Le reti di teleriscaldamento sono spesso caratterizzate da notevoli picchi di richiesta di calore. La variazione di richiesta è dovuta agli spegnimenti ed attenuazioni effettuate da parte degli edifici in alcuni momenti durante la giornata.

L’energia aggiuntiva fornita durante i picchi solitamente è prodotta in modo inefficiente, con maggiore impatto sull’ambiente e più costoso. La tecnologia proposta ha la funzione di mitigare il picco di richiesta termica attraverso un sistema di gestione ottimale della rete, effettuato agendo sulla regolazione delle valvole presenti nelle sottostazioni di scambio termico degli edifici e nei baricentri termici della rete.

Stato del brevetto

DEPOSITATO

Numero di priorità

102020000020344

Data di priorità

24/08/2020

Licenza

ITALIA

Mercato

Il teleriscaldamento è una tecnologia molto diffusa in tutta Europa, con circa 10000 reti installate per coprire oltre 10% del fabbisogno energetico degli edifici. Il mercato mondiale del teleriscaldamento ha raggiunto al 2020 172 MLD di $, con un tasso annuo di crescita pari allo 0.5%. Il problema dei picchi di richiesta è presente nella maggior parte delle reti esistenti in quanto spesso si effettua un’attenuazione in alcune ore della giornata (solitamente notturna). Il problema diventa particolarmente rilevante in caso di spegnimento notturno che è tipico dei climi meno rigidi.

Problema

Il problema dei picchi di richiesta è presente in tutte le reti in cui di notte si effettua spegnimento o attenuazione dei sistemi. In particolare nel primo caso, tipico dei climi meno rigidi, la problematica risulta più impattante. Gli spegnimenti/attenuazioni provocano una riduzione della temperatura dell’acqua nella rete e dell’intera infrastruttura. Il picco è dovuto alla quota di energia extra che serve per innalzare la temperatura del sistema a quella di normale funzionamento.

I picchi di energia sono solitamente soddisfatti mediante l’utilizzo di grandi caldaie a gas, che richiedono una quantità di combustibile dal 25 al 50% in più alle centrali cogenerative (la tecnologia spesso usata per l’alimentazione di tali impianti).

La presenza di picchi crea le seguenti problematiche:

1)maggiori costi di acquisto del combustibile per produrre energia.

2)maggior emissioni di inquinanti

3)maggior consumo di energia per pompaggio di acqua (dovuto alle grandi quantità di acqua in circolo)

4)necessità di istallare tecnologie specifiche idonee alla copertura dei picchi (solitamente grandi caldaie a gas)

5)peggior sfruttamento della rete in quanto a parità di infrastruttura la connessione di nuove utenze è limitata dalle grandi quantità di portata circolante durante i picchi (c’è limitazione sulla quantità massima di acqua distribuibile dalla rete)

Limiti attuali tecnologie / Soluzioni

Il problema dei picchi di richiesta è può essere risolto in due modalità principali. La prima soluzione riguarda l’installazione di tecnologie ad hoc usate per produrre l’energia aggiuntiva. Solitamente si utilizzano grandi caldaie a gas, che però richiedono una quantità di combustibile dal 25 al 50% in più alle centrali cogenerative.

Una seconda possibilità riguarda l’installazione di accumuli termici. Si tratta di grandi serbatoi per l’accumulo di significative quantità di acqua che vengono riempiti durante i periodi di minor richiesta termica e scaricati durante le ore di picco per fornire l’energia aggiuntiva. I principali svantaggi riguardano i costi di installazione e la necessità di grandi spazi dedicati nelle aree urbane (dove la superficie disponibile è ridotta e molto costosa).

Un’ultima tecnica innovativa utilizzata riguarda la variazione degli orari di accensione dei sistemi di riscaldamento degli edifici. Tale interessante approccio è però dipendente dalle specifiche contrattuali di azione sui tempi di accensione e se gestita in modo non oculato può portare a variazioni significative del grado di comfort termico negli edifici.

Killer Application

L’applicazione della tecnologia riguarda la riduzione dei picchi di richiesta di reti di teleriscaldamento senza installare accumuli termici né modificare gli orari di accensione dei riscaldamenti negli edifici. Si tratta dunque di un approccio che consente di utilizzare le reti come accumuli, utilizzando una logica di regolazione innovativa.

Tecnologia e nostra soluzione

La tecnologia può presentare opportunità in diversi sensi:

1)Lo sviluppo di un sistema di regolazione (o di modifica dell’attuale sistema di regolazione) che permetta di gestire in modo intelligente alcune delle valvole di alcune utenze del teleriscaldamento (anche quelle che normalmente sono comandate solo manualmente) al fine di consentire un pre-riscaldamento della rete.

2)La fornitura di servizio di supporto per il miglioramento della gestione delle reti di teleriscaldamento al fine di dare indicazioni su come agire in modo intelligente per garantire un opportuno riscaldamento della rete e l’opportuna installazione di tubazioni di by-pass in punti di interesse.

3)Lo sviluppo di sistemi di bypass di costo contenuto, che consentano di aumentare la flessibilità delle reti esistenti.

Vantaggi

I principali vantaggi riguardano la possibilità di ridurre i picchi di richiesta senza modificare gli orari di accensione del riscaldamento degli edifici e senza la necessità di destinare spazi e risorse economiche per l’installazione di grandi accumuli termici.

L’utilizzatore mediante la tecnologia proposta può avvalersi di un sistema di controllo efficiente della rete di teleriscaldamento, basato su un modello della rete, che consente di minimizzare la spesa energetica.

Roadmap

La produzione di un sistema di regolazione efficace a livello di rete e la fornitura di servizi per una gestione ottimale della rete si articola in tre fasi. La primo riguarda i test su una rete sperimentale (attualmente in sviluppo al Politecnico di Torino). La seconda riguarda la messa a punto di un modello che consenta di agire in modo ottimale sulla rete al fine di ridurre il picco, senza modificare il profilo di richiesta delle utenze. La terza fase consiste nell’applicazione pilota del sistema su reti reali che siano rappresentative delle tipologie esistenti.

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