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IDA Seez: brillante modello di autarchia energetica con ICFC, solare e pompa di calore

Autarchia energetica in qualsiasi momento: ecco l’obiettivo dell’IDA Seez.

Per l’approvvigionamento energetico l’impianto di depurazione sfrutta la combinazione tra ICFC a gas di depurazione (a sinistra in immagine), pompa di calore (a destra) e impianto fotovoltaico.

Per il nuovo ICFC è stato realizzato un grande impianto di stoccaggio del gas in grado di immagazzinare le quantità prodotte sull'arco di 1.5 giornate. A tale scopo è stato installato sull’areale un grande pallone posto sopra un cumulo di fanghi organici non più necessari.

L’impressionante tetto a pannelli fotovoltaici è pieghevole e ricopre le vasche di fanghi attivi e di decantazione primaria. Sui lati il tetto può essere esteso o retratto. L’impianto fotovoltaico produce fino a ca. 190 000 kWh di elettricità all’anno.

In caso di necessità i gruppi elettrogeni di emergenza (a sinistra in immagine) approvvigionano l’intero impianto di depurazione.

L’IDA Seez è stata insignita, per il suo concetto energetico, del premio «Médaille d’eau» conferito agli impianti di depurazione delle acque di scarico che si distinguono per la loro efficienza energetica.

Con un intelligente sistema che permette di combinare perfettamente due fonti energetiche rinnovabili, vale a dire i gas di depurazione e l’energia solare, l’impianto di depurazione delle acque di scarico (IDA) Seez raggiunge un’autarchia energetica di oltre il cento per cento. Il direttore operativo Beat Bless racconta di una giornata tipo in azienda e di come, da un disappunto, nasce una storia di successo.

Premessa

Hanno aderito all’associazione «Abwasserverband Seez» i comuni di Flums, Mels, Quarten e Walenstadt. Insieme, i quattro comuni gestiscono l’impianto di depurazione acque IDA Seez, ubicato a Flums, nel Cantone di San Gallo. La gestione dei gas di depurazione è, per natura, un tema importante. Nel 2009, una microturbina a gas ha sostituito l’impianto di cogenerazione forza-calore (ICFC) utilizzato fino ad allora. Nel mese di giugno del 2019 la microturbina è stata a sua volta rimpiazzata con un nuovo ICFC di Avesco, in grado di fornire una potenza elettrica di 82 kW e una potenza termica di 105 kW. Da allora, per l’approvvigionamento energetico dell’impianto di depurazione, intervengono contemporaneamente tre componenti: un impianto di cogenerazione-forza calore, un impianto fotovoltaico installato nella primavera del 2020 e una pompa di calore allacciata ai gruppi di cogenerazione forza-calore. Insieme alla pompa di calore, l’ICFC raggiunge una potenza termica complessiva di 128 kW.

Obiettivo: autarchia in materia di energia elettrica e termica

Quando si è riflettuto sulla realizzazione di un nuovo sistema, l’obiettivo era di riuscire a creare un impianto di depurazione che potesse funzionare tutto l’anno in modo autonomo, vale a dire autoproducendo l’elettricità e l’energia termica necessarie.

Fabbisogno e produzione energetica

L’IDA Seez ha ogni anno un fabbisogno elettrico di 520 000 kWh e un fabbisogno termico di 600 000 kWh. Il nuovo impianto di CFC-gas di depurazione è in grado di fornire, a dipendenza della quantità di gas prodotti, una potenza elettrica di 370 000-390 000 kWh e una potenza termica di 470 000-500 000 kWh. L’impianto fotovoltaico genera fino a ca. 190 000 kWh di elettricità. La pompa di calore può produrre fino a circa 101 200 kWh di energia termica in più. Per un raffronto, basti pensare che ogni anno con la microturbina a gas si producevano 220 000 kWh di energia elettrica e 683 000 kWh di energia termica. Complessivamente, il nuovo sistema è in grado di generare altrettanta energia termica ma con una produzione di energia elettrica decisamente maggiore. Beat Bless, direttore operativo dell’IDA Seez, spiega: «La rimunerazione a copertura dei costi per l’immissione in rete di energia elettrica (RIC) è di quasi 24 centesimi. Insomma, il calcolo è presto fatto: tenuto conto dell’elevata produzione di elettricità, l’investimento vale decisamente la pena».

Argomentazioni a favore di un sistema con ICFC

I motivi che hanno spinto l’associazione a fare ritorno a un impianto di cogenerazione forza calore? Beat Bless racconta: «Purtroppo la microturbina a gas era molto sensibile al calore.  Le temperature elevate, in parte addirittura oltre i 30 °C, raggiunte durante queste ultime estati, hanno fatto sì che talvolta dovessimo addirittura raffreddare gli impianti per poter continuare a essere operativi. Il rendimento elettrico era sul 22-28%. Un risultato che non soddisfaceva. Ora il nostro nuovo ICFC attesta un rendimento fino al 36%. Alla fine, con la microturbina a gas, la produzione di elettricità era scesa al di sotto della quantità minima richiesta per ricevere la rimunerazione a copertura dei costi per l’immissione in rete di energia elettrica (RIC). È allora che abbiamo preso la decisione: era tempo di cambiare!».

Un sistema globale, calibrato con precisione – rendimento elettrico complessivo del 91%

Che cosa succede quando, a temperature elevate, l’impianto di depurazione produce più gas e di conseguenza l’ICFC (che attesa un consumo massimo di gas pari a 36 Nm3/h), sommato all’impianto fotovoltaico, genera più elettricità di quella necessaria? «Abbiamo scelto un impianto molto grande per lo stoccaggio, in grado di immagazzinare il gas prodotto sull’arco di un massimo di 1.5 giornate. Quando fa molto caldo, durante il giorno utilizziamo la corrente elettrica prodotta con l’impianto fotovoltaico e l’ICFC è a riposo. Di notte, o quando le temperature calano, grazie all’impianto di stoccaggio c’è sempre e ancora gas a sufficienza per la produzione di elettricità nell’ICFC», ci spiega Beat Bless. Lui e la sua squadra di collaboratori hanno compiuto addirittura un passo in più: allacciata all’ICFC c’è una pompa di calore che sfrutta il calore prodotto dall’aria di raffreddamento utilizzata dall’ICFC, raggiungendo così una potenza termica di 23 kW. Il vantaggio? Così facendo, alla fine, è a disposizione molta più energia termica. Beat Bless: «Il fango eccedente dobbiamo addensarlo molto meno, praticamente più, e così si risparmiano costi». Attraverso l’ICFC e la pompa di calore, su 223 kW di potenza in entrata, 223 kW possono essere utilizzati nell’impianto di depurazione, con un rendimento complessivo del 91%.

Gruppi elettrogeni di emergenza

In caso di necessità l’intero fabbisogno energetico dell’impianto di depurazione può essere alimentato mediante gruppi elettrogeni di emergenza del tipo Cat C4.4 DE88E3, con una potenza nominale elettrica di 71 kW. Il generatore d’emergenza è stato installato in ottobre 2019, dunque subito dopo la messa in esercizio dell’ICFC. «Abbiamo deciso, con cognizione di causa, di pianificare i gruppi elettrogeni di emergenza come un impianto completamente indipendente dal sistema restante», spiega Bless. In alternativa, l’ICFC avrebbe potuto anche essere concepito come una centrale di cogenerazione forza-calore destinata a produrre alimentazione elettrica di emergenza.

Bilancio intermedio

ICFC – fotovoltaico – pompa di calore: tre impianti con cui l’IDA Seez gestisce, ormai da quasi due anni, il proprio fabbisogno di elettricità e calore. Da giugno 2019 a marzo 2021 il sistema complessivo ha prodotto ben 820 105 kWh di energia elettrica. A detta di Bless i costi per la manutenzione dell’impianto sono pressoché identici rispetto alla microturbina a gas.  «Il sistema è molto stabile. Indipendentemente dal tempo, sia che splenda il sole, piova o nevichi. Funziona sempre. È un bel vantaggio, che va ad aggiungersi all’elevato rendimento». Anche il bilancio intermedio è molto positivo: «Insomma funziona bene. Siamo soddisfatti!».

«Médaille d’eau» per un concetto energetico

Per rendere omaggio al concetto energetico promosso, l’IDA Seez è stata ricompensata nel 2018 dall’associazione professionale Infrawatt e dall’Associazione svizzera dei professionisti della protezione delle acque (VSA) con il premio «Médaille d’eau» insignito agli impianti di depurazione acque che si distinguono per la loro efficienza energetica. Il premio rende omaggio altresì alla migliorata efficienza energetica, all’aumentata produzione di energia rinnovabile così come alla formazione del personale, un altro aspetto che riveste per l’IDA Seez un’importanza di primo piano.

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