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2024-02-25 05:56

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IL POTENZIALE DEL TELERISCALDAMENTO

di: 
Alice Denarie*, Lorenzo Spadoni **, Elemens

La disponibilità di calore sul territorio è molto elevata, ma oggi poco utilizzata a causa del limitato sviluppo del sistema di teleriscaldamento. Gli autori sintetizzano le metodologie utilizzate ed i risultati ottenuti dallo studio promosso da AIRU, l’associazione per il riscaldamento urbano, in collaborazione con Utilitalia, per la valutazione di questo specifico potenziale che consentirebbe di decarbonizzare i consumi degli edifici.

Foto di Copertina: fonte Foto A2A


Il teleriscaldamento è una soluzione sicura, affidabile, efficace, matura ed immediatamente applicabile per assicurare ai nostri edifici calore pulito e sostenibile. E’ampiamente riconosciuto come una tecnologia chiave per la transizione energetica e la decarbonizzazione di uno dei settori, quello del riscaldamento e condizionamento, più energivori e più dipendente da combustibili fossili del panorama europeo. È una soluzione innovativa ed in continua evoluzione con positivi effetti sulla qualità dell’aria soprattutto nei grandi centri urbani.

Il teleriscaldamento efficiente di oggi è una rete aperta al contributo di fonti di calore delle più diverse provenienze e caratteristiche: utilizza calore di scarto, altrimenti disperso nell’ambiente, fonti rinnovabili e cogenerazione alto rendimento ed è caratterizzato da una crescente digitalizzazione delle soluzioni offerte per la migliore efficienza ed il migliore confort delle abitazioni.

Il suo contributo è particolarmente efficace nelle aree urbane densamente popolate, dove contribuisce anche al miglioramento della qualità dell’aria azzerando, negli edifici connessi alla rete, le emissioni diffuse dei sistemi di riscaldamento individuali e condominiali. Nelle città italiane, in particolare, che racchiudono aree monumentali con patrimoni artistici e culturali di grande valore, il teleriscaldamento è la soluzione che concilia l’efficienza energetica, il comfort termico e la salvaguardia dell’estetica, anche dove altri interventi di efficienza energetica, come la sostituzione dei serramenti, installazione di cappotti esterni o isolamento di tetti e coperture, risultino difficilmente praticabili.

Figura 1 - Riscaldamento e condizionamento, settori molto energivori 

Tutte le più recenti strategie europee individuano nel maggiore sviluppo del teleriscaldamento efficiente un efficace strumento per il raggiungimento dei target europei di decarbonizzazione. Il teleriscaldamento inoltre, riciclando il calore di scarto ed utilizzando le fonti rinnovabili localmente disponibili, è in grado di contribuire in modo significativo alla riduzione dell’import di fonti energetiche fossili, un tema che negli ultimi anni si è dimostrato essere di rilevanza strategica.

Figura 2 - Le fonti di calore del teleriscaldamento efficiente

Tuttavia in Italia, nonostante il Piano Nazionale Integrato per l’energia e il Clima (PNIEC) preveda per il teleriscaldamento un significativo margine di sviluppo, l’impressione è che gli studi disponibili sul potenziale del teleriscaldamento nazionale tendano a sottostimarne il contributo che esso può portare alla transizione energetica ed ecologica, non cogliendo appieno le potenzialità sottese al riutilizzo del calore di scarto e delle fonti rinnovabili.

Ad oggi, il teleriscaldamento in Italia copre circa il 3% della domanda termica residenziale per climatizzazione. Nel nostro Paese sono presenti più di 400 reti e per la maggior parte si tratta di reti di medie e piccole dimensioni. I sistemi di teleriscaldamento più sviluppati sono quelli presenti nelle città di Torino, Milano e Brescia. Il teleriscaldamento serve oltre 380 Mm3 (circa 1.400.000 appartamenti equivalenti)  e le reti italiane distribuiscono circa 9.300 GWht di calore ai propri clienti. Il settore del teleriscaldamento, nell’anno 2018, ha portato ad un risparmio di energia primaria pari ad oltre 0,5 Mtep e ha evitato l’emissione di 2 milioni di tonnellate di CO2.

Tendenza per gli anni futuri sarà una crescita di contesti urbani. Le città sono in espansione, la concentrazione abitativa è in rapido aumento e questo fenomeno inciderà sempre di più sulla nostra produzione e consumo di risorse, incluse quelle energetiche.  Il nostro successo o fallimento nel far fronte alla sfida imposta dal cambiamento climatico, dipenderà da cosa faremo nelle nostre città, dalla nostra abilità di sfruttare la loro insita densità per promuovere efficienza, compartecipazione, rapidi progressi su una scala abbastanza grande da fare la differenza.

Inoltre, per quanto riguarda l’Italia, in particolare l’area del bacino padano, il problema degli inquinanti locali e della qualità dell’aria diventa di anno in anno sempre più impellente ed impattante dal punto di vista sociale e quindi economico.

Gli sfidanti obiettivi della decarbonizzazione del sistema energetico impongono un percorso a tappe forzate che permetta progressivamente di annullare l’emissione in atmosfera di gas climalteranti. Il sistema energetico dovrà quindi necessariamente attraversare un periodo di trasformazione continua, nei prossimi anni;  per questo motivo si dovrà basare su soluzioni tecnologiche flessibili, capaci di trasformarsi seguendo le esigenze di un mondo sempre più efficiente energeticamente e capace di utilizzare in misura crescente energie rinnovabili.

Una delle maggiori peculiarità del teleriscaldamento (e del teleraffrescamento) è quella di poter recuperare e valorizzare il calore di scarto da attività produttive, impianti di produzione dell’energia, settore terziario, oltre che da fonti rinnovabili quali la geotermia e il solare termico. Il teleriscaldamento può offrire flessibilità al sistema energetico nel suo complesso immagazzinando energia termica a basso costo.

La disponibilità di calore sul territorio è molto elevata, ma oggi poco utilizzata a causa del limitato sviluppo del sistema di teleriscaldamento. Per questi motivi, Airu ha promosso uno studio, in collaborazione con Utilitalia, eseguito dal Politecnico di Milano[1] per una valutazione di questo specifico potenziale ed ha poi richiesto ad Elemens[2] di calcolarne i benefici. Questo articolo sintetizza le metodologie utilizzate ed i risultati ottenuti.

 

Determinazione del potenziale del teleriscaldamento italiano

L’analisi condotta dal Politecnico di Milano per la stima del ruolo potenziale del teleriscaldamento efficiente in Italia negli scenari futuri costituisce un aggiornamento di una precedente analisi condotta nel 2020, resosi necessario anche a fronte delle mutate condizioni del mercato energetico internazionale.

Il prodotto finale del lavoro di stima del potenziale è duplice: da un lato la quantificazione numerica del margine di espansione del teleriscaldamento alimentato da fonti rinnovabili in un’ottica di minimizzazione del costo complessivo del sistema; dall’altro, vista la complessità del problema, la costruzione di una metodologia dal carattere fortemente innovativo. Tali obiettivi hanno portato alla necessità di investigare e integrare più approcci che, per quanto possibile, sono stati applicati utilizzando dati di input e strumenti pubblicamente disponibili, al fine di fornire una soluzione metodologica di analisi e di calcolo trasparente, in aggiornamento potenzialmente continuo e universalmente fruibile.

La metodologia si basa su un’analisi dettagliata nello spazio (indispensabile per una tecnologia che ha una forte connotazione locale) che permette di caratterizzare la densità di domanda, la disponibilità delle fonti di calore e la distanza relativa fra domanda e sorgenti di calore disponibile, elemento chiave per determinare il costo di investimento e quindi la convenienza economica della tecnologia.

Figura 3 - Illustrazione semplificata delle quattro fasi che compongono la metodologia per la stima del potenziale del teleriscaldamento

La stima del potenziale di diffusione del  teleriscaldamento ha quindi richiesto una prima fase di conoscenza e geolocalizzazione della domanda di calore e degli edifici che la richiedono, una seconda fase di censimento e valutazione delle fonti di calore disponibili sul territorio, della loro qualità e dei relativi costi di utilizzo della risorsa e una terza fase che combina le informazioni nello spazio per poter identificare aree in cui domanda e offerta permettono uno sviluppo economicamente sostenibile della rete. Nella quarta e ultima fase, la convenienza economica, che determina il limite di diffusione o meno della tecnologia, viene definita dalla minimizzazione del costo complessivo del sistema, tenendo conto dei costi di investimento e dei costi operativi sia per la soluzione teleriscaldamento sia per la soluzione individuale alternativa specifica nel territorio. L’analisi viene accompagnata dalla quantificazione dell’impatto ambientale in termini di emissioni di CO2. L’orizzonte temporale dello studio è collocabile al 2030 e a tale periodo fanno riferimento le ipotesi alla base della stima della domanda e dei costi assunti per le tecnologie e per i combustibili.

La stima di diffusione del teleriscaldamento in ottica di minimizzazione del costo del calore servito viene infine ripetuta imponendo dei vincoli alle emissioni di CO2 del mix energetico a servizio del potenziale individuato, stimando scenari  di decarbonizzazione più ambiziosi compatibili con gli obiettivi europei  a lungo termine.

 

Stima della domanda

Il primo passo dell’analisi è la distribuzione spaziale del fabbisogno del settore residenziale e terziario, a partire da dati regionali storici di fabbisogno e ipotizzando uno scenario di riqualificazione al 2030 coerente con quanto previsto dalla nuova EPBD. Identificato il fabbisogno per il riscaldamento del settore residenziale al 2030 in 186.4 TWh, l’analisi distribuisce il fabbisogno geograficamente a livello delle sezioni di censimento tenendo conto delle caratteristiche climatiche e delle performance energetiche degli edifici caratterizzate per epoca costruttiva. A questi, si aggiungono 26.3 TWh di fabbisogno di acqua calda sanitaria distribuiti in base alla popolazione residente e considerando una relazione lineare tra fabbisogno specifico e gradi giorno.

Il fabbisogno del settore terziario invece, pari a 69.1 TWh, viene suddiviso nelle sezioni di censimento sulla base degli addetti rilevati in ogni sezione in relazione ai codici ATECO. L’analisi prosegue con la caratterizzazione degli impianti di riscaldamento che servono oggi queste domande, anch’essi definiti a livello di sezione di censimento. La caratterizzazione è eseguita in termini di tipologia impiantistica (centralizzati o individuali) al fine di definire la quota parte di fabbisogno tecnicamente servibile dal teleriscaldamento, ovvero quella imputabile a edifici che hanno già un impianto di distribuzione interna centralizzato che, dunque, permette una semplice sostituzione del generatore con una sottostazione di teleriscaldamento. La quota di domanda tecnicamente teleriscaldabile calcolata è pari a 107.5 TWh, a fronte di 281.9 TWh identificati complessivamente per il fabbisogno del settore civile, residenziale e terziario.

Figura 4- Stima della domanda teleriscaldabile del settore civile nazionale

 

Stima della disponibilità di calore di scarto e rinnovabile

La seconda fase riguarda la stima dell’offerta di calore, sia calore di scarto delocalizzato (per es. calore industriale), sia calore rinnovabile locale, a partire dalla disponibilità della risorsa (per es. geotermia, solare termico e biomassa). Ciascuna possibile fonte di calore è analizzata tenendo conto delle peculiarità specifiche e della distribuzione geografica sul suolo nazionale.

Figura 5 - Mappa delle fonti di calore di recupero

Per le due tipologie di fonti viene seguito un processo differente: la valutazione del calore di scarto passa dall’analisi puntuale di processi produttivi già esistenti sul territorio, partendo da dati emissivi relativi a ogni impianto analizzato; la stima della quantità di energia rinnovabile integrabile nelle reti viene fatta invece a partire da dati di disponibilità territoriale diffusa delle risorse, come ad esempio la disponibilità di biomassa su base provinciale. Per le fonti rinnovabili viene definito un limite tecnico di sfruttamento della risorsa, che può essere utilizzata a esaurimento nella fase di incontro fra domanda e offerta. Per quanto riguarda la stima del calore di scarto, le fonti esaminate sono gli impianti produttivi industriali, gli impianti di trattamento delle acque, gli impianti termoelettrici, i cogeneratori dedicati e non, i termovalorizzatori.

A partire dal dato emissivo vengono stimati i consumi di ogni sito in termini di energia primaria, la quota parte di calore di scarto disponibile ad alta e bassa temperatura e infine la quota recuperabile in un’eventuale rete di teleriscaldamento, caratterizzata da costi di investimento e costi operativi. Per quanto riguarda gli impianti di trattamento delle acque, l’energia recuperabile viene stimata a partire dalla portata di acqua calda trattata dagli impianti di depurazione. I risultati di tale processo di calcolo portano all’individuazione di 111 TWh di calore di scarto recuperabili in reti di teleriscaldamento.

Le fonti rinnovabili analizzate in termini di disponibilità sono la biomassa, la geotermia, il solare termicoe il calore sfruttabile tramite utilizzo di pompe di calore alimentate da acqua di mare e lago. Le disponibilità di biomassa e geotermia sono calcolate a partire dalle stime del progetto europeo Heat Roadmap Europe; il solare termico è stimato come quota integrabile rispetto alla domanda, senza necessità di accumulo stagionale; l’energia termica disponibile da bacini idrici quali laghi e mari viene stimata similmente a quanto fatto per i depuratori, a partire da volume di acqua trattata. 

Figura 6 - Mappa della disponibilità di biomassa e geotermia

 

Incrocio fra domanda e offerta - Valutazione del potenziale

L’ultima fase è costituita dall’analisi dell’incontro fra domanda e offerta di calore ed è finalizzata a individuare le aree in cui il teleriscaldamento trova un potenziale di diffusione. A partire dalle due fasi precedenti, è stata elaborata una metodologia che mette in relazione domanda e offerta nello spazio al fine di indentificare zone di territorio di mutua sinergia in cui le reti di teleriscaldamento risultino meno costose al confronto con le varie opzioni di impianti individuali. All’interno degli aggregati di domanda individuati come teleriscaldabili vengono stimate le lunghezze, e quindi le perdite termiche e i costi, delle potenziali reti di distribuzione locale del calore.

Figura 7 - Esempio di incrocio tra domanda ed offerta di calore in una città

A completare la composizione del costo finale di fornitura del calore tramite teleriscaldamento, si considera poi il costo del calore proveniente dalla fonte e il costo della rete di trasporto per connetterla agli aggregati di domanda precedentemente definiti. La connessione o meno di una determinata fonte a un aggregato di domanda tramite rete di teleriscaldamento viene strutturato matematicamente come un problema di minimizzazione del costo complessivo per la fornitura di calore. Il risultato finale che l’ottimizzazione fornisce è la configurazione di fornitura del calore economicamente più sostenibile, identificando la quota ottimale di domanda servita da impianti individuali e la quota ottimale di domanda servita da teleriscaldamento (e, al contempo, la composizione in termini di fonti energetiche).

 
Figura 8 - Distribuzione del potenziale del teleriscaldamento nello scenario di minimo costo per il sistema

Dei  107.5 TWh di domanda identificata come teleriscaldabile, 53 TWh sono quelli che l’ottimizzazione suggerisce di servire attraverso sistemi di teleriscaldamento (corrispondenti a 59 TWh da immettere in rete includendo le perdite termiche della distribuzione e trasporto). La composizione è per la quota maggioritaria rappresentata da calore di recupero, di cui 22.5 TWh ad alta temperatura (dato da 15.1 TWh provenienti da impianti industriali, termovalorizzatori e impianti termoelettrici in assetto non cogenerativo + 7.4 TWh da cogeneratori esistenti) e 15.8 TWh a bassa temperatura (dato da impianti industriali a bassa temperatura e depuratori). Altri 18.7 TWh di energia provengono da sfruttamento di sorgenti geotermiche profonde o superficiali, 0.85 TWh da solare termico e 0.98 TWh da calore ambientale, ovvero da laghi e mare.

Se confrontato con i 12 TWh che il teleriscaldamento oggi distribuisce sul territorio (AIRU 2021), secondo le ipotesi e la metodologia qui presentate, si evidenzia un margine di espansione di quasi cinque volte l’attuale. A tale potenziale corrisponde una riduzione delle emissioni climalteranti già in linea con gli obiettivi previsti al 2030 dal pacchetto EU Fit for 55 per la quota di domanda considerata.

Significativo è anche il confronto, riportato nella figura seguente, tra il “potenziale economico” del teleriscaldamento considerato nel PNIEC ed i risultati dello studio del Politecnico di Milano.

Figura 9 - Confronto tra il potenziale PNIEC e lo studio del Politecnico di Milano

 

Scenari di decarbonizzazione

A completare la valutazione, il potenziale ruolo del teleriscaldamento viene studiato anche in scenari con vincoli alle emissioni più stringenti, in modo da dare una possibile prospettiva verso un futuro con crescente grado di decarbonizzazione. Rispetto al risultato di 59 TWh, il potenziale di diffusione del teleriscaldamento aumenta qui fino a 73 TWh, dimostrando un suo ruolo tutt’altro che marginale nella sfida della decarbonizzazione. Parallelamente la composizione del calore servito vede crescere l’integrazione di rinnovabili e calore di scarto e la tendente scomparsa della cogenerazione a gas.

 Figura 10 - Modifica del potenziale del teleriscaldamento al crescere dei  vincoli emissivi

 

Benefici connessi allo sviluppo del potenziale del teleriscaldamento

Il pieno sviluppo del potenziale del teleriscaldamento porterebbe rilevanti benefici al sistema energetico nazionale, sia dal punto di vista ambientale, che da quello del risparmio energetico e dell’indipendenza di approvvigionamento (minore dipendenza da fonti fossili di importazione). Significativi sono, inoltre, gli investimenti che sarebbero mobilizzati dallo sviluppo delle infrastrutture necessarie.

La figura seguente riassume il quadro dei benefici ottenibili.

Figura 11 - Quadro dei benefici ambientali, energetici ed economici consegueibili con il pieno sviluppo del potenziale del teleriscaldamento italiano

 

Costruire le condizioni per la messa a terra del potenziale 

Il teleriscaldamento è un settore ad alta intensità di capitale, i tempi di ritorno degli investimenti per la realizzazione delle infrastrutture necessarie al suo sviluppo sono lunghi (superiori ai 10 anni): gli operatori del settore hanno pertanto necessità di regole chiare, coerenti e stabili per un’adeguata programmazione dei propri investimenti.

In considerazione di questa situazione e tenendo conto della rilevanza dei benefici economici ed ambientali associati allo sviluppo dei sistemi di teleriscaldamento efficiente, in molte parti d’Europa sono stati introdotti meccanismi sia a sostegno sia degli investimenti, sia di incentivazione supply-side. Nella figura seguente sono riassunti i meccanismi adottati in due dei Paesi europei più vicini e simili al nostro: Francia e Germania.

Figura 12 - Meccanismi di sostegno al teleriscaldamento efficiente adottati in Francia e Germania

Diversamente da Francia e Germania, in Italia oggi non esiste uno schema di supporto organico dedicato allo sviluppo del teleriscaldamento efficiente. Molti interventi, previsti già da molto tempo da norme primarie in materia di:

  • certificati bianchi per sistemi di cogenerazione abbinati al teleriscaldamento (Legge 172/2017)
  • conto termico per i nuovi allacciamenti (Dlgs 199/2001)
  • integrazione delle FER nelle forniture di energia termica (Dlgs 199/2021)
  • certificati bianchi per lo sviluppo e l’ampliamento delle reti (Decreto Direttoriale MASE del 3 maggio 2022)

sono ancora inattuati per la mancata pubblicazione dei necessari decreti attuativi o implementano schemi tecnicamente inefficaci ad assicurare un reale supporto.

Anche i limitati incentivi previsti nell’ambito del PNRR (200 M€), non hanno portato molti elementi di chiarezza in un quadro di medio termine.

Ancora incerto risulta anche il quadro a regimedi applicazione dell’IVA alle forniture di teleriscaldamento, che si auspica possa essere definito nell’ambito del recepimento della Direttiva 542/2022 sulla fiscalità green.

Attualmente, il tema di maggior rilievo nel settore del TLR è la regolazione dei prezzi avviata da ARERA. La redditività dei servizi di teleriscaldamento sarà fortemente impattata da tale regolazione, la cui definizione ed attuazionesono ancora in divenire. La nuova regolazione dovrà però avere il compito di supportare lo sviluppo del potenziale TLR, in particolare con la mitigazione del rischio mercato (prezzo e volume) e con il supporto dell’accesso alle reti delle fonti di calore distribuito.

Non è ancora certo come la nuova regolazione si relazionerà con gli incentivi già esistenti (molti dei quali, come si è visto, mancano ancora di interventi normativi prima di poter essere attuabili). Un ulteriore elemento di novità è l’introduzione dell’ETS II, il quale fornirà un vantaggio competitivo al calore non associato ad emissioni climalteranti.

 

Conclusioni e key messages

Il teleriscaldamento è una tecnologia immediatamente disponibile e collaudata: il settore beneficia negli ultimi anni dall’avvento dei sistemi di quarta generazione, maggiormente efficienti nel convogliare l’energia termica di scarto e rinnovabile disponibile sul territorio: il teleriscaldamento assume un ruolo cruciale nella decarbonizzazione del riscaldamento civile.

Il potenziale economico: lo studio del Politecnico di Milano evidenzia per l’Italia un potenziale di sviluppo del teleriscaldamento efficiente di quarta generazione pari a 53 TWh (5 volte il livello attuale), pari al 19% del fabbisogno civile al 2030: le principali fonti di energia sono il calore di scarto industriale e l’energia geotermica, recuperabili anche con l’ausilio di pompe di calore.

I benefici per il Paese: lo sviluppo dell’intero potenziale migliorerebbe l’indipendenza energetica Italiana grazie ad una riduzione di 2,6 miliardi di Sm3 di gas naturale importato, equivalenti al 24% del gas importato dalla Russia nel 2022 – sarebbe poi possibile ottenere una riduzione annua delle emissioni di CO2 pari a 7,9 Mton e una riduzione notevole del particolato nei maggiori centri urbani.

Perché non si sviluppa: gli ostacoli allo sviluppo del teleriscaldamento in Italia sono di natura regolatoria, economica ed autorizzativa; le normative del settore non hanno ancora accompagnato l’innovazione tecnologica che lo ha investito. L’introduzione di una nuova regolazione tariffaria potrebbe rappresentare un’opportunità per il settore anche se, al momento, non è del tutto chiaro come verrà realizzata.

Soluzioni per il missing money: senza un quadro di regole coerenti e stabili ed un supporto di natura economica (analogo a quello degli altri paesi europei più sviluppati), molta parte del potenziale economico individuato rischia di non essere implementato: è necessario che la nuova regolazione sia in grado di attivare i progetti attualmente out-of-the-money attraverso tariffe che riescano non solo a trasferire benefici economici ai consumatori ma anche a garantire un’equa remunerazione degli investimenti.

 

*Alice Denarie, Politecnico di Milano

**Lorenzo Spadoni , presidente di AIRU

 

 
NOTE


[1]Alice Dénarié, Fabrizio Fattori, Giulia Spirito, Giuseppe Muliere, Marianna Pozzi, Lorenzo Cassetti, Mario Motta – Gruppo RELAB, Dipartimento di Energia del Politecnico di Milano,Valutazione del potenziale di diffusione del teleriscaldamento efficiente sul territorio nazionale - Rapporto 2023 - Focus su sistemi di nuova generazione con fonti di calore di scarto e rinnovabile.

[2]Alessio Cunico, Tommaso Barbetti - Elemens, Il teleriscaldamento: efficienza e rinnovabili a servizio della decarbonizzazione. Il teleriscaldamento nella transizione energetica italiana, giugno 2023