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TECH
Ridurre i consumi dei sistemi di trattamento aria con i motori a riluttanza magnetica
Lo Smart Motor System sviluppato dalla californiana Turntide Technologies sbarca in Italia, con l’obiettivo di rivoluzionare i sistemi di trattamento aria negli edifici
Lo Smart Motor System è un motore elettrico a riluttanza magnetica commutata, sviluppato dall’azienda californiana Turntide Technologies, che permette ai grandi edifici di gestire il trattamento dell’aria con un risparmio energetico in media del 64% (misurato sugli impianti installati negli Stati Uniti). Questa tecnologia arriva ora anche in Italia grazie a Future Motors, società specializzata in tecnologie verdi per l’efficienza energetica.
Mentre i motori elettrici tradizionali con tecnologia a induzione perdono fino al 50% del rendimento quando operano in condizioni diverse da quelle di progetto, la tecnologia Smart Motor System comporta un’efficienza costante al variare di velocità e carico, con funzionamento privo di perdite di rendimento. Il motore non ha avvolgimenti intrecciati nello statore, sostituiti da bobine separate, e non ha avvolgimenti nel rotore, costituito da un blocco metallico opportunamente sagomato. Tutto questo affranca dalle perdite di energia e consente una maggiore vita utile dei cuscinetti, poiché il rotore non genera calore. Smart Motor è, inoltre, controllato da un apposito elaboratore in grado di dialogare con sensori o con sistemi BMS e di decidere con quale logica attivare le bobine dello statore, permettendo una completa gestione in potenza e velocità. Questo tipo di soluzione prevede un algoritmo che permette I motori elettrici utilizzati negli edifici industriali e commerciali per climatizzare e movimentare aria arrivano a rappresentare fino al 50% dei loro consumi. In un momento storico in cui il prezzo dell’energia è in continuo aumento e le emissioni di CO2 crescono, disporre di soluzioni intelligenti che migliorino le prestazioni energetiche senza necessità di investire in un nuovo impianto, ma integrandosi con l’esistente, fa la differenza
ANGELO RIVOLTA, CEO di Future Motors Italia
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di controllare l’attivazione delle bobine 20.960 volte al secondo, permettendo di adattare la velocità del motore alle condizioni di funzionamento in tempo reale e generando un risparmio di elettricità in media del 64%, se integrato nei sistemi di gestione degli edifici. Il motore elettrico Turntide è privo di magneti e terre rare ed è quindi a basso impatto ambientale. Infine, tramite il sistema cloud Turntide, è possibile monitorare e gestire a distanza il motore e i sensori a esso collegati, generare avvisi e implementare la manutenzione predittiva.
Il primo impianto a CO2 supercritica in Europa
L’impianto servirà per produrre elettricità dal calore inutilizzato nelle industrie. Enea fra i partner di progetto
Realizzare un impianto pilota su scala industriale, il primo nel suo genere in Europa, in grado di recuperare il calore inutilizzato nelle industrie e trasformarlo in energia elettrica attraverso tecnologie innovative basate sulla CO2 supercritica (sCO2).
È questo l’obiettivo del progetto europeo quadriennale CO2OLHEAT (2 power cycles demonstration in Operational environment Locally valorising industrial waste HEAT), finanziato dal Programma UE
Horizon 2020 con circa 19 milioni di euro e al quale partecipano 21 partner di 11 paesi. Per l’Italia: Enea, Politecnico di Milano, Università degli Studi Roma Tre, Rina Consulting e Nuovo Pignone per l’Italia.
L’utilizzo della sCO2 come fluido di lavoro consentirà lo sviluppo di centrali elettriche più compatte e meno complesse dal punto di vista impiantistico, con una possibile ampia diffusione della tecnologia a tutto il settore delle industrie energivore (chimica, acciaio, vetro, cemento, ceramica) caratterizzate da ampi margini di recupero del calore di processo.
“Gli impianti a sCO2 possono superare i limiti della tecnologia attuale, che si traduce in minor complessità e quindi costi inferiori rispetto agli impianti a vapore, maggior efficienza per lo sfruttamento di calore industriale a temperatura più alta e minori vincoli legati alla sicurezza per il rischio di infiammabilità rispetto agli impianti a fluido organico”, sottolinea Giuseppe Messina, ricercatore Enea del Dipartimento Tecnologie Energetiche e Fonti Rinnovabili e responsabile del progetto CO2OLHEAT per l’Agenzia.
Enea è coinvolta trasversalmente in quasi tutte le attività del progetto e si occuperà, assieme ad altri partner, dell’elaborazione di analisi tecnico-economiche di scenario volte a definire il modello, le caratteristiche e i requisiti che dovrà possedere l’impianto pilota.
Inoltre, è leader del task per l’identificazione dei potenziali mercati per l’applicazione della tecnologia. IMPIANTO PILOTA IN REPUBBLICA CECA
Dopo la fase preliminare dedicata allo studio e all’analisi, il consorzio svilupperà un impianto pilota da 2 MW elettrici che sarà integrato nel cementificio CEMEX a Prachovice (Repubblica Ceca). In questo stabilimento industriale, le tecnologie innovative basate sulla sCO2 saranno dimostrate in un impianto di generazione elettrica, che dovrà essere flessibile, innovativo, economicamente sostenibile e replicabile in altri contesti industriali. Il progetto prevede anche sei siti di replicazione virtuale in diversi paesi: industrie per la produzione di vetro (Turchia), alluminio (Grecia), acciaio (Spagna), un inceneritore (Belgio), un impianto di generazione elettrica (Francia) e uno solare (Spagna).
COME FUNZIONA
Un fluido raggiunge uno stato supercritico quando viene sottoposto a temperature e pressioni superiori a quelle critiche, vale a dire quando viene scaldato e compresso fino a raggiungere una condizione termodinamica oltre la quale le due fasi, liquida e gassosa, diventano indistinguibili. Tale fluido, in questo caso la sCO2, ha quindi caratteristiche intermedie tra quelle di un liquido e quelle di un gas. “I cicli a sCO2 sono efficienti e flessibili, sia dal punto di vista dell’erogazione della potenza elettrica che del combustibile. Nel caso di configurazioni con ossi-combustione, vale a dire con una combustione che utilizza ossigeno puro anziché aria, è possibile integrare anche un processo di cattura della CO2 a costi estremamente ridotti. In quest’ultima configurazione, gli impianti a sCO2 hanno un minimo impatto ambientale. Infine, sono estremamente compatti, il che significa che i costi di realizzazione sono relativamente bassi”, spiega Eugenio Giacomazzi, responsabile Laboratorio Enea di Ingegneria dei processi e dei sistemi per la decarbonizzazione energetica. L’impiego della sCO2 può essere una soluzione efficace anche per l’accumulo dell’eccesso di produzione elettrica delle rinnovabili non programmabili, mediante stoccaggio termico a bassa temperatura (ghiaccio) e successiva riconversione termo-elettrica. Molto interessante è anche l’applicazione dei cicli a sCO2 con ossicombustione per l’estrazione di gas naturale senza contaminazione di acqua e il contemporaneo confinamento geologico della CO2 catturata.
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Sostituire gli impianti tradizionali con tecnologie di generazione elettrica basate sulla sCO2 rappresenta una grande opportunità per il raggiungimento degli obiettivi europei di risparmio energetico 2030/50. La tecnologia alla base di CO2OLHEAT contribuirà a ridurre il fabbisogno di energia primaria e quindi all’abbattimento delle emissioni di CO2: supportando la rete elettrica, inoltre, renderà tecnicamente più sostenibile l’incremento della quota di energia da fonti rinnovabili non programmabili
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Dal Fraunhofer un’innovazione che potrebbe semplificare e dare una spinta agli interventi di riqualificazione energetica degli edifici
Come noto, i maggiori consumi energetici sono provocati dai sistemi di riscaldamento e raffrescamento degli edifici. Per ridurli è necessario investire in interventi di riqualificazione del parco immobiliare più vetusto e, quindi, energivoro.
FACCIATA MODULARE CON RINNOVABILI INTEGRATE
Un contributo importante potrebbe arrivare da un’innovazione sviluppata da un gruppo di ricercatori del Fraunhofer Institute for Building Physics IBP e del Fraunhofer Institute for Energy Economics and Energy System Technology IEE. Si tratta di una facciata modulare che integra al suo interno un pannello fotovoltaico – abbinato a una mini pompa di calore – per il riscaldamento e il raffreddamento e un’unità di ventilazione decentralizzata con recupero di calore. Il sistema, costituito da moduli dalle dimensioni ridotte (125 cm di larghezza e 30 cm di profondità) è stato progettato per adeguare gli edifici esistenti ai moderni standard di rispetto ambientale. E, puntando sulla prefabbricazione, la soluzione potrebbe essere messa in atto in tempi molto più rapidi e a costi decisamente inferiori rispetto a una tradizionale ristrutturazione. Le facciate originali, afferma il team, possono essere rimosse e sostituite con questi nuovi moduli entro poche ore e senza la necessità di far spostare gli occupanti.
Pannelli antirumore a struttura labirintica
Sei studenti dell’Alta Scuola Politecnica dei Politecnici di Milano e di Torino hanno inventato dei pannelli basati su metamateriali labirintici che riescono ad assorbire le onde sonore nell’ambiente
Pannelli antirumore basati su metamateriali “labirintici” in grado di assorbire le onde sonore trasmesse nell’ambiente. Questa nuova tecnologia – progettata da sei studenti dell’Alta Scuola Politecnica (ASP), il programma internazionale riservato ai migliori studenti del Politecnico di Milano e del Politecnico di Torino – promette un’importante attenuazione del rumore, ottenuta grazie alla struttura interna dei pannelli. Tali strutture, definite “metamateriali” perché superano le potenzialità dei materiali convenzionali, hanno delle proprietà acustiche innovative. Le loro prestazioni non sono dovute ai componenti con cui sono prodotti, ma alla loro forma geometrica labirintica, riproducibile facilmente. I settori di applicazione sono vari: dall’edilizia all’automotive, fino agli impieghi domestici. Leonardo Bettini, Venus Hasanuzzaman Kamrul, Emanuele Musso, Fabio Nistri, Davide Piciucco e Matteo Zemello sono i sei studenti dell’ASP che hanno ideato il pannello. Le strutture labirintiche presenti all’interno fanno riflettere più volte l’onda acustica, che lentamente si riduce fino ad auto cancellarsi. È come se il rumore acustico si “perdesse” all’interno del labirinto. Queste strutture sono in grado di smorzare più tipologie di rumore: dai suoni a media frequenza, tipici del parlato e di alcuni strumenti musicali, fino a quelli a bassa frequenza, causati dai motori. Il lavoro ha dimostrato che i metamateriali labirintici hanno un elevato potenziale, in quanto la loro struttura leggera, poco ingombrante e fabbricata al 100% tramite la stampa 3D, rende possibile la costruzione di prodotti acustici con plastiche di scarto, senza compromettere le performance del pannello, ma riuscendo ad abbattere i costi finali. Un possibile settore di impiego potrebbe essere quello dell’aeronautica. L’applicazione del pannello nella fusoliera di un aereo consentirebbe sia di isolare i passeggeri all’interno dal rumore esterno, sia di ridurre l’inquinamento acustico ambientale provocato dal velivolo.
Produrre elettricità dalle onde del mare, al via i test
Da Enea e PoliTO partiti i test sul prototipo 2.0 del PEWEC, il convertitore di onde marine in energia elettrica per il Mediterraneo che si candida a fornire energia alle tante piccole isole italiane non autosufficienti
Enea e Politecnico di Torino hanno messo a punto la versione 2.0 del PEWEC, il convertitore di onde marine in energia elettrica per il Mediterraneo, dove le onde sono di piccola altezza e alta frequenza. Questo sistema low cost di produzione di energia dal mare si presenta particolarmente interessante per le tante piccole isole italiane non autosufficienti energeticamente, dove la fornitura di elettricità è garantita da costose e inquinanti centrali a gasolio. Il nuovo sistema galleggiante, simile a uno scafo di forma semicircolare da posizionare in mare aperto, è in grado di produrre energia elettrica sfruttando l’oscillazione del dispositivo per effetto delle onde.
Enea e Politecnico di Torino stanno lavorando ora alla realizzazione del progetto preliminare del PEWEC in scala 1:1 da installare lungo le coste “più energetiche” del Mediterraneo come, per esempio, la costa occidentale della Sardegna e il Canale di Sicilia.
Il dispositivo da 525 kW sarà lungo 15 metri, largo 23 metri e alto 7,5 metri per un peso comprensivo di zavorra di oltre 1.960 tonnellate.
Il team di ricercatori, inoltre, sta studiando la riduzione dei costi del dispositivo e l’aumento dell’efficienza di trasformazione dell’energia, tramite l’adozione di materiali a basso costo e l’integrazione di pannelli fotovoltaici. Ciò garantirà un abbattimento del costo dell’energia, rendendo il dispositivo competitivo rispetto alle altre tecnologie rinnovabili più mature.
“Il team del Politecnico di Torino Lab – afferma Giuliana Mattiazzo del Politecnico di Torino, responsabile del centro ricerca MOREnergy Lab (Marine Offshore Renewable Energy Lab) – ha sviluppato avanzati codici numerici per lo sviluppo della tecnologia e la previsione della producibilità del dispositivo PEWEC. Sono stati adottati codici di ottimizzazione genetica, basati sul concetto di selezione naturale darwiniana per ridurre il costo dell’energia del dispositivo. Le prove sperimentali effettuate presso la Vasca Navale di Napoli sono state invece fondamentali per dimostrare e validare i promettenti risultati numerici ottenuti”.
“Per stimare il mercato potenziale nel bacino del Mediterraneo – spiega Gianmaria Sannino, responsabile del Laboratorio ENEA di Modellistica Climatica e Impatti – partiamo da questi dati: nel nostro Paese si contano più di 50 isole minori con una popolazione media di circa 2.596 abitanti, un consumo medio pro-capite di 6 kWh/g e un costo dell’energia molto elevato. Una decina di questi dispositivi potrebbero produrre energia elettrica per un paese di 3.960 abitanti, contribuendo in modo significativo a contrastare i fenomeni di inquinamento e di erosione attraverso la riduzione dell’energia delle onde che si infrangono sulla costa, senza impattare in maniera significativa su flora e fauna marine”. L’installazione del PEWEC può arrivare a soddisfare del tutto il fabbisogno energetico di isole medio-piccole che basano il proprio approvvigionamento di energia su impianti a combustibili fossili. Queste tecnologie sono implementabili non soltanto nella fornitura di energia elettrica per usi domestici o civili, ma anche industriali (per esempio, nell’acquacoltura). L’energia elettrica negli impianti di acquacoltura è sempre maggiormente utilizzata per i fini di distribuzione del cibo, ricircolo dell’acqua/ ossigenazione, illuminazione. Il costo dell’energia elettrica dovuto al solo gasolio per la produzione del pesce negli impianti di acquacoltura marina è valutato al 2018 nel range 0,4-0,6 €/kWh e corrispondente al 19% - 45% del valore di vendita all’ingrosso del pesce prodotto. L’impatto di un sistema come il PEWEC permette la produzione eco-compatibile di energia in loco in un’ottica di green fish farming.
Il PEWEC 2.0 presenta alcune migliorie tecnologiche rispetto alla versione precedente. Un prototipo in scala 1:25 è stato testato presso la Vasca Navale dell’Università Federico II di Napoli per studiare la risposta dello scafo e degli ormeggi a onde estreme. Abbiamo esposto il dispositivo hi-tech a serie di onde particolarmente alte (in scala) sia regolari che irregolari, generate artificialmente all’interno del bacino di test, evidenziando un’ottima capacità di tenuta e di produzione elettrica del sistema anche in condizione estreme. Questo tipo di prove sono fondamentali per valutare le prestazioni e la resistenza dei convertitori anche in situazioni critiche di onde da tempesta
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