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Strategie di conservazione

dell'energia nel settore

agricolo

L. Murgia - Dip.to Ingegneria del Territorio - Università degli Studi di Sassari

ENERGETICA APPLICATA AI SISTEMI RURALI

ANALISI DEI CONSUMI DI ENERGIA

CONSUMIINDIRETTICONSUMIINDIRETTI

Macchine e impiantiFertilizzanti e fitofarmaciMateriale di propagazioneAlimenti zootecniciInvestimenti fondiariMateriale di consumo

CONSUMIDIRETTICONSUMIDIRETTI

AutotrazioneEnergia termicaEnergia elettrica

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AZIONI DI CONSERVAZIONE ELL’ENERGIA

CONSUMIINDIRETTICONSUMIINDIRETTI

CONSUMIDIRETTICONSUMIDIRETTI

RISPARMIO ENERGETICORISPARMIO ENERGETICO

IMPIEGO DI FONTI RINNOVABILIIMPIEGO DI FONTI RINNOVABILI

MIGLIORAMENTO DELL'EFFICIENZA ENERGETICA DEI PROCESSI PRODUTTIVI

MIGLIORAMENTO DELL'EFFICIENZA ENERGETICA DEI PROCESSI PRODUTTIVI

STRATEGIE DI RISPARMIO ENERGETICO

RIDUZIONE DEI CARICHIuso più razionale dell'energia disponibiletecnologie energeticamente più efficienti

RIDUZIONE DEGLI SPRECHImonitoraggio del funzionamento delle utenzemanutenzione di macchine e impiantirecupero energie di scarto

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SOLARE: energia termica ed elettrica

IDRAULICA: energia meccanica ed elettrica

EOLICA: energia meccanica ed elettrica

BIOMASSA: energia termica, elettrica, per autotrazione

GEOTERMICA: energia termica ed elettrica

IMPIEGO DI FONTI RINNOVABILI

MIGLIORAMENTO DELL'EFFICIENZA ENERGETICADEI PROCESSI PRODUTTIVI

RIDUZIONE DEI CONSUMI

RIDUZIONE DEGLI SPRECHI

REVISIONE CICLI PRODUTTIVI

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UTENZE AZIENDALI

• Meccanizzazione di campo carburanti

• Utenze a punto fisso

utenze a punto fisso riscontrabili in un centro aziendale suddivise per tipo di

energia richiesta, tipo di lavoro e cadenza di utilizzo.

giornaliere, settimanali,stagionali, casuali

Il rilievo dei consumi termici si ricava dalla quantità di combustibile

utilizzato (es. bolletta gasolio). Dai controlli periodici del livello del

combustibile nei serbatoi si ha la situazione aggiornata

dell’andamento dei consumi.

Per definire i consumi elettrici dell’azienda, la cosa più immediata da

fare è leggere con attenzione le bollettebollette di un anno (o più).

Dalle bollette è possibile ricavare informazioni su potenza, consumo

complessivo ed energia consumata.

Se per esempio l’azienda ha un contatore dedicato alla stalla e

in essa è presente un numero costante di animali nell’anno, dividendo

il numero di kWh consumati per il numero di animali e per 365 si

ottiene il consumo energetico per capo al giorno

Metodi di rilevamento dei consumi energetici diretti

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Consumi specifici medi di allevamento

Ogni qualvolta un’utenza elettrica entra in stato di “acceso”

inizia a verificarsi un consumo energetico.I parametri importanti per descrivere il comportamento di questoconsumo sono due: l’intensità e la durata.

L’intensità del consumo è legata direttamente alla potenzadell’utenza, e si esprime in W o kW, mentre per la durata del funzionamento di un apparecchio elettrico si utilizza l’ora (h)

Moltiplicando l’intensità dell’assorbimento per la durata si ottiene la misura dell’energia consumata dall’utenza durante il funzionamento (Wh o kWh).

Il rilievo diretto dei consumi elettrici

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Uno stesso consumo di 1,5 kWh si può ottenere con

una lampadina che assorbe 100 W in funzione per 15 h,

oppure con un motore che assorbe 0,75 kW in funzione

per 2 h (ad esempio una coclea) o ancora

con un motore che assorbe 3 kW in funzione per 0,5 h

• I consumi elettrici di una singola utenza possono essere

misurati e registrati tramite misuratori di potenza ed

energia, contatori dedicati, oppure con sistemi portatili

più complessi connessi ad una pinza amperometrica

(mono/trifase)

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sono grafici in cui in ascissa è riportato un periodo di tempo e in ordinata l’entitàdell’assorbimento di energia.Consentono di visualizzare in modo immediato l’andamento dei consumi energetici di una o più utenze nel tempo. La base temporale può essere oraria o giornaliera.

Curve di carico

L’andamento dei consumi si può rappresentare anche tramite grafici ad

istogramma che riportano i dati medi rilevati su base stagionale o annuale.

Questi grafici danno un’idea della variazione stagionale degli assorbimenti,

e sono tanto più importanti quanto più l’utenza è legata alla variazione

stagionale

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da M. Fiala, IIA-Milano

Utenze:

Mungitura Refrigerazione del

latte Lavaggio locali,

impianti e mammelle Governo Preparazione e

distribuzione alimenti

Curva annuale

Curva giornalieraALLEVAMENTO DI BOVINE DA LATTE

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Utenze:

Riscaldamento ambientale Raffrescamento

ambientale Preparazione e

distribuzione alimenti Governo

ALLEVAMENTODI SUINI

ALLEVAMENTI di SUINI da CARNE

0

25

50

75

100

G F M A M G L A S O N D

MESI

ENER

GIA

SPE

SA(v

alor

i ind

ice)

CaloreElettricità

ALLEVAMENTI di SCROFE

0

25

50

75

100

G F M A M G L A S O N D

MESI

ENER

GIA

SP

ESA

(val

ori in

dice

)

CaloreElettricità

da M. Fiala, IIA-Milano

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DIMENSIONAMENTO DELLA POTENZA

da M. Fiala, IIA-Milano

Riduzionepotenza dipicco

da M. Fiala, Ist.Ingegn.Agraria -Milano

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RISPARMIO ENERGETICO NEI PROCESSI AGRICOLI

Nell’azienda agricola esiste molto spazio per interventi finalizzati al risparmio energetico ed alla razionalizzazione dei consumi.

Tali interventi si trasformano sempre in benefici economici, oltre che ambientali, in quanto incidono direttamente sulla riduzione dei costi di produzione

Scelte tecnologiche che migliorano l'efficienza dei trattori

Motore (controllo elettronico, sovralimentazione, intercooler, ecc.); Trasmissioni (riduzione di attriti)

Pneumatici (radiali ad alta deformabilità con basse pressioni: fino al 20% risparmio carburante)

Manutenzione delle parti soggette a usura (motrici e operatrici)

Scelte operative in funzione del tipo di lavoro

lavori con elevati sforzi di trazione: zavorre, riempimento pneumatici con acqua, 4RM, ecc.

lavori con leggeri sforzi di trazione o con macchine portate: peso ridotto, gomme larghe o gemellari, bassa pressione

trasporto: alta pressione gonfiaggio, disconnettere le 4RM, giusto

accoppiamento macchina-trattore

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Lavorazioni del terreno:

Obiettivo generale: ridurre la compattazione dei suoli per motivazioni di carattere colturale, ambientale, energetico.La maggiore densità del suolo aumenta il consumo energetico: richiede più interventi meccanici, aumenta i consumi specifici.L'efficienza globale nell'uso dei carburanti varia da 2,5-10%, scendendo anche a 1% nel caso di più interventi

Tipo di lavorazione Fabbisogno energetico convenzionali 1300÷2200 MJ/ha lavorazioni minime 600÷1000 MJ/ha (-50%) lavorazioni a bande 350÷450 MJ/ha no tillage 300÷450 MJ/ha

Fertilizzazione

Carburanti e fertilizzanti costituiscono il maggior input energetico nelle produzioni vegetali (>70%)

Le strategie di risparmio riguardano soprattutto: giuste dosi di fertilizzanti riduzione delle perdite: localizzazione, tempo di intervento,

rotazioni

Diserbo e difesa

Implicazioni ambientali, economiche ed energetiche controllo delle infestanti (preventivo, meccanico, colturale e

biologico, chimico) controllo delle malattie

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Irrigazione

efficienza dei motori in rapporto ai consumi specifici (diesel, elettrici) efficienza del sistema di pompaggio (pompe aziendali centrifughe 50-80%) efficienza convogliamento acqua (50-98%) sistema di irrigazione (per gravità perdite fino all'80%, a goccia efficienza fino al 90%)

Raccolta

GPS, sistemi elettronici di controllo del lavoro (mappe e informazioni) tempestività (dimensionamento dei campi e delle macchine)

Trasporti

Nei PS il 50% del costo energetico del sistema alimentare èdovuto al trasporto, commercializzazione e preparazione familiare scelta dei mezzi (bassi consumi), tipo di guida, manutenzione carico del mezzo, pianificazione dei tragitti

Allevamenti animali

riduzione della trasmissione di calore strutture edilizieriduzione delle perdite attraverso la ventilazione sistemi di recupero del calore (es. latte)

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Impianti aziendali

dimensionamento dei motori in funzione dei fabbisogni effettivi

(si massimizzano le prestazioni)

migliore distribuzione dei carichi nel tempo

illuminazione (dimensionamento, tipo di lampade)

manutenzione, controllo, dimensionamento dei componenti,

conduzione appropriata (rifasamento motori elettrici)

recupero calori di scarto (essiccazione)

sistemi elettronici di controllo ambientale

Consumi elettrici

Trattamento liquami

2%Riscaldamento

acqua4%

Pompaggio acqua14%

Illuminazione totale5%

Ventilazione e nebulizzazione

24%

Spazzolatura animali

2%

Refrigerazione latte29%

Mungitura20%

Azienda bovine da latte - Arborea - 150 capi (50% in lattazione)

circa 50.000 kWh/anno

668 kWh/ anno vacca in lattazione - 6,7 kWh/100kg di latte prodotto.

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RISPARMIO ENERGETICO NELL'ILLUMINAZIONE

Lampade a incandescenzanormali (luce calda)alogene (luce bianca)

Lampade fluorescenti (uso continuativo)tubolari (al neon)compatte

LAMPADE A LED (Light Emitting Diode)

I LED, diodi a emissione di luce, si illuminano grazie al movimento di elettroni in un materiale semiconduttore

non si bruciano, non si surriscaldano e non utilizzano sostanze pericolose.

durata 25 anni

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• la potenza (Watt)• il flusso luminoso (Lumen), che esprime la quantità di energia

luminosa emessa dalla lampada nell’unità di tempo • l’efficienza luminosa (lumen/Watt), che indica la quantità di energia

luminosa prodotto da un’unità di elettrica assorbita • la tonalità della luce emessa, che viene espressa come

temperatura di colore (da 1500 a 9000 Gradi Kelvin). – lampade a tonalità calda che emettono luce tendente al giallo (bassa

temperatura di colore); – a tonalità neutra che emettono luce bianca; – a tonalità fredda che emettono luce tendente al blu (alta temperatura di

colore)• la durata (vita utile) che viene espresso in ore

CARATTERISTICHE DELLE LAMPADE

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Smaltimento– lampade fluorescenti: rifiuti speciali contengono piccole quantità di mercurio

– Lampade incandescenti ed alogene: rifiuti indifferenziati

La classificazione prevede 7 classi di efficienza, dalla A (altamente efficiente) alla G (poco efficiente). Mediamente le lampadine fluorescenti compatte entrano nelle classi A e B, le lampadine alogene nelle classi C e D e quelle ad incandescenza nelle classi E ed F. Alcune lampadine speciali e decorative entrano nella classe G.

ETICHETTA ENERGETICA

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Lampade in classe di efficienza energetica C (con indice efficienza energetica

tra il 60% e l’80%)01/09/2016

Innalzamento dei requisiti di qualità (limitazione nell’uso di sostanze inquinanti

quali mercurio)01/09/2013

Lampade ad incandescenza trasparenti con potenza superiore a 7 W01/09/2012

Lampade ad incandescenza trasparenti con potenza superiore a 45 W01/09/2011

Lampade ad incandescenza trasparenti con potenza superiore a 65 W01/09/2010

Lampade con bulbo diffondente (eccetto le lampade in classe A) e lampade ad

incandescenza trasparenti con potenza uguale o superiore a 80 W01/09/2009

Lampade di cui sarà vietata l’immissione sul mercatoData

Efficienza luminosa

(lumen/W)

Vita media (h)

Costo medio (€)

60.00 30.000 12-40

Tab. 2. Prestazioni e costi medi delle principali tipologie di lampade in commercio.

Incandescenti alogenePossiedono una miscela di gas alogeni (bromo o iodio) capaci di aumentare l’efficienzaluminosa e allungare la vita media del filamento.

Sono dei bulbi in vetro, sottovuoto internamente, in cui è presente un filamento di tungstenoche diventa incandescente al passaggio della corrente, emettendo luce. Sono quelle piùeconomiche, ma dissipano molta energia sotto forma di calore e sono dotate della minoreefficienza luminosa.

Incandescenti comuniLAMPADE AD INCANDESCENZA

TIPOLOGIE DI LAMPADE

1-2

22 2.000 5-8

12 1.000

Lampade tubolari dotate di alimentatori elettronici che diminuiscono i consumi edaumentano la vita media di funzionamento. Sono minimi i difetti di sfarfallamento e diannerimento di cui le lampade a fluorescenza normalmente soffrono.

100 12.000

LAMPADE A FLUORESCENZA O SCARICA IN GASFluorescenti tubolariUtilizzano vapori metallici di mercurio e un gas nobile (solitamente argon). Il mercurio,sottoposto a differenza di potenziale, è indotto ad emettere radiazione ultravioletta, cheinveste la parete interna del tubolare, trasformandosi in radiazione luminosa. Per funzionarenecessitano di un dispositivo (reattore elettronico) che limiti la corrente in entrata nellalampada, di norma contenuto nel sistema ottico che alloggia la lampada.

90 10.000 4-12

10-220

Fluorescenti a vapori di sodioLa scarica elettrica avviene in un gas composto da vapori di sodio. La lampada emette unatipica luce gialla. Possono essere a bassa (LPSL) o alta (HPSL) pressione, a seconda dellatonalità di luce che si desidera.

6-12

Fluorescenti compatteIn questo caso, oltre alle dimensioni ridotte e quindi alla praticità di installazione, il reattoreè incorporato nella lampada, la quale può quindi essere connessa direttamente alla rete a 220V. Consumano fino al 70% in meno rispetto ad una lampada ad incandescenza.

60 10.000 5-40

Fluorescenti ad alta frequenza

La lampada è costituita da LED (Light Emitting Diode), cioè da diodi che emettono luce,senza dissipare energia sottoforma di calore, per cui hanno un’efficienza luminosa notevole.Ogni lampada è formata da LED in numero variabile, accorpati in un unico corpo luminoso.Altri vantaggi della tecnologia a LED consistono in un bassissimo consumo ed impattoambientale (non sono composti da gas o elementi nocivi), oltre ad avere una vita medialunghissima.

LAMPADE A LED

80-250 30.000

60-90 50.000

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MIGLIORAMENTO EFFICIENZA ENERGETICA ILLUMINAZIONE

•Colore pareti

•Stato pulizia lampade

e portalampade

•Gestione spegnimento

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•l’adozione di sensori per l’accensione

automatica - crepuscolari, temporizzatori,

sensori di movimento - consente importanti

risparmi di energia

•questi dispositivi ne comandano l’accensione

a tempi prestabiliti, al tramonto, al passaggio

di persone, animali o oggetti, accendendole

solo quando effettivamente serve

SISTEMI PER IL CONTROLLO AUTOMATICO DELL’ILLUMINAZIONE

sensore incorporato nella lampada

LAMPIONI SOLARI

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SOLAR SPOTS E SOLAR PIPES

A) illuminazione di un cortile e di un cancello con 3 lampade a incandescenza

potenza lampade per cortile 100 Wefficienza 12 lumen/Wnumero luci 3potenza totale 3*100 = 300 Wluce prodotta 12 l/W *300 W =3.600 lumenorario di accensione medio 8 ore per nottefunzionamento per ciascun punto luce 8 h/g * 365 gg/anno = 2.920 ore/annoconsumo complessivo 2920 h *0,3 kW= 876 kWh/annocosto base dell'unità di energia 0,17 €/kWhcosto dell'energia 150 € /anno

ESEMPIO DI CALCOLO RISPARMIO ENERGETICO NELL’ILLUMINAZIONE

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A) illuminazione di un cortile e di un cancello con 3 lampade a incandescenza

Costi sostituzione lampade ad incandescenza normali

durata delle lampade normali 1.000 ore

costo delle lampade normali 1 €*3 Lampade = 3€

costo annuo sostituzione lampade: 2920 h/1000 h = 2,92 L/P

=2,92 * 3 € = 8,8 €/anno

B) sostituzione delle lampade normali con alogene

potenza lampade alogene 60 W

efficienza 22 lumen/W

numero luci 3

potenza totale 60 W * 3 =180 W

luce prodotta 22 l/W *180 W =3.960 lumen

orario di accensione medio 8 ore per notte

funzionamento per punto luce 2.920 ore/anno

consumo complessivo 2920 h/anno * 0,18 kW = 526 kWh/anno

costo base dell'unità di energia 0,17 €/kWh

costo dell'energia 90 €/anno

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B) sostituzione delle lampade normali con alogene

costi esercizio con le lampade ad incandescenza alogene

durata delle lampade alogene 2.000 h

costo totale delle lampade alogene 5 € * 3 = 15 €

costo annuo sostituzione lampade 2920 h /2000 h = 1,46 L/P

= 1,46* 15 € = 21,9 €/anno

bilancio energetico ed economico per le lampade alogene

risparmio energetico annuo 876-526 = 350 kWh/anno

risparmio economico per l'energia 149 - 90 = 59 €/anno

maggiore costo per sostituzioni 21,9-8,8 = 13,1 €/anno

risparmio economico complessivo 59-13,1 = 45,9 €/anno

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C) sostituzione delle lampade normali con fluorescenti tubolari

potenza lampade fluorescenti 18 W

efficienza 75 lumen/W

numero luci 3

potenza totale 18 W * 3 = 54 W

luce prodotta 75 l/W *54 W = 4.050 lumen

orario di accensione medio 8 ore per notte

funzionamento per punto luce 2.920 ore/anno

consumo complessivo 2920 h/anno * 0,054 kW = 158 kWh

kWh/anno

costo base dell'unità di energia 0,17 €/kWh

costo dell'energia 27 €/anno

B) sostituzione delle lampade normali con fluorescenti

costi esercizio con le lampade fluorescenti

durata delle lampade fluorescenti 10.000 h

costo totale delle lampade alogene 5 € * 3 = 15 €

costo annuo sostituzione lampade 2920 h /10000 h = 0,3 L/P

= 0,3* 15 € = 4,5 €/anno

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bilancio energetico ed economico per le lampade fluorescenti

risparmio energetico annuo 876-158 = 718 kWh/anno

risparmio economico per l'energia 149 - 27 = 122 €/anno

minore costo per sostituzioni 8,8 - 5,5 = 3,3 €/anno

risparmio economico complessivo 122-3,3 = 118,7 €/anno

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Descrizione della situazione di partenza:

Lampada alogena

potenza della luce del corridoio 80 W

tempo medio di accensione 5 ore/giorno

giorni all’anno di accensione 365 giorni/anno

ore di funzionamento annuo 1.830 ore/anno

consumo annuo 150 kWh all'anno

costo base dell'unità di energia 0,17 €/kWh

costo dell’energia per punto luce 25,50 €/anno

Introduzione di un sensore di movimento per il

comando dell’accensione di una lampada corridoio

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Nuova situazione con l’introduzione del sensore:

tempo medio di accensione 0,5 ore./giorno

giorni all’anno di accensione 365 giorni/anno

ore di funzionamento annuo 183 ore/anno

consumo annuo 15 kWh all'anno

costo base dell’unità di energia 0,17 €/kWh

costo dell'energia per punto luce 2,55 €/anno

Costo della nuova situazione:costo del sensore 50,00 €/punto lucecosto del lavoro (fatto da soli) 0 Liredurata sensore 10 annicosto sensore all'anno 5,00 €/anno

Altri risparmi indotti:prezzo lampada 5 €durata della lampada sit. normale 1,1 annidurata lampada con miglioramento 11,0 annicosto lampada sit. normale 5 €/1,1 = 4,5 €/annocosto lampada con miglioramento 5 €/11 = 0,45 €/anno

BILANCIOcosto globale sit. normale 25,5 + 4,5 = 29,0 €/annocosto globale sit. sensore 2,55 + 5,00 + 0,45 = 8,00 €/a

differenza 29,0 - 8,00 = 21,00 €/anno

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Produzione di energia da fonti

rinnovabili

FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE

Le energie rinnovabili rappresentano un'opzione energetica importante per la

loro inesauribilità, diffusione, potenziale sfruttabile e ridotto impatto

sull'ambiente

Caratteristiche FER:

DISPERSIONEDISPERSIONE: bassa densità di energia per unità di superficie

Ciò comporta dimensioni notevoli dei sistemi di conversione, notevole

impegno di territorio, costi tecnologici elevati, problemi di trasportabilità

(reti, batterie)

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DISPONIBILITADISPONIBILITA': ciclo diurno o stagionale, condizioni atmosferiche

limitano la produzione di energia utile.

In Italia un sistema di conversione solare può operare a piena potenza

per 1500 ore/anno ed uno eolico per 2000 ore/anno, contro le 6000

ore/anno di una centrale tradizionale

DISCONTINUITADISCONTINUITA‘ nella generazione che ne riduce l'affidabilità.

Necessario il ricorso a sistemi di accumulo per energia elettrica da fonti

solari ed eoliche (e. idraulica e' flessibile) o all'integrazione con fonti

convenzionali, aumentandone il costo.

Punti di forza del mondo rurale in rapporto alle opportunità

offerte dalle fonti rinnovabili:

disponibilità di ampie superfici in rapporto alla disponibilità diffusa delle

fonti rinnovabili;

ridotte (relativamente) esigenze energetiche combinabili con le basse

produzioni generalmente ottenibili dalle fonti rinnovabili;

coerenza tra la disponibilità di alcune fonti e le caratteristiche di molte

utenze agricole;

le stesse produzioni agricole e forestali forniscono dei prodotti e

sottoprodotti da cui si può ottenere energia;

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Esistono anche dei problemi specifici:

relativa rigidità di certe operazioni aziendali;

le tecnologie poco specifiche per il settore agricolo;

i costi degli interventi relativamente alti e poco competitivi nei

confronti delle energie tradizionali.