Il ruo­lo del­le re­ti ter­mi­che nella de­c­ar­bo­niz­za­zio­ne

Publikationsdatum
21-06-2022

Il fabbisogno di riscaldamento degli edifici rappresenta la metà del consumo finale di energia in Svizzera. La maggior parte di questo calore è attualmente fornito da combustibili fossili. Per realizzare la transizione energetica e raggiungere gli obiettivi di emissioni zero della Svizzera, è quindi necessario, da un lato, ridurre il consumo degli edifici e, dall'altro, sostituire le fonti di energia termica fossile con le energie rinnovabili. Quale modo migliore per raggiungere questo secondo obiettivo se non con le reti termiche? In effetti, queste permettono di sfruttare molte fonti di energia locali che non sarebbero altrimenti disponibili senza la condivisione dei fabbisogni, e di realizzare la transizione energetica nel settore del riscaldamento in modo relativamente rapido, offrendo una soluzione semplice ed efficace ai proprietari.

L'Iniziativa Calore Svizzera (ICS) lanciata dall'AEE Suisse (organizzazione mantello dell'economia per le energie rinnovabili e l'efficienza energetica) mostra nel suo rapporto 20201 che l'approvvigionamento di calore in Svizzera può essere completamente decarbonizzato. Tuttavia, per raggiungere questo obiettivo, è necessario utilizzare il pieno potenziale delle fonti energetiche rinnovabili locali e creare le giuste condizioni quadro per l'espansione del calore rinnovabile. Lo studio mostra anche chiaramente che le reti termiche avranno un ruolo particolarmente importante in futuro e che saranno in grado di fornire fino al 27% del calore consumato, rispetto al 9% di oggi. Questa è circa la stessa quota che ha attualmente la rete del gas naturale. In questo contesto, le fonti di energia locali sono di grande importanza. Il rapido sviluppo di piani direttori cantonali per l'energia, che identificano le aree prioritarie per le reti termiche, è importante per la diffusione di questa soluzione.

Importanti energie da valorizzare

Praticamente ogni grande città della Svizzera ha una o più reti termiche in funzione da decenni. Queste grandi reti urbane sono alimentate principalmente con il calore di scarto degli impianti di incenerimento dei rifiuti urbani (IIRU). Tuttavia, ci sono molte altre fonti di calore residuo che possono essere utilizzate anche nelle comunità più piccole. Il legno è una risorsa preziosa che può produrre alte temperature ed è facile da conservare e trasportare. Per la produzione di calore, le fonti locali che altrimenti si perdono dovrebbero essere utilizzate in via prioritaria.

Le risorse qui presentate e illustrate da alcuni buoni esempi di implementazione dovrebbero essere utilizzate in via prioritaria per alimentare le reti termiche, dove il calore degli IIRU non è disponibile o già sfruttato. In effetti, si tratta di energie locali che non possono essere trasportate su distanze molto lunghe. Se l'energia dell'infrastruttura non viene utilizzata nella rete termica, va persa. Inoltre, l'acqua dei laghi e dei fiumi rappresenta anche un potenziale molto importante da sfruttare a livello locale.

Calore dall'acqua di scarico

Gli impianti di depurazione delle acque di scarico (IDA) hanno un grande potenziale energetico. L'acqua usata per la doccia o il lavaggio contiene ancora calore quando arriva all'IDA. Dopo il trattamento, l'acqua trattata viene scaricata in un lago o in un fiume con temperature tra i 12 e i 22 °C a seconda della stagione. Prendendo solo poche calorie da esso e abbassandolo di qualche grado, anche in inverno, i volumi di energia termica che possono essere recuperati sono notevoli. In concreto, l'energia termica dell'acqua trattata viene recuperata all'uscita dell'IDA grazie a uno scambiatore di calore e trasmessa a una rete termica. Questo sistema permette di distribuire energia termica a un intero quartiere o città grazie a una rete sotterranea di tubi che trasporta acqua a bassa temperatura. La rete è collegata alle pompe di calore installate direttamente presso i clienti. Amplificano il calore fornito dalle tubature per fornire riscaldamento e acqua calda sanitaria o, in modo reversibile, raffreddamento comfort. In Svizzera, più di 100 sistemi di recupero del calore delle acque reflue sono già in funzione. Per utilizzare l'energia delle acque reflue in modo economico, è necessario che il consumatore di calore sia vicino a un collettore fognario o un IDA.

CAD-STEP è una rete di teleriscaldamento a bassa entalpia per la fornitura di calore a una vasta area intorno all'impianto di depurazione di Yverdon-les-Bains. La trasformazione dell'IDA aumenterà la sua capacità di trattamento da 45'000 a 70'000 abitanti equivalenti e il suo volume annuale di scarico di acqua depurata da 3.5 a 5 milioni di m3 entro il 2033.2 Questa rete termica lunga 1'300 m, con una capacità di circa 1.0 MW nella fase I e 3.6 MW nella fase II, utilizza l'energia termica delle acque reflue trattate. Le acque reflue trattate sono pompate in scambiatori di calore a piastre a valle dell'IDA, in un edificio tecnico separato. L'energia termica presa dalle acque reflue viene poi trasportata agli utenti finali attraverso una rete sotterranea di tubi isolati. Agli utenti finali, l'energia termica delle acque reflue trattate viene portata a un livello di temperatura più alto (circa 55-65 °C) per mezzo di pompe di calore per il riscaldamento e l'acqua calda per i nuovi edifici; per gli edifici più vecchi vi è un supporto con caldaia a gas naturale. In questo processo di recupero del calore, il 60-70% dell'energia fornita proviene dalle acque reflue trattate, mentre il restante 30-40% è coperto da elettricità in gran parte rinnovabile, che alimenta le pompe di calore, e dal gas naturale.

Calore dall'acqua potabile

I servizi d'approvvigionamento idrico svolgono un ruolo essenziale nel fornire acqua potabile alla popolazione, ma possono anche giocare un ruolo nella produzione di energia locale e decarbonizzata. Le centrali che generano elettricità nel sistema idrico quando le differenze di altitudine lo permettono sono un esempio relativamente noto. Ma un potenziale ancora più importante sta nel calore contenuto nell'acqua. L'uso del calore dalle stazioni di pompaggio dell'acqua sotterranea o direttamente dalle condotte dell'acqua potabile rende possibile l'approvvigionamento di intere aree residenziali tramite reti termiche. L'acqua potabile, che è intorno ai 10-12 °C anche in inverno, può essere usata in modo efficiente per il riscaldamento usando pompe di calore.

I responsabili dell'Azienda Multiservizi Bellinzona (AMB) hanno colto tale opportunità quando si è trattato di dismettere i pozzi di captazione delle acque sotterranee nel cuore della città di Bellinzona. Da novembre 2019, grazie all'utilizzo del calore di queste stazioni di pompaggio, diversi edifici pubblici nei dintorni sono stati alimentati da una rete termica.3 L'idea non è nuova: a Münsingen, il calore delle tubature dell'acqua potabile, delle captazioni di acqua sotterranea e delle acque reflue dell'impianto di depurazione è utilizzato da più di 20 anni per alimentare la rete termica. Ancora oggi, gli impianti funzionano perfettamente, i servizi municipali stanno generando entrate aggiuntive e la fornitura di calore è sicura, CO2 neutrale e poco costosa.

Calore industriale

Molti processi industriali emettono calore residuo che non viene recuperato. Anche questa è una fonte di energia da considerare. Per esempio, i centri di calcolo consumano molta energia: secondo un nuovo studio dell'UFE, rappresentano il 3.6% del consumo totale di elettricità in Svizzera, e la tendenza è in aumento. Il previsto centro informatico a Beringen-SH è un esempio impressionante. Una volta completato, consumerà 350 GWh di elettricità all'anno, che corrisponde a ¾ del consumo totale di elettricità del Cantone di Sciaffusa. Una parte considerevole del consumo di elettricità di un centro informatico genera calore residuo. Con il loro calore, i centri di calcolo offrono un'enorme fonte di calore. Possono essere collegati a reti termiche che forniscono calore a grandi aree residenziali. Questo può essere illustrato dall'esempio del centro informatico di Opfikon e Rümlang, che in futuro rifornirà la circostante area residenziale densamente edificata con grandi consumatori di caldo e di freddo. La scelta di questo sito ha permesso di creare le condizioni per l'utilizzo di una parte considerevole del calore residuo attraverso l'Energieverbund Airport City, di cui EBL (Genossenschaft Elektra Baselland) è il promotore. La rete dovrebbe arrivare a coprire un fabbisogno di caldo di 18.5 MW e uno di freddo di 14.8 MW, e di risparmiare 15'000 tonnellate di CO2 annue.4

Inoltre, la rete termica permette di restituire acqua fredda al centro di calcolo, rendendo il raffreddamento del centro di calcolo più efficiente ed ecologico. Il calore residuo è fornito gratuitamente da InterXion.

Acqua del lago

Le risorse di calore nei laghi e nei fiumi svizzeri superano di gran lunga la domanda – con l'eccezione delle aree densamente popolate intorno ai laghi di Zurigo e Bienne. Secondo uno studio dell'EAWAG,5 il potenziale dei laghi e dei fiumi svizzeri è notevole. Riuscire a recuperare anche solo la metà della domanda stimata, da un lago o da un fiume vicino equivale a circa il 40% del fabbisogno di raffreddamento e riscaldamento della Svizzera. L'impatto ecologico sull'acqua è stato studiato nel caso del lago di Costanza. I ricercatori stimano che un raffreddamento di 0.5 °C o un riscaldamento di 0.2 °C non dovrebbero avere un impatto negativo sugli ecosistemi.6

Con il suo potenziale di circa 10'000 terajoule (TJ) per il riscaldamento e circa 2'300 TJ per il raffreddamento, il lago di Bienne è un'importante fonte di energia per l'omonima città.

Il progetto della rete termica del lago di Bienne è la prima valorizzazione dell'acqua del lago di questa tipologia nel Cantone di Berna. Secondo la pianificazione energetica locale, la fornitura di energia rinnovabile sul territorio è di grande interesse generale. Nel novembre 2019, il Consiglio esecutivo ha concesso a ESB la licenza richiesta per lo sfruttamento idrico. ESB ha iniziato la costruzione della rete termica nella primavera del 2021. Le prime forniture di energia sono previste per l'autunno 2022.7

L'energia è fornita al circuito intermedio attraverso grandi scambiatori di calore a piastre. Il freddo è quindi distribuito agli utenti finali dal circuito intermedio. Per ottenere energia per il riscaldamento, il circuito intermedio passa attraverso la centrale di riscaldamento. Qui sono installate tre pompe di calore con una capacità di circa 1'400 kW ciascuna. Queste da un lato alimentano la rete termica con il calore dell'acqua del lago, e dall'altro con gli scarti termici una rete di teleraffreddamento. Per assicurare una corretta mescolanza dell'acqua usata e per soddisfare i requisiti ecologici, l'acqua viene immessa direttamente nel fiume Thièle.

Le moderne ed efficienti caldaie sono utilizzate nella centrale termica per coprire i carichi di punta a temperature esterne molto basse e come misura di sicurezza durante i momenti di manutenzione. Grazie a questo concetto, le emissioni di CO2 dovrebbero essere ridotte dell'80% rispetto al loro livello attuale, equivalente a una riduzione annuale di circa 4'800 t di CO2 una volta che la rete avrà raggiunto la sua estensione finale.

Acque sotterranee

La EWD Elektrizitätswerk Davos AG (EWD AG) è responsabile dell'approvvigionamento elettrico del Comune di Davos. Nell'ambito della sua strategia aziendale, la EWD AG gestisce diverse reti termiche e singoli impianti di calore in contracting. L'obiettivo è quello di produrre calore in modo ecologico. Dal 2016, l'azienda gestisce la prima rete termica a Davos, che sarà progressivamente estesa.

EWD AG utilizza acqua sotterranea a 452 metri di profondità. L'acqua sotterranea è sotto pressione similmente a un geyser, questo si verifica quando uno strato di roccia contenente acqua è sigillato verso l'alto da uno strato di roccia impermeabile e la struttura geologica dell'acquifero permette la creazione di una pressione idrostatica. Il vantaggio è che l'acqua sotterranea non deve essere faticosamente pompata verso l'alto, tuttavia la progettazione e la realizzazione di un tale progetto richiede una grande competenza. L'acqua sotterranea necessaria per il riscaldamento viene raccolta a una temperatura di circa 8-10 °C e portata alla temperatura richiesta da pompe di calore a 50 m di distanza nella centrale termica situata presso la scuola secondaria.

Dalla pianificazione energetica alla fornitura di calore

La pianificazione energetica gioca un ruolo importante nell'identificare tutte le fonti disponibili, di cui alcuni esempi sono presentati in questo articolo. È compito dei Comuni, e in alcuni Cantoni anche un obbligo, elaborare questa pianificazione energetica. L'obiettivo è quello di stimare i bisogni attuali e futuri e di identificare le fonti di energia e il loro potenziale. Inoltre, questa pianificazione permette di identificare le zone in cui una rete termica è interessante, quando la densità termica dei bisogni è sufficiente. In questo contesto, la priorità è data all'uso di fonti energetiche non trasportabili ad alta temperatura (calore residuo degli IIRU o dell'industria), seguito da fonti energetiche non trasportabili a bassa temperatura (acque reflue, acqua di lago e di falda) e solo per ultimo da fonti energetiche non legate al sito (suolo, sole, aria e legno ecc.).

Lo sviluppo di piani locali di approvvigionamento energetico è un primo passo importante per la sicurezza degli investimenti dei gestori di reti termiche, soprattutto se identifica le aree prioritarie per le reti. È anche importante che i Comuni sostengano attivamente l'esecuzione o l'attuazione della pianificazione energetica. Nel caso di nuove reti, commissionando i primi studi di fattibilità, possono avviare attivamente progetti di reti termiche e riunire i decisori: operatori di infrastrutture o industrie come potenziali fornitori di calore e futuri consumatori. I comuni possono impegnarsi attivamente nella realizzazione di reti, specialmente quando sono coinvolti i loro edifici comunali. Ma questa fase di pianificazione è importante anche nelle città e nei Comuni in cui esiste già una rete, poiché può essere sicuramente densificata, estesa e decarbonizzata aggiungendo fonti di energia rinnovabile precedentemente inutilizzate.

Questa pianificazione energetica aiuta a identificare i potenziali progetti che dovrebbero essere discussi in una fase iniziale con i decisori chiave. Inoltre, può essere importante in questa fase informarsi sui possibili sostegni finanziari e annunciare un'idea di progetto. Questo non implica nessun impegno e permette di evitare che l'annuncio del progetto sia fatto troppo tardi.

Il secondo passo è quello di realizzare uno studio di fattibilità tecnico-economico per definire il miglior mix energetico e stimare il prezzo del calore. In questa fase è utile coinvolgere i principali clienti finali e valutare le loro esigenze di calore e di freddo. Per i Comuni, è importante chiarire come gli obiettivi di riduzione di CO2 o di combustibili fossili saranno raggiunti secondo le linee guida federali, così come la questione dello smantellamento della rete del gas.

Se lo studio di fattibilità mostra un potenziale interessante, si tratta di trovare un'organizzazione adatta o un promotore per realizzare il progetto. È anche possibile utilizzare un contractor. In questo contesto, una discussione aperta tra Comuni, imprenditori o potenziali investitori spesso raggiunge l'obiettivo. I passi per ottenere le sovvenzioni dovrebbero essere fatti al più tardi in questa fase, prima di fare i primi investimenti.

Poi arriva la fase di pianificazione e implementazione. L'implementazione dell'infrastruttura per fornire il calore è spesso considerata dispendiosa in termini di tempo, poiché le strade devono essere aperte per posare i tubi e questo comporta un lavoro esteso. Se possibile, questo dovrebbe essere coordinato con altri lavori, come il risanamento della rete idrica. Inoltre, per i futuri clienti che hanno bisogno di cambiare rapidamente il loro sistema di riscaldamento, possono essere offerte soluzioni temporanee per evitare loro di installare, nel frattempo, una soluzione individuale. Nonostante il tempo di implementazione relativamente lungo, la rete termica può certamente decarbonizzare la fornitura di energia termica di un Comune molto più velocemente che aspettare che ogni proprietario ristrutturi il proprio edificio.

Prospettive future

La rete termica del futuro sarà probabilmente molto diversa dal modello tradizionale. In effetti, per permettere un migliore utilizzo delle fonti di energia rinnovabile e la fornitura su più larga scala di energia decarbonizzata, sarà necessario adattare le reti termiche. Prima di tutto, la digitalizzazione gioca un ruolo importante. Da un lato, permette l'analisi e l'ottimizzazione del funzionamento della rete, e dall'altro facilita la gestione e la regolazione di questi impianti, che stanno diventando più complessi. La chiave per la decarbonizzazione sta nell'accumulo di fonti di energia rinnovabile più discontinue e nell'integrazione di capacità di stoccaggio. È quindi necessario essere in grado di reagire rapidamente e in modo ottimizzato in tempi brevi.

Inoltre, la crescente densificazione urbana e il futuro aumento della domanda di raffreddamento aumentano ulteriormente il potenziale delle reti termiche, specialmente per quelle che operano a basse temperature. Queste temperature più basse sono anche un vantaggio per l'uso di energie rinnovabili e di calore residuo. Permettono inoltre di risparmiare energia, di integrare fonti rinnovabili a bassa temperatura e infine di adattarsi all'evoluzione dei fabbisogni degli edifici. In effetti, è probabile che le proporzioni tra i fabbisogni di riscaldamento e di raffreddamento cambino in modo significativo.

Le reti termiche devono infine diventare più flessibili: per essere in grado di utilizzare la fonte di energia giusta al momento giusto e per attenuare i picchi di consumo, è importante integrare maggiori capacità di stoccaggio nelle reti.

Il progetto europeo RES-DHC mira a promuovere la decarbonizzazione delle reti termiche. Diverse misure sono previste in Svizzera e il progetto permetterà anche la raccolta di buone pratiche in Svizzera e in Europa. (maggiori informazioni: www.res-dhc.com)

Conclusioni

La decarbonizzazione e la rilocalizzazione del nostro approvvigionamento di calore devono essere una priorità, dato che in questo settore siamo ancora molto dipendenti dai combustibili fossili importati. Questo nonostante il fatto che molte fonti di energia, di cui alcuni esempi sono citati in questo articolo, sono disponibili nelle vicinanze e a volte disperse a causa della non conoscenza del loro potenziale. Le reti termiche permettono di utilizzare queste fonti di energia, dando così un contributo essenziale al raggiungimento degli obiettivi della strategia energetica in Svizzera.

Sussidi della fondazione per la protezione del clima e la compensazione di CO2 KliK
Fino al 2030 compreso, la Fondazione KliK sosterrà i gestori di reti termiche che utilizzano energia da fonti rinnovabili con 100 CHF per ogni tonnellata di CO2 ridotta. Il prerequisito per questo è che la costruzione, l'estensione o la conversione della rete termica non sia stata ancora iniziata e che le fonti di energia siano tra le seguenti:

  • scarichi di acqua termale (acqua sotterranea, di lago o di fiume, acqua potabile)
  • scarico termico da acque reflue
  • scarichi termici industriali
  • impianti di incenerimento dei rifiuti urbani (IIRU)
  • biomassa

www.teleriscaldamento.klik.ch/calcolatore-di-sussidi
La procedura di richiesta online è semplice:

  • esame della domanda: 2-3 settimane
  • gratuito: validazione e verifica
  • sussidi previsti: da determinare con il calcolatore di sussidi

Contatto e informazioni

Note

 

1 M. Jakob et al., Erneuerbare und CO2-freie Wärmeversorgung Schweiz, rapporto finale di TEP Energy GmbH in collaborazione con Ecoplan, commissionato da AEE Suisse e da ICS Iniziativa Calore Svizzera, Zürich 2020. Disponibile anche su: www.aeesuisse.ch.

 

2 J. Grelot et al., Les eaux usées comme élément clé de la stratégie énergétique, «Aqua & Gas», 2021, n. 5.

 

3 E. Müller et al., Trinkwasser ist auch eine Energiequelle, «Aqua & Gas», 2020, n. 1.

 

4 E. A. Müller, M. Vogelsanger, Rechenzentren – riesige Abwärmequellen als Chance für Wärmeverbünde, «Aqua & Gas», 2022, n. 5.

 

5 A. Gaudard et al., Thermische Nutzung von Seen und Flüssen – Potenzial der Schweizer Oberflächengewässer, «Aqua & Gas», 2018, n. 2.

 

6 A. Gaudard et al., Utilisation thermique des eaux superficielles – Aperçu des éventuels impacts physiques et écologiques, «Aqua & Gas», 2017, n. 3.

 

7 M. Vogelsanger, Valorisation thermique de l'eau du lac de Bienne, «Aqua&Gas», 2022, n. 2.

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