Attività di Ricerca
L’attività scientifica riguarda la cogenerazione ed utilizzo di fonti rinnovabili e uso razionale dell'energia nel settore agroalimentare, agricolo, industriale e civile, analisi fisico-meccaniche, termodinamiche, termo-economiche, logistiche e di impatto ambientale di processi di produzione, condizionamento e conversione energetica di biomasse, pianificazione energetica ed ambientale a scala territoriale, efficienza negli usi finali di energia termica ed elettrica, impiego di fonti rinnovabili e tecniche di gestione di servizi energetici nei contesti rurali. L’attività scientifica riguarda anche le tecniche di misura e regolazione delle grandezze termofluidodinamiche caratterizzanti i processi termici di essiccazione del legno e dei prodotti alimentari, le analisi delle tecnologie di efficientamento energetico nei processi agroalimentari.
In particolare, l’attività è strutturata come segue:
1. Analisi termodinamiche e termo-economiche di impianti di cogenerazione: modellazione termo-economica, ottimizzazione dell’esercizio e la definizione del mix di combustibile ottimale per microturbine a gas accoppiate a sistemi di combustione esterna a biomassa, modellando il comportamento a carichi parziali e l’influenza della tipologia di domanda energetica del settore residenziale e terziario; analisi di convenienza economica e tipologia ottimale di fluido per un accoppiamento con cicli bottoming ORC, ed in funzione della tipologia di domanda energetica e modalità di esercizio, o in funzione dei parametri termodinamici del ciclo bottoming e della possibilità di utilizzare il calore residui per cogenerazione ; analisi termo-economiche comparative tra sistemi ORC, cicli a vapore di piccola taglia e cicli Bryton per piccole taglie , ed analisi tecnico-economiche di casi di studio specifici nel settore agroalimentare; sistemi innovativi di conversione energetica di biomasse lignocellulosiche di taglia medio-grande, tramite gassificazione accoppiata a turbine a gas o a vapore, ed impianti di gassificazione accoppiati a microturbine a gas per piccola cogenerazione residenziale con modellazione in Aspen
2. Uso bioenergia in aree urbane tramite modelli di ottimizzazione MILP: questo filone, avviato nell’ambito di un progetto finanziato da CRUI-British Council (2006, coordinatore Ing Pantaleo e Dott Bauen, Centre for Energy Policy and Technology, Imperial College) e proseguito con il progetto Energy in urban areas (2009-14, Prof Nilay Shah, CPSE, Imperial College) ha l’obiettivo di analizzare le potenzialità di integrazione di filiere bioenergetiche nei sistemi energetici urbani. Le possibili filiere, le barriere tecnologiche e non tecnologiche, i processi di conversione di maggiore interesse in funzione della domanda energetica del settore terziario e residenziale sono studiati per poi sviluppare e validare delle metodologie per la pianificazione strategica (localizzazione e taglia ottimale) ed operativa (modalità di esercizio ottimali) di impianti termici e di cogenerazione a biomassa basate su tecniche di MILP implementate in GAMS e AIMMS. Tali modelli sono applicati a piccoli comprensori urbani , a tecnologie di cofiring di gas e biomasse , all’analisi dei trade-offs tra teleriscaldamento e piccoli impianti termici , o adattati per tener conto della logistica di approvvigionamento-condizionamento-stoccaggio di biomasse . Recenti evoluzioni riguardano l’integrazione con sistemi di accumulo di energia termica e la modellazione delle interazioni tra dinamiche temporali di disponibilità di biomasse e domanda energetica nel terziario per calore ed elettricità , l’integrazione con sistemi dual fuel gas/biomassa, l’applicazione alla filiera olivicolo-olearia per ottimizzare condizionamento e trasformazione energetica dei vari co-prodotti .
3. Gestione di servizi energetici: questo filone, riferito alla fornitura del servizio calore da biomasse e solare termico da parte di ESCO, è stato sviluppato nell’ambito del progetto EIE Biosolesco; sono stati classificati e confrontati vari modelli di business per la fornitura di servizi energetici da parte di ESCO, ed i risultati di analisi tecno-economiche, applicate a casi di studio rappresentativi nel residenziale e terziario avanzato, hanno portato a definire i sistemi di gestione ottimali in funzione del tipo di utenze finali e del servizio offerto (calore, cogenerazione).
4. Analisi dei potenziali energetici e delle filiere bioenergetiche: il filone riguarda: (i) la definizione ed applicazione di metodologie di analisi dei potenziali energetici di residui agricoli, forestali, agroindustriali , reflui zootecnici e colture energetiche , (ii) le interazioni tra disponibilità di biomasse e taglie ottimali di impianto , (iii) le ottimizzazioni delle tecniche di raccolta, logistica di trasporto , condizionamento , stoccaggio e relativa conversione energetica. Le analisi di potenziali sono sviluppate tramite strumenti GIS . Una speciale attenzione è data al settore olivicolo-oleario, con analisi sperimentali delle modalità di essiccazione della sansa , analisi delle alternative tecnologiche e possibili configurazioni impiantistiche per cogenerazione , analisi dei problemi di stoccaggio e combustione, analisi delle possibilità di trigenerazione tramite gruppi ad assorbimento. Un altro filone di ricerca riguarda le opportnità di risparmio eneretico ed utilizzo energia rinnovabile nel settore delle serre. Le ricerche sono state condotte nell’ambito di progetti PRIN (filiera olivicolo-olearia, in collaborazione con Università Politecnica delle Marche) o progetti finanziati da regione Puglia (varie filiere bioenergetiche regionali), da Gruppi di Azione Locale (Gal Barsento per filiere biogas) o da MIPAF (alternative tecnologiche per la conversione energetica dei sottoprodotti olivicolo-oleari, Oliveti d’Italia).
5. Analisi energetico-ambientali e tecnico-economiche: le ricerche hanno riguardato le analisi di LCA applicate alla bioenergia (tramite SimaPro e Gemis); sono stati proposti ed applicati dei metodi per l’analisi ed il confronto dei bilanci energetici ed ambientali e della sostenibilità economica e sociale di impianti di cogenerazione a biomasse di varia taglia e tipologia (biomasse liquide, solide e gassose , proponendo anche dei confronti tra le politiche energetiche in Italia e in UK]). Le analisi hanno riguardato l’intera filiera, dalla produzione della materia prima al trasporto, condizionamento, valorizzazione finale. Lo studio delle differenti tecnologie, taglie impiantistiche, organizzazioni di filiera e barriere tecnologiche e non tecnologiche allo sviluppo della bioenergia è stato finalizzato a meglio indirizzare le politiche energetiche a supporto del settore biomasse.
6. Gestione dell’energia, risparmi negli usi finali e demand response: una metodologia di demand side management implementata in Matlab è stata proposta ed applicata al caso specifico di una utenza energetica industriale (lavorazione del legno) per ridurre i consumi energetici attraverso tecniche di load shifting e cogenerazione da biomasse localmente prodotte , e successivamente adattata al settore terziario e ad ulteriori misure di demand response [86,91]; gli strumenti di incentivazione dell’efficienza energetica negli usi finali dell’energia in UK e Italia sono stati confrontati con riferimento ad una serie di casi di studio rappresentativi , con casi applicativi nel settore illuminotecnico.