllo di supervisione a livello di sistema, che ottimizza il funzionamento complessivo utilizzando le previsioni della domanda di calore, della resa solare e dei prezzi dell’elettricità, aggiornando solitamente i programmi con cicli di 15 minuti.
Le strategie predittive che combinano modellizzazione fisica, previsioni operative e ottimizzazione sono oggi considerate l’approccio più promettente per il funzionamento delle reti SDH.
I metodi basati sull’intelligenza artificiale, sebbene in rapida evoluzione, richiedono ancora un’attenta gestione a causa delle sfide legate alla trasparenza, alla robustezza e alla disponibilità dei dati.
Concentrazione… sui collettori
Un paio di rapporti si concentrano sull’impiego di collettori speciali ad elevata prestazione. Anche se le aziende operanti nel settore del teleriscaldamento solare possono scegliere tra un’ampia gamma di strumenti per la modellizzazione e la simulazione, il design atipico di alcuni collettori potrebbe rendere inadeguati tali strumenti.
Un primo documento presenta allora un modello di simulazione sviluppato per i collettori PTC T160 dalla società Absolicon Solar Collector AB, confrontando i dati misurati con i risultati simulati e prendendo come caso di studio un impianto SDH a Härnösand, in Svezia, dotato di 192 collettori a concentrazione parabolica.
Il secondo rapporto, invece, descrive diverse tecnologie di collettori e le loro proprietà, mettendo a confronto i collettori a concentrazione e quelli non a concentrazione, mostrando come, a temperature di rete più elevate, i collettori a concentrazione parabolica garantiscano rendimenti superiori anche nelle località tedesche oggetto dell’analisi.
Tali collettori, inoltre, risultano ancora più interessanti in località con elevata radiazione diretta, poiché questa può essere riflessa e convertita in calore in modo più efficiente rispetto alla radiazione diffusa.
Un’analisi dettagliata dei progetti
Un altro rapporto particolarmente prezioso è Drivers, Data, and Design: A Study of Best-Practice Solar District Heating Installations.
In questo manuale di circa 33 pagine gli autori analizzano in dettaglio 7 impianti SDH, iniziando con una panoramica dell’impianto e proseguendo con l’elenco dei parametri tecnici di base, quali la frazione solare, la superficie dei collettori, l’irraggiamento globale orizzontale e le temperature di mandata e ritorno nella rete di teleriscaldamento.
Segue poi una breve panoramica dei dati economici, dove vengono indicati, ad esempio, i costi di investimento e le spese operative.
Viene quindi descritta, infine, la progettazione di ciascun impianto accompagnata, ove possibile, da uno schema idraulico dello stesso (nella foto in alto: impianto solare termico a servizio di una rete di teleriscaldamento di un quartiere di Amburgo – Energiebunker).
Soluzioni per abbattere i costi
Un altro documento presenta le possibili misure per la riduzione dei costi negli impianti SDH, mostrando il maggior potenziale di risparmio nella fase di costruzione (Capex) attraverso la prefabbricazione, gli appalti intelligenti e la standardizzazione dei processi.
Anche le fasi di pianificazione e preparazione offrono notevoli opportunità di riduzione dei costi, in particolare attraverso l’ottimizzazione dei finanziamenti, le economie di scala e la standardizzazione della progettazione.
Entro il 2030, conclude il rapporto, il Capex medio potrebbe diminuire del 6,5% e l’Opex (costi di funzionamento e manutenzione) del 7,7%, con ulteriori riduzioni previste entro il 2050 rispettivamente del 10,9% e del 9,3%.
Questi potenziali risparmi sui costi, combinati con miglioramenti della resa energetica fino al 14,9%, contribuirebbero a una significativa riduzione dell’LCoH (Levelised Cost of Heat) del solare termico in tutta Europa, con valori superiori al 20%.
L’importanza delle politiche
Il database non affronta esclusivamente temi tecnici ed economici, ma completa l’analisi anche con un rapporto che approfondisce le possibili politiche di sviluppo e di diffusione degli impianti SDH.
Il documento sviscera una serie di politiche di sostegno con l’obiettivo di trarne insegnamenti e, in alcuni casi, suggerire miglioramenti, proponendo anche specifici modelli di business.
La documentazione, quindi, valuta ed evidenzia le modalità per rendere i sistemi SDH più attraenti dal punto di vista commerciale, indagando anche come la politica energetica possa fungere da fattore abilitante, con l’obiettivo di raggiungere a medio termine un mercato senza necessità di incentivazione.
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