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2019-08-24 09:48

Teleriscaldamento: l’Esperienza di Milano

di: 
Matteo Ghioni*

L’obiettivo del presente lavoro è di approfondire il tema del teleriscaldamento, cercando di evidenziarne i punti di forza e i limiti, prendendo in esame i potenziali sviluppi futuri. Verrà analizzato in particolare il caso di Milano, caratterizzato dalla presenza di una serie di reti di teleriscaldamento in continua espansione e alimentate da centrali che sfruttano diverse tecnologie.

INTRODUZIONE

All’interno del Piano di Azione Nazionale per le energie rinnovabili dell’Italia (PAN) [1], una parte importante degli obiettivi di riduzione dei consumi e delle emissioni al 2020 riguarda il settore termico.  L’aumento della quota di rinnovabili in questo settore permetterà infatti di ridurre l’energia primaria fossile utilizzata per il riscaldamento e le emissioni di CO₂ dovute alla climatizzazione degli ambienti, che rappresentano il 40% del totale [2]. Secondo gli scenari previsti dal PAN, grazie ad una serie di misure, si potrà arrivare, oltre ad evitare l’emissione di circa 11 Mt di CO₂, a ridurre di circa 4,2 Mtep il consumo di energia finale. Tra queste misure, una è particolarmente interessante: il teleriscaldamento, che è chiamato infatti, nei prossimi anni, a contribuire per il 9% della riduzione di energia finale consumata per il riscaldamento.

L’obiettivo del presente lavoro di approfondire il tema del teleriscaldamento, cercando di evidenziarne i punti di forza e i limiti, prendendo in esame non solo lo sfruttamento passato e presente di questo sistema ma anche i potenziali e i possibili sviluppi futuri. Si è deciso di concentrarsi su quella che è la situazione italiana e in particolare sul caso di Milano, che presenta ormai da anni una serie di reti di teleriscaldamento in continua espansione e alimentate da centrali che sfruttano diverse tecnologie.

 

TELERISCALDAMENTO

Con il termine teleriscaldamento si intende  il riscaldamento a distanza e  consiste essenzialmente nella distribuzione di calore a più utenze, attraverso una rete di tubazioni, in cui scorre un fluido termovettore proveniente da una o più centrali di produzione [3]. Le componenti principali del sistema sono appunto una centrale termica, in cui viene generato il calore, una rete di distribuzione e un insieme di sottocentrali di pompaggio e di scambio termico.

Figura 2.1: Schema di una rete di teleriscaldamento [4].

La centrale termica riscalda il fluido termovettore, che viene trasportato ai diversi edifici attraverso la rete di distribuzione. Giunto alle utenze il fluido può trasferire calore ad un altro fluido tramite uno scambiatore di calore o andare direttamente all'impianto di distribuzione interno dell'utenza per la climatizzazione degli ambienti e per la produzione di acqua calda sanitaria. Alla fine di questo processo, il fluido, ormai raffreddato, ritorna in centrale per essere nuovamente riscaldato [5]. Con l'allacciamento ad una rete di teleriscaldamento, l'impianto di distribuzione interno agli edifici resta inalterato e lo scambiatore di calore, se installato, sostituisce la caldaia convenzionale.

Il calore può essere prodotto bruciando combustibili fossili o biomasse, oppure utilizzando la termovalorizzazione dei rifiuti solidi urbani (RSU), in tutti questi casi si ricorre di solito alla cogenerazione (produzione simultanea di elettricità e calore). In alcuni paesi (Russia, Ucraina, Svezia, Svizzera ecc.) si utilizza anche la cogenerazione da centrale nucleare. Oltre alle biomasse, altre fonti di energia rinnovabile utilizzate per il teleriscaldamento sono la geotermia (in Italia a Ferrara) e il solare termico (Solar District Heating). Infine un’altra fonte di energia a costo zero è l’uso di calore di scarto da processi industriali. Un possibile ulteriore sviluppo del servizio di teleriscaldamento è costituito dal servizio di raffrescamento estivo, data la disponibilità di grandi quantità di calore in periodi in cui la richiesta è relativamente scarsa. Un sistema di questo tipo, che produce contemporaneamente energia elettrica e calore in inverno, ed energia elettrica e freddo in estate, è definito "trigenerativo".

Sul piano dell'efficienza energetica il teleriscaldamento permette di risparmiare risorse energetiche attraverso l'uso del calore altrimenti disperso generato dalla produzione di energia elettrica e da vari processi industriali, nonché dall'incenerimento dei rifiuti. Sul piano ambientale, a parità di calore prodotto, il teleriscaldamento può consentire una significativa riduzione delle emissioni inquinanti e climalteranti, rispetto alla somma di quelle prodotte dalla combustione nelle caldaie individuali o condominiali sostituite, a causa della maggiore facilità di implementazione, in impianti centralizzati, delle tecnologie di riduzione e controllo delle emissioni.

Perché il teleriscaldamento abbia efficacia è tuttavia necessario individuare un'utenza concentrata in un'area ben definita, come un quartiere, un'area commerciale o industriale o un insieme di utenze pubbliche prossime tra loro. La definizione in inglese di teleriscaldamento "district heating" richiama proprio questa caratteristica di riscaldamento "distrettuale". Non è perciò consigliabile una rete di teleriscaldamento che colleghi utenze isolate e sparse, lontane tra loro. Prima di entrare nello specifico della struttura e del funzionamento di un sistema di teleriscaldamento è bene riassumere come questo può essere trattato a livello normativo.

 

Normativa
Il teleriscaldamento in Italia è stato per anni un settore carente dal punto di vista normativo, senza un adeguato quadro giuridico che lo abbia disciplinato. Nel dicembre 2011 il Garante della Concorrenza e del Mercato ha avviato un’indagine conoscitiva sul settore in seguito a molte segnalazioni ricevute, riguardanti profili di criticità del settore, rispetto alla concorrenza e al mercato [6]. Secondo questa indagine, conclusasi nel marzo 2014, il settore del teleriscaldamento non è attualmente normato a livello nazionale, se non per quanto riguarda la sua definizione e le condizioni con le quali negli anni sono stati dati vari incentivi.

Pur non essendo a livello nazionale, questo settore è però normato a livello locale. Molte delle regole a cui è soggetto questo sistema dipendono infatti dai comuni che hanno, nel tempo, sviluppato concessioni e convenzioni con norme e vincoli diversi, a seconda delle specificità territoriali. Il ruolo svolto dai Comuni ha fatto sì che il servizio di teleriscaldamento venisse gestito nell'ambito di schemi concessori, nei quali è, esplicitamente o implicitamente, qualificato come servizio pubblico locale. Vi è però tuttora incertezza riguardo al fatto di considerare il teleriscaldamento quale un servizio pubblico locale, piuttosto che come soggetto al libero mercato.

A livello normativo il teleriscaldamento o teleraffrescamento è definito come [7] “la distribuzione di energia termica in forma di vapore, acqua calda o liquidi refrigerati, da una o più fonti di produzione verso una pluralità di edifici o siti tramite una rete, per il riscaldamento o il raffreddamento di spazi, per processi di lavorazione e per la fornitura di acqua calda sanitaria”.

Una rete di teleriscaldamento deve poi soddisfare una serie di condizioni [8,9] per essere definita tale:

  • alimentare tipicamente una pluralità di edifici o ambienti;
    • essere un sistema aperto, quindi nei limiti di capacità del sistema, consentire l’allacciamento alla rete di ogni potenziale cliente, senza discriminazione;
    • svilupparsi su terreni pubblici o più terreni privati non di proprietà esclusiva dell’operatore;
    • avere allacciamenti realizzati tramite contabilizzatori per la misura dei flussi di energia termica;
    • distribuire energia termica non esclusivamente all’operatore e basarsi su contratti di somministrazione e vendita.

Esistono inoltre degli obblighi, successivi alla ratifica di direttive europee, per i comuni e i privati nell’ottica di una espansione del teleriscaldamento in Italia. Dal 2005 [10] si obbliga la predisposizione all’allacciamento al teleriscaldamento quando le tratte di rete esistenti, o già approvate, siano a una distanza minore di 1000 m dagli edifici di nuova costruzione. Dal 2011 [7] nel caso di realizzazione di nuovi edifici, o per ristrutturazioni rilevanti, gli impianti di produzione di energia termica devono essere progettati in modo da garantire il contemporaneo rispetto della copertura, tramite il ricorso ad energia prodotta da impianti alimentati da fonti rinnovabili, del 50% dei consumi previsti per l’acqua calda sanitaria, e di una percentuale variabile per il riscaldamento e il raffrescamento a seconda dell'anno di richiesta edilizia. Tuttavia quest'obbligo non si applica qualora l’edificio sia allacciato ad una rete di teleriscaldamento che ne copra l’intero fabbisogno di calore per il riscaldamento degli ambienti e la fornitura di acqua calda sanitaria.

Sempre dallo stesso anno ai comuni con più di 50000 abitanti é stato imposto di definire, in coordinamento con le Provincie e in coerenza con i piani energetici regionali, specifici piani di sviluppo del teleriscaldamento. Risulta quindi chiaro, così come emerge anche dall’Indagine del Garante per la Concorrenza e il Mercato [6], che “la normativa italiana, nel recepire le direttive comunitarie in tema di efficienza energetica e prestazione energetica degli edifici ha concesso una priorità al teleriscaldamento rispetto ai sistemi di riscaldamento (centralizzati o individuali) basati su combustibili fossili, di fatto equiparandolo all'adozione di impianti di produzione di calore basati su fonti rinnovabili ai fini dell'aumento dell'efficienza energetica degli edifici”. Questo stesso impianto si ritrova anche nella direttiva 2012/27/UE, recepita il 30 giugno 2014 dal Governo Italiano [11].

Questa direttiva introduce infatti nuove misure che obbligano gli stati membri a sostenere ulteriormente lo sviluppo del teleriscaldamento all’interno delle politiche per una maggiore efficienza energetica:

  • avvio di un'analisi sul territorio nazionale per identificare le aree con maggiore potenziale di sviluppo del teleriscaldamento, per indirizzare gli investimenti e semplificare i procedimenti autorizzativi;
  • istituzione del "Fondo nazionale per l'efficienza energetica" alimentato con circa 70 milioni di euro l'anno nel periodo 2014-2020 e con una specifica sezione dedicata a sostenere gli investimenti in reti di teleriscaldamento e teleraffrescamento.

A favore dei consumatori finali di energia sono inoltre previste disposizioni che mirano ad accrescere la consapevolezza dei consumi energetici nei cittadini, attraverso la promozione dei sistemi di misura individuali e una fatturazione più precisa e fondata sul consumo reale.

 

Sistema di distribuzione

L'energia termica prodotta in centrale termica è distribuita alle utenze attraverso una rete di tubazioni isolate, tipicamente collocate al di sotto del livello stradale. In aggiunta possono venire installati accumuli termici al fine di smorzare gli effetti dei picchi di richiesta termica. La rete di distribuzione è la parte più costosa dell'impianto di teleriscaldamento, si stima che il suo costo possa incidere sull'investimento complessivo per una quota compresa tra il 50% e l'80%.

Il sistema di distribuzione degli impianti di teleriscaldamento urbano comprende [5]:

  • la rete di distribuzione
  • le sottostazioni di pompaggio
  • le sottostazioni di scambio termico

 

Rete di distribuzione

La configurazione di allacciamento delle reti di distribuzione del calore nel teleriscaldamento può essere di due tipi (Fig. 2.2): diretta e indiretta.

Figura 2.2: Differenza tra la configurazione di allacciamento diretta e indiretta [12].

La rete diretta, diffusa soprattutto in Germania e nei paesi dell'Est Europa, è costituita da un unico circuito idraulico che va dalla caldaia al corpo scaldante. I vantaggi sono i minori costi di installazione e le ridotte perdite di calore, tuttavia comporta notevoli complicazioni di esercizio, soprattutto per ciò che riguarda la regolazione delle portate e il calcolo delle perdite di carico. La rete di distribuzione di tipo indiretto, più utilizzata in Italia, è costituita da due circuiti distinti tra cui é interposto uno scambiatore in prossimità dell'utenza. I costi di investimento e le perdite sono maggiori ma consente l'utilizzo di componenti a bassa pressione per il circuito dell'utente, semplifica la manutenzione, rende più facile la localizzazione delle perdite, l'energia viene regolata e contabilizzata in modo più efficiente.

Da un'analisi più dettagliata di una rete di teleriscaldamento, inoltre, si può osservare che la rete si compone di una tubazione principale, detta "dorsale", con diametro maggiore, posta sotto il suolo pubblico o il manto stradale, e di una tubazione secondaria ridotta costituita dalle ramificazioni che portano il calore alle utenze. In base a come queste tubazioni sono disposte e alla forma che il sistema assume si hanno tre tipologie principali di reti (Fig. 2.3): ad albero, ad anello o a maglie.

  • La rete ad albero è composta da una direttrice principale in corrispondenza delle grandi utenze, dalla quale si ramificano le tubazioni di diametro inferiore verso le utenze secondarie. Questa tipologia richiede l'utilizzo di condotte più grandi nei tratti iniziali ma non è generalmente vincolata dalla distribuzione delle utenze sul territorio.
  • La rete ad anello è costituita da un'unica tubazione sia per la mandata sia per il ritorno, che parte dalla centrale, arriva all'utenza e ritorna all'impianto. Il sistema è flessibile e facilmente ampliabile.
  • La rete a maglie è formata da una serie di circuiti chiusi collegati tra loro. Presenta maggiori vantaggi, rispetto alle reti ad anello e ad albero, per quanto riguarda la regolazione e la distribuzione del calore, ma è poco diffusa dati gli alti costi di installazione. E' applicata soltanto in casi di alte densità abitative.

 

Sottostazioni di pompaggio
La rete di teleriscaldamento deve essere equilibrata e presentare la stessa resistenza idraulica per ogni tratto a partire dalla centrale fino ad ogni sottocentrale di utenza. Le stazioni di pompaggio servono pertanto a compensare automaticamente le perdite di pressione della rete. La pressione di esercizio della rete di distribuzione dipende dai dislivelli, mentre le perdite di pressione che le pompe dovranno compensare dipendono dallo sviluppo della rete, dalle sue diramazioni e dalla velocità del fluido. Velocità elevate comportano perdite di carico significative, mentre basse velocità necessitano dell’utilizzo di tubazioni di grosso diametro con conseguente aumento delle dispersioni termiche e dei costi.

 

Sottostazioni di scambio termico
La sottostazione di scambio termico, utilizzata nei sistemi di distribuzione indiretta, ha il compito di sostituire fisicamente la caldaia. Essenzialmente è costituita da uno scambiatore di calore che separa il circuito della rete di teleriscaldamento dal circuito dell'utenza.

La sottocentrale installata presso ciascuna utenza è in grado di fornire il calore per il riscaldamento degli ambienti, produrre acqua calda per usi igienico-sanitari, garantire la separazione fisica del circuito di rete dai circuiti interni degli utenti. Inoltre le sottocentrali per le utenze residenziali sono dotate di meccanismi che permettono di regolarne il funzionamento nei mesi invernali (acqua calda sanitaria e riscaldamento) e nei mesi estivi (solo produzione di acqua calda sanitaria).

Figura 2.3: Principali tipologie delle reti di distribuzione di teleriscaldamento [12].

Presso ogni sottostazione è presente un contabilizzatore, cioè un contatore di calore per determinare l'energia ceduta all'utenza. I sistemi di contabilizzazione si distinguono tra quelli a misura diretta in cui vengono misurate le portate e le differenze di temperatura, e indiretta dove viene misurata la temperatura dei radiatori.

 

Perdite di rete e costi
I fluidi termovettori che scorrono nelle tubazioni sono di vario tipo: acqua calda, acqua surriscaldata, vapore o oli diatermici. Il più utilizzato tra questi è l'acqua, che normalmente viene inviata a circa 90 °C e ritorna in centrale a 30 - 60 °C. La temperatura del fluido che trasporta il calore decresce (esponenzialmente) al crescere della distanza percorsa, secondo la legge [6]: 

dove Ta è la temperatura ambientale, Tm la temperatura di mandata del fluido, L è la distanza da percorrere e k è una costante che dipende dal diametro della tubazione, dalla portata, dalla capacità isolante del tubo stesso (trasmittanza) e dal calore specifico del fluido. La temperatura diminuirà, al crescere della distanza percorsa, tanto meno quanto maggiori saranno la capacità isolante del tubo, la portata e il calore specifico del fluido, e tanto più quanto maggiore sarà il diametro del tubo. Il calore prodotto da una centrale termica può essere quindi distribuito solo entro un raggio limitato, pari ad alcuni chilometri. Posizionando appropriatamente delle caldaie di integrazione o degli impianti di base, la dimensione complessiva di una rete di teleriscaldamento può essere estesa anche ad alcune decine di km.

La quantità di calore che viene dissipata durante il trasporto del calore dalla centrale termica all'utenza viene detta “perdita di rete”, mentre si parla di “perdita di rete relativa” se si considera la differenza tra il calore prodotto in centrale e quello fornito all'utenza, divisa per il calore prodotto. In generale, le perdite nelle reti di teleriscaldamento tendono ad essere maggiori di quelle che si registrano nella distribuzione del gas e dell'energia elettrica. In Italia le perdite di rete relative medie per il teleriscaldamento sono stimabili in circa il 16%. Questo dato è però solo una media che nasconde molte situazioni diverse, dipendenti dalla variabilità delle conformazioni della rete e dalle norme che regolano gli allacciamenti. Dai dati diffusi dall’Associazione Italiana Riscaldamento Urbano (AIRU) [13], emerge infatti l'esistenza di reti cittadine con perdite inferiori al 10%, a fronte di reti montane con perdite di rete superiori al 25%. Il teleriscaldamento italiano è in linea con quello di altri paesi europei, che registrano perdite che vanno dall’8% della Finlandia al 18% in Danimarca [6].

Le perdite relative però, oltre che da fattori tecnici legati alle caratteristiche del tubo, dipendono anche dalla distribuzione della domanda di calore lungo la rete. Le perdite di rete dipendono infatti dalla "densità termica lineare" della rete, cioè dalla quantità di calore richiesta per metro di rete. Il concetto di "densità termica" è un concetto chiave nella determinazione della convenienza di una rete di teleriscaldamento, e insieme alla differenza tra la temperatura di mandata e quella di ritorno, influenza in modo importante i costi di distribuzione. Infatti, data la quantità di calore richiesta dall'utenza, la potenza termica da immettere in rete per fornire il calore richiesto dipende dalle perdite di rete, che a loro volta dipendono dalla densità termica della rete e dalla differenza tra la temperatura di mandata e di ritorno. In generale, il costo di distribuzione (calcolato in euro per unità di calore fornita all'utenza) diminuisce al crescere della densità termica della rete.

In caso di edifici con più unità abitative riscaldate autonomamente, per il passaggio al teleriscaldamento bisogna poi considerare anche la creazione della rete interna necessaria a collegare la sottostazione di scambio termico alle singole abitazioni. A causa di questo ulteriore “switching cost”, per edifici già esistenti, il teleriscaldamento si pone maggiormente in concorrenza con i sistemi di riscaldamento centralizzato. Lo svantaggio maggiore del teleriscaldamento è costituito dai lunghissimi tempi di ritorno degli investimenti che vanno dai 6 ai 15 anni [14] a seconda delle tecnologie utilizzate e della densità termica della rete. Anche per questo motivo lo sviluppo del teleriscaldamento in Italia è stato segnato in particolare dall’impegno delle amministrazioni comunali, attraverso le aziende municipalizzate.

 

Sostenibilità
Gli aspetti che vengono solitamente portati a favore del teleriscaldamento sono:

  • la diminuzione dei costi di gestione e manutenzione
  • la maggiore sicurezza ed efficienza degli impianti
  • la garanzia della continuità del servizio
  • la diminuzione delle emissioni inquinanti in atmosfera

In realtà, dal punto di vista energetico e ambientale, il teleriscaldamento risulta essere più efficiente rispetto al riscaldamento centralizzato solo quando il calore viene generato da impianti cogenerativi o con l’utilizzo di fonti rinnovabili.

Figura 2.4: Confronto tra la produzione separata di energia termica ed elettrica e la cogenerazione [15].

Sebbene infatti grazie ad una centrale di grandi dimensioni si raggiungere solitamente un’efficienza maggiore, per il teleriscaldamento bisogna come già detto tenere presente anche le perdite della rete che fanno diminuire l’efficienza di un ulteriore 10 - 20%. Questo può quindi rendere il teleriscaldamento non conveniente rispetto alle caldaie a condensazione che possono raggiungere un efficienza superiore al 90% [3].

 

Sistema Energetico Sostituito
In ogni caso, per valutare la convenienza del teleriscaldamento dal punto di vista energetico e ambientale, si utilizza un metodo messo a punto dall’ENEA in collaborazione con l’AIRU [16] che consiste nel valutare, oltre al consumo e alle emissioni del sistema di teleriscaldamento anche le emissioni e il consumo del sistema che il teleriscaldamento è andato a sostituire.

Il Sistema Energetico Sostituito (SES) è diviso in:

  • Sistema Termico Sostituito:

è costituito dalle caldaie convenzionali poste negli edifici che avrebbero prodotto la stessa quantità di calore erogato alle utenze dal sistema di teleriscaldamento.

Anche se i combustibili fossili utilizzati nelle caldaie convenzionali sono di più tipi (gas, gasolio, olio combustibile, GPL), e l’efficienza varia, così come le emissioni di CO₂, in base al combustibile e alla tecnologia utilizzata, per la valutazione del sistema termico sostituito si suppone che questo sia alimentato a gas naturale e si utilizzano i seguenti parametri:

-    rendimento termico totale medio annuo η = 0,90

-    emissioni specifiche di CO₂ pari a 56,100 kg/GJ 

Figura 2.5: Schema di sintesi della metodologia applicata per la valutazione del bilancio energetico di una rete di teleriscaldamento [13].

  • Sistema Elettrico Sostituito:
    è costituito dal Sistema Elettrico Nazionale (SEN) che avrebbe prodotto la porzione di energia elettrica immessa in rete dagli impianti di cogenerazione. Bisogna specificare che la porzione di energia elettrica attribuibile alla rete di teleriscaldamento, come previsto dal DM del 4 agosto 2011 [17], è solo quella effettivamente prodotta in cogenerazione (Full CHP) escludendo quella prodotta dagli stessi impianti in regime dissipativo. Il rendimento medio convenzionale del sistema elettrico sostituito è pari a 0,46 mentre per le emissioni si utilizza il fattore di emissione relativo al sistema termoelettrico nazionale, pari a 564 g di CO₂ per ogni kWh elettrico netto immesso nella rete nazionale. La scelta di prendere in considerazione solamente il sistema termoelettrico dipende dal fatto che, dati i vincoli riguardo il dispacciamento dell’energia elettrica prodotta da fonti rinnovabili, è la parte di sistema che realmente viene sostituito dagli impianti cogenerativi del teleriscaldamento.
  • Sistema Frigorifero Sostituito:

è costituito dai gruppi frigoriferi a compressione (GFC) alimentati dalla rete elettrica nazionale che vengono sostituiti grazie all’utilizzo di una rete di teleraffrescamento o da gruppi frigoriferi ad assorbimento (GFA) alimentati dalla rete di teleriscaldamento. Il sistema frigorifero è assunto avere:

- coefficiente di Prestazione (COP) medio annuo pari a 3,0 (con COP si intende il rapporto tra la quantità di calore prodotto rispetto all’energia elettrica utilizzata);

- consumi specifici del circuito di condensazione pari a 25 kWhe per ogni                                      kWht da smaltire;

- prelievo di energia elettrica dalla rete Nazionale a media tensione, avente                                          perdite di rete pari al 5,5.

I parametri utilizzati per la valutazione del SES vengono attualizzati a quelle che sono le reali condizioni del sistema energetico nazionale, per consentire una reale valutazione dei vantaggi energetici e ambientali portati da una specifica rete di teleriscaldamento. Le politiche di efficientamento energetico portate avanti negli ultimi anni hanno infatti portato ad un ridimensionamento dei bilanci fatti negli anni precedenti. I valori riportati, utilizzati per le valutazioni riportate in seguito, sono quelli utilizzati dall’AIRU per l’analisi dei dati riguardanti il 2012 [13].

 

 

SVILUPPO DEL TELERISCALDAMENTO IN ITALIA

Storia del teleriscaldamento
Anche se sistemi di trasporto del calore furono costruiti e utilizzati già dai romani, e successivamente nel medioevo, il primo sistema di teleriscaldamento ad avere successo commerciale fu inventato dall’ingegnere statunitense Birdsill Holly nel 1876 [6]. Si trattava di un sistema costituito da una grande caldaia a carbone che forniva vapore a un gruppo di edifici circostanti attraverso una rete ad anello. Le prime città ad adottare questo sistema negli anni successivi furono Lockport e poi New York, traendone vantaggi non solo in termini di efficienza ma soprattutto in termini di riduzione dei rischi di incendio. Dopo questo successo vennero condotti esperimenti nel Nord Europa e, a partire dal 1896, varie città europee furono dotate di sistemi di teleriscaldamento. Dai primi del ’900 il teleriscaldamento fu sempre più associato a centrali cogenerative in grado di produrre sia elettricità sia calore, alimentate anche a rifiuti cittadini.

Furono le difficili condizioni economiche del primo dopoguerra a stimolare lo sviluppo del teleriscaldamento in Europa e nei paesi del blocco socialista. Un forte impulso allo sviluppo del teleriscaldamento accoppiato alla cogenerazione e all’utilizzo dei rifiuti come combustibile venne infine dalla crisi energetica dei primi anni ’70.

Figura 3.1: Popolazione servita dal teleriscaldamento in vari paesi a fine 2012 [18].

Per quanto riguarda l’Italia [14,19], lo sviluppo del teleriscaldamento è avvenuto molto in ritardo rispetto al resto d’Europa, sia per le condizioni climatiche, sia per il programma di metanizzazione avviato già negli anni ’50 nell’Italia settentrionale (l’area più promettente per lo sviluppo del teleriscaldamento). Le prime reti di teleriscaldamento italiane risalgono agli anni ’70. Tra il 1971 e il 1979 furono costruite le reti di Modena, Brescia, Mantova, Verona e Reggio Emilia. Tra queste la rete di Brescia si sviluppò più rapidamente delle altre. Negli anni ’80 - ’90 entrarono in attività reti in numerose città italiane, la maggior parte di queste reti alimentate da impianti di cogenerazione.

L’Italia, con le reti di Ferrara e di altre di minori dimensioni realizzate in Toscana, costituisce poi dal 1987 un punto di riferimento internazionale per lo sviluppo di teleriscaldamento basate sulla geotermia. A partire dagli anni ’90 sono inoltre entrate in esercizio, in numerosi piccoli centri montani, reti di teleriscaldamento alimentate da impianti a biomassa. Negli ultimi anni lo sviluppo del teleriscaldamento è stato favorito, come già detto, dalle politiche di riduzione dei consumi e delle emissioni portate avanti dall’Unione Europea.

 

Situazione italiana al 31-12-2012
Secondo quanto riportato nell’annuario 2013 dell’AIRU [13] alla fine del 2012 le reti in esercizio in Italia erano almeno 220 distribuite su circa 180 città di ogni dimensione. Nella maggior parte delle reti il vettore utilizzato è l’acqua calda (80 - 95 °C) con l’utilizzo dell’acqua surriscaldata (110 - 125 °C) in 40 reti e del vapore solo in 6. La domanda di energia per la climatizzazione degli spazi rappresenta in Italia circa il 45% dei consumi finali di energia [20] e di questa solo il 5% è soddisfatta dal teleriscaldamento.

Come si può vedere dall’istogramma riportato in figura 3.1 in Italia si è raggiunto uno sviluppo inferiore rispetto alla media europea. Questo non solo per motivi storici e ambientali ma anche per le politiche energetiche che hanno, negli ultimi anni, incentivato maggiormente l’utilizzo di tecnologie che permettono lo sfruttamento di fonti rinnovabili per la produzione di energia elettrica, a scapito di quella termica. Al 31 dicembre 2012 la volumetria allacciata a reti di teleriscaldamento censite dall’AIRU in Italia ha raggiunto i 279,4 Mm³, corrispondenti a circa 1,17 milioni di appartamenti equivalenti. A questi bisogna poi aggiungere tra i 4 e i 5 milioni di metri cubi riscaldati da piccole centrali a biomassa di difficile censimento.

Figura 3.2: Aumento della volumetria teleriscaldata in Italia negli ultimi anni [13].

Il trend degli ultimi anni (Fig. 3.2) mostra un aumento medio del 7% all’anno dovuto più all’estensione delle reti già esistenti più che alla creazione di nuove reti. Fenomeno questo che ha portato anche all’aumento delle perdite di rete, passate dal 14% al 16% negli ultimi 3 anni. La distribuzione delle reti in Italia può essere facilmente compresa dal grafico che mostra la distribuzione della volumetria teleriscaldata per regione (Fig. 3.3). Le reti sono infatti concentrate nell’Italia settentrionale, e ben l’85% si trova tra Lombardia, Piemonte ed Emilia Romagna.

Figura 3.3: Distribuzione della volumetria teleriscaldata nelle regioni italiane [13].

Un interessante indicatore della diffusione del teleriscaldamento a livello regionale è poi il rapporto tra volumetria teleriscaldata e popolazione residente. La regione a maggiore diffusione del teleriscaldamento risulta il Piemonte con 18 m³ per abitante, con le altre regioni settentrionali che si attestano, ad eccezione del Veneto, tra i 13 e i 15 m³ per abitante. Così come la volumetria anche la lunghezza delle tubazioni è in continua crescita e a fine 2012 è arrivata a 3161 km.

Le centrali che forniscono calore alle reti di teleriscaldamento hanno raggiunto nel 2012 i 7290 MWt e gli 849 MWe di potenza installata. Se si prescinde dalle caldaie di integrazione e riserva che rappresentano il 59% della potenza totale, la tipologia prevalente di impianto è costituita da impianti di cogenerazione a combustibili fossili (29%). Consistente è anche la presenza di impianti di termovalorizzazione dei rifiuti solidi urbani (RSU) e di impianti alimentati a biomassa, cogenerativi e non, che si stanno diffondendo specialmente nelle zone non metanizzate. L’insieme di queste due tipologie di impianto copre infatti il 10,5% della potenza installata. Oltre a questi ci sono poi gli impianti a fonte geotermica e con pompe di calore che, anche se risultano essere una piccola percentuale della potenza installata, sono in forte crescita.

Sebbene la potenza installata mostri una prevalenza di caldaie a combustibili fossili (Fig. 3.4), bisogna tenere presente che il sistema italiano è strutturato in modo che la capacità associata a produzione semplice da combustibili fossili venga utilizzata solo per coprire le punte di consumo. Come si può vedere dalla figura 3.4, la maggior parte del calore è stato prodotto dagli impianti cogenerativi e a FER che quindi coprono la richiesta di base

Figura 3.4: Confronto tra la distribuzione per fonte della potenza installata e il calore prodotto nel 2012 in Italia. (Rielaborazione su dati AIRU [13])

Nel 2012 gli impianti delle reti di teleriscaldamento hanno prodotto 9533 GWh termici. Di questi, quasi il 73% è stato prodotto da impianti cogenerativi o da fonti rinnovabili e solo il 27% è attribuibile alle caldaie a combustibili fossili. Oltre a questi sono poi stati immessi nella rete nazionale 5851 GWh elettrici, prodotti in cogenerazione.

 

Bilancio energetico e ambientale
Il crescente utilizzo di fonti rinnovabili e sistemi cogenerativi, insieme all’utilizzo marginale di carbone e olio combustibile (< 3%) hanno permesso di risparmiare nel 2012 440000 tep di energia primaria, pari al 24% del consumo dei sistemi convenzionali sostituiti.

Dal bilancio energetico e ambientale dei sistemi di teleriscaldamento in esercizio in Italia [13] risulta inoltre che il teleriscaldamento ha consentito nel 2012 di evitare la produzione di 1434000 tonnellate di CO₂, ottenendo quindi una riduzione del 28% delle emissioni.

 

TELERISCALDAMENTO A MILANO

Come già detto precedentemente, in Italia il teleriscaldamento si è sviluppato grazie alle politiche dei comuni. Proprio per questo motivo può essere interessante studiare una rete di teleriscaldamento come quella di Milano, Comune che già da anni ha puntato su questo sistema per ridurre i consumi e le emissioni dovute al riscaldamento, e che presenta una rete innovativa da molti punti di vista [21].

L’impegno dell’amministrazione comunale in questo settore ha ricevuto negli ultimi anni una spinta dal referendum consultivo cittadino del 12-13 giugno 2011, in cui i cittadini hanno risposto favorevolmente alla possibilità di dotare la città di Milano di uno strumento pianificatorio dedicato ai contenuti energetici e ambientali “che lo impegni negli obiettivi europei di riduzione di almeno il 20% delle emissioni di gas responsabili dell’effetto serra e nel dimezzamento delle principali emissioni inquinanti connesse al riscaldamento degli edifici” [22]. La giunta comunale, che aveva già aderito alla Covenant of Mayors (Patto dei Sindaci) nel 2009, ha quindi redatto, a febbraio 2014, il Piano di Azione per l’Energia Sostenibile (PAES) [23]. All’interno del PAES risulta chiaro che uno degli strumenti per arrivare al’obiettivo prefissato di riduzione dei consumi e delle emissioni, è proprio lo sviluppo dei sistemi di teleriscaldamento accompagnato dalla produzione di energia da fonti rinnovabili come le pompe di calore. Il teleriscaldamento a Milano, partito nel 1996 con la convenzione stipulata tra l’amministrazione comunale e AEM (ora A2A), ha visto negli ultimi anni un incremento consistente in termini di utenze allacciate.

 

Impianti di teleriscaldamento in esercizio
I primi impianti realizzati a Milano sono stati quelli presso l'area di Bicocca (Tecnocity) e l'area Famagosta[13,21]. A questi sono seguite le realizzazioni di alcune reti di minori dimensioni: centro storico, area Palizzi-Bovisa, area di via Bensi-Lorenteggio e la grande rete nella zona Gallaratese che distribuisce il calore recuperato dal termovalorizzatore rifiuti AMSA di via Silla. Quest’ultima rete è stata poi estesa anche nel comune di Pero per servire il nuovo Polo Fieristico. Successivamente sono state realizzate le centrali di cogenerazione e le reti di distribuzione calore della zona Milano Est, alimentata dall’impianto "Canavese" in via Cavriana, e della zona Mecenate-Santa Giulia, alimentata da una nuova centrale che serve anche l'aeroporto di Linate. Nel comune di Sesto San Giovanni, alle porte di Milano, nel corso degli ultimi dieci anni il teleriscaldamento ha raggiunto progressivamente tutte le vie principali e la gran parte delle nuove edificazioni che sono state realizzate sulle aree dismesse ex industriali. Nell’hinterland milanese sono state inoltre realizzate le reti di teleriscaldamento dei comuni di Novate Milanese, alimentata da un impianto di cogenerazione presso la piscina comunale, e Cassano d'Adda, alimentata dal calore recuperato dalla centrale termoelettrica di A2A.

Riassumendo, per la fornitura del calore alla rete di teleriscaldamento sono attualmente in esercizio 5 centrali principali oltre a 3 centrali minori e alcune caldaie di integrazione poste in vari punti della rete. Oltre alle centrali di Milano, la cui composizione e potenza istallata è riassunta in tabella 4.1, come già detto, nell’hinterland sono presenti 3 grosse reti nei comuni di Sesto San Giovanni, Novate Milanese e Cassano d’Adda.

Tabella 4.1: Impianti rete di teleriscaldamento di Milano (Rielaborazione dati AIRU [13] e A2A [21])

 

Impianto

unità

Potenza installata

Anno

%

 

Tipologia

(MWe)

(MWt)

1

Tecnocity - Bicocca

 

19,6

50,0

 

8,4

 

Turbina a gas

2

10,0

16,0

1997

2,7

 

Motore endotermico

3

9,6

9,0

2004

1,5

 

Caldaie di integrazione e riserva

2

 

10,0

1997

1,7

 

Caldaie di integrazione e riserva

1

 

15,0

2006

2,5

2

Famagosta

 

19,2

93,0

 

15,6

 

Motore endotermico

6

19,2

18,0

2001

3,0

 

Caldaie di integrazione e riserva

4

 

60,0

2001

10,1

 

Pompa di calore

1

 

15,0

2010

2,5

3

Silla 2

 

59,0

155,0

 

26,1

 

Termovalorizzatore RSU

1

59,0

105,0

2001

17,7

 

Caldaie di integrazione e riserva

1

 

50,0

2001

8,4

4

Linate

 

24,0

84,0

 

14,2

 

Motore endotermico

3

24,0

24,0

2007

4,0

 

Caldaie di integrazione e riserva

2

 

60,0

2007

10,1

5

Canavese

 

15,3

73,2

 

12,3

 

Motore endotermico

3

15,3

13,2

2008

2,2

 

Caldaie di integrazione e riserva

3

 

45,0

2007

7,6

 

Pompa di calore

1

 

15,0

2010

2,5

6

altre caldaie a gas

 

 

138,4

 

23,3

 

Comasina

3

 

25,5

nd

4,3

 

Centro storico

4

 

15,0

1991

2,5

 

Bovisa

4

 

11,0

2002

1,9

 

Bensi

4

 

8,4

1991

1,4

 

Selinunte

3

 

36,0

2009

6,1

 

Ponte nuovo

6

 

42,5

2012

7,2

 

Totale Milano

 

137,1

593,6

 

100

 

da Cogenerazione

 

78,1

80,2

 

13,5

 

Da FER

 

59,0

135,0

 

22,7

 

Bicocca-Tecnocity
L’Impianto di cogenerazione Tecnocity, realizzato in via Chiese in zona Bicocca, presenta la pa1rticolarità di fornire, oltre a energia elettrica e calore per teleriscaldamento, anche acqua refrigerata per il condizionamento estivo (teleraffrescamento).

La zona servita dal teleriscaldamento e teleraffrescamento è quella del quartiere tecnologico di Milano "Bicocca-Tecnocity", estesa anche ai fabbricati dell’area direzionale Pirelli e dell'area ex Ansaldo Breda.Sono allacciati alla rete tutti gli edifici dell'Università Bicocca, il nuovo teatro degli Arcimboldi, cinema multisala e palestre, centri di ricerca e grandi palazzi di uffici oltre a diversi nuovi edifici residenziali dotati anche di condizionamento estivo. Attualmente sono allacciate alla rete circa 50 sottocentrali, con una potenza installata complessiva di 98 MW tra fornitura di caldo e fornitura di freddo per condizionamento. La centrale di cogenerazione, ampliata progressivamente, è stata realizzata all'interno di un ex capannone industriale Pirelli e attualmente è costituita principalmente da:

  • 2 motori turbogas per una potenza di 10 MWe e 16 MWt;
  • 3 motori a gas da 3,2 MWe e 3 MWt ciascuno;
  • 3 caldaie di integrazione da 25 MWt complessivi;
  • 2 accumuli di calore da 7 MWt ciascuno;
  • 2 macchine frigorifere ad assorbimento alimentate a vapore da 4,6 MWf ciascuna;
  • 3 macchine frigorifere a compressione, elettriche, da 2,5 MWf ciascuna.

Per contenere le emissioni, la centrale è alimentata esclusivamente a gas metano: tale scelta rende trascurabili le emissioni di anidride solforosa (SO₂) e polveri. Per limitare al minimo l’impatto degli scarichi sulla qualità dell’aria, sono state selezionate turbine a gas e caldaie di integrazione dotate di bruciatori a bassa produzione di ossidi di azoto (NOx) e sui motori a combustione interna sono installati filtri catalitici per il trattamento dei fumi. La rete di teleriscaldamento è lunga circa 13 km, e può distribuire acqua calda a massimo 95 °C in inverno e acqua refrigerata a 5 °C in estate. Un secondo ramo di rete, che alimenta l'area ex Ansaldo Breda oltre vie Chiese, è gestito invece in acqua surriscaldata, fino a 120 °C.

 

Canavese
La Centrale di Canavese, completata nel 2008, è costituita da 3 differenti sezioni di impianto per la produzione integrata di acqua calda a 90 , successivamente distribuita attraverso una rete di teleriscaldamento alle utenze prevalentemente residenziali presenti nei quartieri limitrofi a scopo di riscaldamento. 

Figura 4.2: Centrale termica di Canavese e mappa della rete di teleriscaldamento [21].

Le unità di produzione presenti presso la Centrale di Canavese sono:

  • 3 caldaie a gas da 15 MWt ciascuna
  • 3 motori da 4,4 MWt e circa 5,1 MWe ciascuno
  • 1 pompa di calore da 15 MWt
  • 1 sezione di accumulo da circa 15 MWt   

La parte più innovativa della centrale di Canavese è la sezione a pompe di calore che utilizza acqua di falda e che garantisce una consistente produzione termica con elevata efficienza, integrata dai contributi provenienti dalle sezioni di cogenerazione e integrazione. La pompa di calore è una macchina in grado di trasferire calore da un corpo a temperatura più bassa ad un corpo a temperatura più alta grazie ad un apporto di lavoro esterno fornito da un compressore azionato da energia elettrica. La pompa di calore utilizza un comune ciclo frigorifero, il parametro di prestazione che definisce l'efficienza di una pompa di calore è il COP: le caratteristiche termiche dell'acqua di falda e dell'acqua utilizzata per il teleriscaldamento permettono di realizzare COP prossimi a 3.

Le pompe di calore, alimentate con energia elettrica, hanno un funzionamento prevalentemente notturno e sottraggono dall'acqua di prima falda energia termica, energia che viene utilizzata per innalzare la temperatura di acqua accumulata in un apposito serbatoio. In seguito all'utilizzo, è prevista la restituzione dell'acqua di prima falda parte in corso idrico superficiale, parte nel corpo idrogeologico di provenienza attraverso un campo pozzi di resa dedicato. L'uso nella pompa di calore comporta esclusivamente un decremento della temperatura dell'acqua di falda (pari a circa 7 - 8 °C) senza alcuna alterazione delle proprietà chimico-fisiche che la caratterizzano al prelievo.

Figura 4.3: Schema di funzionamento di una pompa di calore [25].

Nelle ore diurne, l'energia termica accumulata viene distribuita attraverso la rete di teleriscaldamento all'utenza allacciata, opportunamente integrata dal calore prodotto dalla sezione cogenerativa (motori a gas) e di integrazione (caldaie) per soddisfare i picchi di richiesta energetica. La rete di teleriscaldamento, attualmente interessa i quartieri: Città Studi, Argonne, Corsica, Lambrate. Recentemente è stato allacciato alla rete anche il tribunale di Milano, permettendo lo spegnimento della precedente caldaia termica dell’edificio, alimentata a gasolio. Il bilancio energetico della rete di Canavese verrà trattato nei paragrafi successivi.

 

Famagosta
La centrale di Famagosta è un impianto attivo dal 2001 per la produzione di energia termica per la fornitura di calore per riscaldamento e, ove richiesta, acqua calda sanitaria alle utenze distribuite sul territorio. Il calore è distribuito alle utenze, sotto forma di acqua surriscaldata, attraverso una rete di teleriscaldamento dedicata. La centrale è costituita dalle seguenti unità di produzione termica:

  • 1 pompa di calore di potenza termica pari a 15 MWt;
    • 6 motori endotermici alimentati a gas naturale di potenza termica pari a 3 MWt e di potenza elettrica pari a 3,2 MWe ciascuno;
    • 4 caldaie alimentate a gas naturale di potenza termica pari a 15 MWt ciascuna;

3 serbatoi del volume complessivo di 600 m³, con potenza pari a circa 15 MWt e capacità di accumulo tra i 30 e 40 MWht.

Figura 4.4 Centrale termica di Famagosta e mappa della rete di teleriscaldamento [21].

La rete alimentata dalla centrale di Famagosta si estende nei quartieri cittadini della zona sud di Milano, limitrofi all'impianto, in particolare: Gratosoglio, Chiesa Rossa, Missaglia, Sant'Ambrogio, Torretta.

 

Linate
La centrale di Cogenerazione di Linate, avviata nel 2007, fornisce riscaldamento, raffrescamento e energia elettrica all’aeroporto di Milano Linate e calore per teleriscaldamento all’area urbana compresa fra le vie Salomone, Ungheria, Forlanini, Mecenate e Fantoli ed in particolare alla zona di nuova edificazione di Santa Giulia - Rogoredo dove, da fine 2008, sono alimentati dalla rete di teleriscaldamento una cinquantina di nuovi edifici. L’impianto è costituito principalmente da quattro gruppi di cogenerazione per la produzione combinata di energia elettrica e termica, ciascuno con un motore alternativo a combustione interna con potenza elettrica utile di circa 5,5 MWe, alimentato a gas naturale. La potenza termica complessiva recuperabile sotto forma di acqua surriscaldata è di circa 24 MWt, a cui si aggiunge un’ulteriore quota di recupero dai circuiti a bassa temperatura, sotto forma di acqua calda (circa 70 °C in mandata e 55 °C sul ritorno), per complessivi 2,5 MWt. In parallelo al circuito di recupero termico dai motori, sono state installate 2 caldaie per la produzione di acqua surriscaldata di potenza erogata pari a 30 MWt ciascuna. La potenza termica (sotto forma di acqua surriscaldata) è integrabile con un sistema di accumulo termico della potenzialità pari a 10 MWt.

 

Silla 2

Figura 4.5: Mappa della rete di teleriscaldamento servita dal termovalorizzatore Silla 2 [21].

Il teleriscaldamento dal termovalorizzatore dei rifiuti di Milano è stato progressivamente realizzato da A2A a partire dal 2001 in occasione dell'avviamento del nuovo impianto per l'incenerimento dei rifiuti solidi urbani denominato Silla 2, da parte di AMSA, ora società del gruppo A2A. L'impianto, che si trova nella zona nord-ovest del territorio comunale di Milano, ha sostituito l'esistente forno di incenerimento dei rifiuti, denominato "Silla1", che, obsoleto sia in termini di impatto ambientale che di rendimenti energetici, è stato messo fuori servizio. Il termovalorizzatore recupera il calore della combustione dei rifiuti mediante un ciclo a vapore che produce energia elettrica con una turbina di potenza massima pari a circa 59 MWe. Il vapore estratto dalla turbina del termovalorizzatore alimenta l’impianto di scambio termico che, mediante 3 scambiatori per totali 105 MWt, riscalda l'acqua della rete di teleriscaldamento fino a 130 °C. L'impianto installa inoltre un generatore di vapore a metano da 50 MWt, con funzione di riserva in caso di fuori servizio per manutenzione ordinaria o straordinaria di una o due linee di incenerimento.

La rete di teleriscaldamento distribuisce calore ad alcuni grandi quartieri limitrofi della zona Gallaratese, di cui alcuni disponevano già di una rete centralizzata di quartiere. La dorsale principale che esce dalla centrale di scambio presso il termovalorizzatore è costituita da circa 4,5 km e nel complesso la rete è attualmente estesa per 16 km. Nel 2006 è stata completata una grande estensione di rete verso i comuni di Pero e Rho per la fornitura di calore alla nuova Fiera di Milano Polo Esterno, che è stata dotata di una sottocentrale di scambio di ben 25 MWt. La potenza allacciata ha raggiunto oggi circa gli 87 MWt e la rete è in fase continua di espansione, sia nel comune di Pero, sia nel comune di Milano e nel 2013 è arrivata a servire la zona San Siro ed in particolare il grande quartiere di proprietà Aler precedentemente alimentato dalla centrale termica di piazza Selinunte.

 

Impianti minori e caldaie integrative

Oltre alle centrali principali appena trattate ci sono poi altri 3 impianti: Centro storico, via Bensi e Bovisa.

Centro storico
La rete di riscaldamento del Centro Storico di Milano è stata realizzata nel 1992 per riqualificare il sistema di riscaldamento di importanti edifici comunali. La sua realizzazione ha richiesto il superamento di notevoli difficoltà, connesse al fatto di dover operare nel cuore della città. La centrale termica è realizzata in sotterraneo in via Silvio Pellico, adiacente alla galleria Vittorio Emanuele. Sono installate 3 caldaie a metano da 4,5 MWt ciascuna per il riscaldamento e una caldaia da 1,5 MWt per la produzione di acqua calda sanitaria nel periodo estivo. La centrale termica alimenta il Municipio (Palazzo Marino), il Teatro alla Scala, la Civica Ragioneria e la Galleria, il Centro Cobianchi e altre utenze nei pressi della Galleria, per un totale di circa 400000 m³ riscaldati. La rete di teleriscaldamento si sviluppa per circa 2,2 km ed alimenta 14 sottocentrali con una potenza installata di 15 MWt.

Bensi
La realizzazione della rete di teleriscaldamento nell'area di via Bensi in zona Lorenteggio a Milano, al confine con Corsico, è stata avviata per servire le nuove edificazioni dell'area Lorenteggio, come parte di un progetto più ampio di cogenerazione e teleriscaldamento basato su una futura centrale di cogenerazione da realizzarsi nell'area di proprietà di A2A in via Gonin, attualmente adibita a magazzino tubazioni. La rete, lunga 2,6 km, è attualmente alimentata da una centrale provvisoria di potenza pari a circa 10 MWt con caldaie a metano poste in container sulla copertura di un edificio, e provvede al riscaldamento di una dozzina di edifici di terziario/commerciale, compreso le due torri gemelle per uffici di via Lorenteggio.

Bovisa
La realizzazione della rete di teleriscaldamento nell'area Bovisa, avviata nel 2002 ed entrata in servizio a fine ottobre dello stesso anno, è stata realizzata per servire le nuove edificazioni dell'area Palazzi, come parte del progetto più ampio di cogenerazione e teleriscaldamento destinato a servire le nuove edificazioni previste dal Piano di Recupero Urbano della ex officina gas di Bovisa e le nuove costruzioni progressivamente realizzate nelle limitrofe aree industriali dismesse. Attualmente sono allacciati alla rete, lunga circa 2 km, 16 edifici per una potenza installata di sottocentrali di 11 MWt. La rete è attualmente alimentata da una centrale provvisoria da 11 MWt con caldaie a metano ed è in fase di definizione il progetto per la centrale di cogenerazione definitiva al servizio dell'area.

Infine sul territorio di Milano sono presenti altre caldaie di integrazione che forniscono calore sia alle reti già citate sia a reti di quartiere. L’insieme di queste caldaie, alimentate a gas naturale, aumenta la potenza installata a Milano di 114 MW termici.

 

Impianti nell’hinterland milanese

Oltre alle reti presenti nel comune di Milano ci sono poi 3 reti in comuni dell’hinterland che rientrano nello sviluppo del teleriscaldamento di Milano.

Sesto San Giovanni
Il comune di Sesto San Giovanni dispone di uno dei più estesi sistemi di teleriscaldamento d'Italia. Sul territorio del comune sono infatti presenti:

  • la centrale Edison, nata come centrale termoelettrica con una potenza di 113 MW elettrici che permette alla rete di teleriscaldamento di recuperare 70 MW termici;
  • il termovalorizzatore RSU con una potenza di 5,5 MW elettrici e 13 MW termici;
  • la centrale A2A, costituita da un’unica caldaia a gas naturale con potenza di 40 MWt;
  • serbatoi per l’accumulo di acqua calda per totali 36 MWt.

La rete ad acqua surriscaldata, con temperatura massima di esercizio 120 , presenta un tracciato con lunghezza di oltre 60 km e riscalda una volumetria di circa 6000000 di m³. La potenza termica installata presso le più di 600 sottocentrali allacciate è pari a circa 215 MWt, con una copertura del fabbisogno di riscaldamento di tutto il comune pari a circa il 60%. Si può stimare che siano serviti almeno 60000 abitanti.

Cassano d’Adda
Il teleriscaldamento di Cassano d'Adda è stato realizzato a partire dal 2003 con il fine di sfruttare nel modo più efficiente la presenza sul territorio comunale della centrale termoelettrica di A2A e contribuire così ad un risparmio energetico e al miglioramento ambientale. L'impianto consente il recupero di calore dai tre cicli combinati turbina a gas - turbina a vapore, alimentati a metano, che costituiscono la centrale termoelettrica. La rete di teleriscaldamento si è estesa progressivamente fino al centro storico di Cassano d'Adda interessando la maggior parte delle vie del comune, alimentando, tra l'altro, le scuole, la sede del Comune e altri edifici pubblici ed anche supermercati ed edifici commerciali. Attualmente il tracciato della rete è pari a circa 14 km. Ad oggi sono allacciati alla rete di teleriscaldamento più di 100 edifici, per una potenza installata di sottocentrali di scambio termico pari a circa 15 MW.

Novate Milanese
Il teleriscaldamento di Novate Milanese è stato realizzato nel 2004 con il fine di alimentare termicamente una nuova piscina comunale e avviare una prima rete di teleriscaldamento nel comune. L'impianto a cogenerazione è composto da:

  • 2 motori a gas da 520 kW elettrici ciascuno;
  • 3 caldaie da 3,2 MW termici ciascuna;
  • 1 caldaia da 1,2 MW termici;

La rete di teleriscaldamento, oltre a riscaldare la piscina, si è estesa progressivamente fino al centro storico di Novate alimentando, oltre ad edifici residenziali, le scuole, la biblioteca comunale ed anche una stazione di servizio/autogrill sulla vicina tangenziale. Attualmente la rete, lunga circa 2,5 km, alimenta 37 edifici, con una potenza installata di sottocentrali di scambio termico pari a circa 17 MWt.

 

Situazione al 31-12-2012 e sviluppi futuri
Dai dati raccolti [13,21] le reti di teleriscaldamento di Milano, a fine 2012, si estendevano per 201,3 km, di cui il 70% ad acqua surriscaldata (115-65 °C) e il resto ad acqua calda (95-65 °C). Questo ha permesso di raggiungere una volumetria totale di quasi 31 milioni di metri cubi, equivalenti a circa 128000 appartamenti, con un aumento del 6,5% rispetto all’anno precedente. Grazie alla potenza installata (Fig. 4.6) sono stati distribuiti 757 GWh sotto forma di calore. Il teleriscaldamento è arrivato così a coprire il 6% del fabbisogno della città per il riscaldamento.

Figura 4.6: Distribuzione per fonte della potenza installata a Milano e del calore prodotto nel 2012 (Rielaborazione su dati AIRU [13] e A2A [21])

Oltre al mix energetico, che fa della realtà Milanese un caso molto interessante, anche le basse perdite di rete, intorno al 10% negli ultimi anni, hanno permesso di ridurre sensibilmente i consumi e le emissioni. I consumi di energia primaria fossile sono arrivati a 101506 tep, con un risparmio del 27% rispetto a quanto avrebbero consumato le caldaie e il SEN sostituiti. Le emissioni dell’intera rete ammontano a 272937 tonnellate di CO₂, pari al 26% in meno rispetto alle emissioni del SES. Per comprendere l’evoluzione del teleriscaldamento negli ultimi 3 anni basti pensare poi che nel periodo che va da maggio 2011 ad aprile 2013 la volumetria teleriscaldata è aumentata del 11,8% mentre ci sono state il 24,3% in più di utenze allacciate e un aumento in termini di lunghezza delle tubature del 17%.

Questo continuo sviluppo è dovuto come già detto all’impegno da parte del Comune e di A2A di utilizzare proprio il teleriscaldamento per raggiungere gli obiettivi di riduzione di consumi ed emissioni. Gli investimenti da parte di A2A si aggirano intorno ai 30 milioni di euro all’anno e mirano a raddoppiare nei prossimi 5 anni la quota del teleriscaldamento milanese. Anche l’amministrazione comunale sta investendo nel teleriscaldamento, provvedendo ad allacciare alla rete molti edifici pubblici. Il Comune ha raggiunto nel 2013 un accordo con A2A che porterà all’allacciamento di 29 edifici pubblici e che costerà nei prossimi anni 245 milioni di euro, garantendo però risparmi annui sia in termini di bolletta energetica sia in termini di emissioni. Gli sviluppi programmati negli anni successivi [26] prevedono la messa in rete degli impianti esistenti, arrivando alla creazione di tre sistemi interconnessi: (Milano Ovest, Milano Est, Milano Nord/Sesto), con l'obiettivo al 2017 di arrivare a circa 1500 GWh termici erogati.

In particolare è prevista la creazione di tre dorsali, Famagosta-Selinunte, Linate-Canavese e Tecnocity-Sesto San Giovanni, che permetteranno sia di rendere più stabile il sistema sia di sfruttare al massimo la potenza degli impianti cogenerativi e a pompe di calore oltre che quella fornita dal termovalorizzatore Silla 2. Tutto questo porterà ad un aumento della quota di energia rinnovabile distribuita dal sistema. E’ inoltre in fase di studio l’ampliamento delle centrali di via Bensi e di Bovisa, che dovrebbero arrivare ad avere la stesa struttura della centrale di Canavese (pompa di calore associata a cogenerazione).

 

Consumi ed emissioni
I dati riportati finora, riguardanti l’intera rete di Milano, non permettono di avere un piano completo dei risparmi e dei benefici ambientali che il teleriscaldamento permette di avere. Non essendo stato possibile accedere ai dati riguardanti le emissioni e i consumi di tutti gli impianti si è deciso di prenderne ad esempio uno, quello di Canavese, che oltre ad essere l’ultimo costruito presenta come punto di forza l’utilizzo della tecnologia cogenerativa associata a pompe di calore. Prima di entrare nello specifico del bilancio ambientale dell’impianto bisogna poi chiarire che, anche se finora si è sempre parlato solo di CO₂, queste, pur essendo la maggioranza delle emissioni dovute al riscaldamento urbano (92% delle emissioni di gas serra di Milano), non sono le uniche. Oltre alla CO₂ vengono infatti monitorate anche le emissioni di [27]:

  • NOx: una miscela di ossido e biossido di azoto.

Quest’ultimo in particolare è un gas a effetto serra che ha effetti dannosi per l’ambiente e per l’uomo, se a concentrazioni maggiori di 2-3 ppm. Ha la caratteristica di non dipendere dal combustibile utilizzato dato che la sua formazione è conseguente alle alte temperature sviluppate nei processi di combustione.

  • SO₂: il biossido di zolfo è un inquinante primario che così come il biossido di azoto è prodotto nei processi di combustione. Oltre ad essere un composto irritante, è il principale responsabile delle piogge acide.
  • PTx: le polveri totali sospese o particolato, identificano comunemente l’insieme delle particelle sospese in aria, siano esse solide o liquide, aventi dimensioni da pochi nanometri fino a 500 micron.

E’ considerato l’inquinante di maggior impatto sulle aree urbane e viene prodotto in gran parte dal traffico stradale e dal riscaldamento domestico. Esso ha impatti sia sull’ambiente, andando ad influenzare l’assorbimento delle radiazioni solari, sia sull’uomo, essendo alla base di varie patologie acute e croniche dell’apparato respiratorio e cardio-circolatorio.

 

Centrale di Canavese
L’impianto di Canavese, la cui composizione tecnica è stata già affrontata in precedenza, è destinato alla produzione di acqua calda ad una temperatura variabile tra gli 80 e i 95 °C.

La progressiva estensione della rete di teleriscaldamento ha portato ad avere allacciate, a fine 2012, 378 sottocentrali di scambio termico con una potenza complessiva installata pari a 108 MW distribuiti lungo i 30 km della rete [28]. Il gas naturale è il solo combustibile utilizzato per il funzionamento dei motori e delle caldaie presenti in centrale. I motori sono caratterizzati da un rendimento termico nominale del 37% e un rendimento elettrico pari al 44% circa, mentre le caldaie hanno un rendimento nominale del 93% circa.Le emissioni in atmosfera generate dalla Centrale di Canavese derivano dai processi di combustione del gas naturale nella sezione di cogenerazione e nella sezione caldaie e sono costituite da ossidi di azoto (NOx), monossido di carbonio (CO) e anidride carbonica (CO₂).

Mentre i primi due sono inquinanti che possono avere effetti a livello locale, l'anidride carbonica contribuisce all'effetto serra su scala globale. Sono considerate quasi nulle le emissioni dalla combustione del gas naturale di biossido di zolfo (SO₂) e polveri; questo costituisce un vantaggio significativo conseguibile dalla diffusione del servizio di teleriscaldamento derivante in particolare dalla sostituzione degli impianti termici locali alimentati a gasolio. La crescita degli utenti serviti dal teleriscaldamento ha consentito di aumentare la quota di energia termica ed elettrica prodotte in cogenerazione mantenendo il rendimento nominale degli impianti. Alla riduzione delle emissioni ha poi contribuito l’utilizzo della pompa di calore. Nel 2012 sono stati distribuiti alle utenze 79830 MWh termici e 52800 MWh elettrici. Il 10,2% del calore è stato prodotto dalla pompa di calore mentre la cogenerazione ha consentito la produzione del 60,1%. Il rendimento delle caldaie, che hanno fornito il restante 29,7%, è stato del 90,1% mentre le perdite di rete sono state del 13%.

Figura 4.7: Confronto tra la distribuzione per fonte della potenza installata nella centrale di Canavese e del calore prodotto nel 2012. (Rielaborazione su dati A2A [28])

Dal confronto con il SES risulta inoltre che la rete di teleriscaldamento ha permesso di ridurre le emissioni:

  • -37% di ossidi di azoto;
  • -94% di biossido di zolfo;
  • -79% di polveri sottili;
  • -26% di anidride carbonica equivalente.

Anche se non è possibile, partendo dai dati relativi all’impianto di Canavese, trarre conclusioni riguardo alle emissioni dell’intero sistema, i risultati riguardanti questo impianto mostrano come sia possibile, grazie al teleriscaldamento, utilizzare tecnologie e fonti energetiche altrimenti non sfruttate e ridurre così le emissioni non solo di anidride carbonica ma anche di altre sostanze dannose. La rete di Milano è inoltre caratterizzata da una densità termica lineare di 3,76 MWh/m e per questo, come spiegato precedentemente, può trarre un ulteriore vantaggio dalla convenienza anche economica del sistema, sia per la città sia per gli utenti finali.

 

CONCLUSIONI

I vantaggi che il teleriscaldamento permette di avere, non lasciano dubbi riguardo all’opportunità di investire in questo sistema. Esso consente infatti di sfruttare maggiormente le fonti rinnovabili e di utilizzare la cogenerazione, permettendo una concreta riduzione delle emissioni nocive in atmosfera e dei consumi di fonti fossili. Porta inoltre, se strutturato nel modo corretto, ad avere un servizio più economico rispetto al riscaldamento centralizzato. Infine, aspetto che non è stato trattato in questo elaborato ma che va a favore del sistema, la creazione di una rete di teleriscaldamento porta una ricaduta occupazionale sul territorio. L’importanza di questo aspetto è dimostrata dal fatto che esso è stato anche il motore, negli ultimi anni, delle politiche in tema di riqualificazione energetica degli edifici, portate avanti sia dal governo centrale sia dalla giunta comunale di Milano.

In confronto alle politiche di efficientamento energetico, il teleriscaldamento può portare benefici simili se non inferiori e queste sembrerebbero maggiormente attuabili su larga scala. Da uno studio condotto da Euroheat & Power [29] è però emerso che, anche in uno scenario di riduzione dei consumi, lo sviluppo del teleriscaldamento nei paesi europei può portare ad un risparmio economico oltre che a maggiori controlli e affidabilità del sistema di riscaldamento. La città di Milano, che da questo punto di vista ha già avviato un sistema all’avanguardia, che prevede sia controlli sempre maggiori sui consumi dovuti al riscaldamento degli edifici, sia il continuo sviluppo del teleriscaldamento, ha ancora un grosso potenziale visto che solo il 6% del comune è teleriscaldato. La conversione degli impianti più vecchi a un sistema che permette di sfruttare sia la cogenerazione sia il recupero di calore ottenuto dalle pompe di calore, così come già avviene nelle centrali di Canavese e Famagosta, potrà rendere inoltre ancora più sostenibile questo metodo di riscaldamento per la città.

Bisogna però dire che, anche se Milano, a differenza di molti comuni e città più piccole, è avvantaggiata dall’alta densità termica della rete, lo sviluppo del teleriscaldamento sarà comunque frenato, anche in futuro, sia dai grossi costi di investimento necessari alla creazione e all’espansione della rete, sia dalle difficoltà di carattere logistico (scavi, blocco del traffico). Per questo è naturale che sia il Comune, come ente pubblico e come socio di A2A, ad avere la parte più importante negli investimenti per l’espansione della rete.

 

* con la supervisione del Prof. Gianluca Alimonti, Facoltà di Scienze e Tecnologie - Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Milano.

 

Riferimenti bibliografici

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[11] Decreto Legislativo, Recepimento della direttiva europea 2012/27/UE sull'efficienza energetica, 30 giugno 2014.

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[14] Sito internet, www.gruppohera.it .

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[20] Ministero dello Sviluppo Economico, Strategia Economica Nazionale: per un’energia più economica e sostenibile, marzo 2013.

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[29] Euroheat & Power, Heat Roadmap Europe 2050, 2013.