5.1) Modellizzazione di filiera impianto 500kWth provincia di Pisa 5) Simulazione filiera di gassificazione con reattore Downdraft in Toscana

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5)

Simulazione filiera di gassificazione con reattore Downdraft in Toscana 5.1) Modellizzazione di filiera impianto 500kWth provincia di Pisa

Si considera in questo primo caso studio la simulazione di un impianto di gassificazione per biomasse a filiera corta di taglia 500 kWth, considerando come

ingresso quattro tra le biomasse studiate: • pioppo da SRF,

• biomassa residuale da manutenzione forestale e del verde urbano, • residui delle coltivazioni della vite;

• residui delle coltivazioni dell'olivo.

Prima opzione per il sito di installazione degli impianti di gassificazione e combustione, comune di Uliveto Terme e frazioni di Campo, Paduletto e Caprona, provincia di Pisa, [W-17]

Seconda opzione (preferita) per il sito d'installazione degli impianti di gassificazione e combustione, zona industriale di Gello di Lavaiano (Pontedera), Provincia di Pisa, [W-17]

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La scelta del sito per l'impianto è fondamentale ai fini della sua realizzabilità e convenienza economica in ottica di filiera corta; per questo elaborato, si ammetta di considerare due possibili siti di installazione, in modo da sceglierne l'ottimale:

– area non urbana compresa tra il comune di Uliveto Terme e le frazioni di Campo, Paduletto e Caprona, vicina sia alla città di Pisa, che ad aree agricole e forestali (Monti Pisani, Parco di S.Rossore);

– zona industriale Gello (Gello di Lavaiano), posta in una frazione del comune di Pontedera, a circa 12,7 km dal primo possibile sito considerato, circa 26 km dalla città di Pisa e a solo 5 km dal Comune di Pontedera.

La scelta del sito verte sulla seconda zona considerata, in quanto:

• la frazione di Gello ha una posizione centrale nella provincia di Pisa, con ottima organizzazione della viabilità locale e possibilità di gestione flessibile del carico su gomma, potendo anche beneficiare dell'esistenza di un'area industriale in ampio sviluppo, con le opportune messe in opera civili e viarie; • il posizionamento dell'impianto in un'area industriale consente un più semplice

conseguimento dell'autorizzazione provinciale all'impianto;

• il sito presenta territorio pianeggiante e caratteristiche comuni alle numerose aree industriali di piccole-medie dimensioni presenti alla periferia di zone urbane, assicurando facile adattabilità del progetto ad aree diverse;

• la zona industriale di Gello (Pontedera) è stata preferita alla vicina area industriale-artigianale di Ponsacco, a causa del regolamento urbanistico di quest'ultimo Comune, volto a riqualificare la propria area industriale, caratterizzata anche dalla presenza di terziario e zone a carattere residenziale. In merito alla progettazione dell'impianto, dopo aver studiato le filiere reali presenti nella zona, occorre dimensionare sia il deposito di stoccaggio della biomassa, che lo stoccaggio minimo di sicurezza che permetta l'esercizio dell'impianto per almeno un mese senza ulteriore ingresso di biomassa dalla filiera o acquisto sul mercato.

In funzione delle dimensioni dell'impianto, della biomassa processata e del tipo di utilizzazione finale, occorre predisporre sia uno studio della rete di trasporti per la biomassa in ingresso all'impianto, che una opportuna fase di pre-trattamento. Si riporta la simulazione dell'impianto con mezzi software, in modo da ottenere flow sheet, bilanci di massa e di energia, in funzione del mix di biomasse considerato. In funzione della posizione geografica dell'impianto e del fabbisogno termico locale, è possibile predisporre una rete di teleriscaldamento, potendo usufruire di contributi regionali, in favore delle utenze già presenti nella zona industriale considerata, quali, un'azienda produttrice di pellet, alcune lavanderie industriali, una floricoltura specializzata e un'azienda di stampa materie plastiche e a favore dei più vicini centri ospedalieri e commerciali.

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5.2) Modellizzazione di filiera impianto 1000kWth provincia di Pisa

Ilsitosceltoperlaprogettazionedell'impiantodiconversione energetica è caratterizzato dauna presenza sufficiente ed un'elevata vocazionalità allosviluppo di aziende legate alle fasi di raccolta, trasporto e trasformazione della biomassa, così da consentire la modellizzazione di un bacino di approvvigionamento di dimensioni maggiori.

Si consideri la progettazione di un impianto da 1000 kWth per biomassa a filiera corta, scalato rispetto al precedente, che presenti come input un mix di sei tra le biomasse studiate:

• pioppo da SRF,

• residui delle coltivazioni dell'olivo; • sorgo;

• Arundo Donax (canna comune, ottenuta dalla pulizia di alveoli fluviali).

Rispetto all'impianto da 500kWth, si considerano anche due tipologie aggiuntive di

biomassa, sorgo e Arundo Donax, preferibili rispetto a miscanto etriticale,inquanto adattealterritorioealclimalocale,dipiùfacilegestioneecaratterizzatedaresesuperiori. In particolare, per quanto riguarda questi due tipi di biomasse, il sito d'impianto e la filiera presentano una distribuzione della viabilità principale e secondaria favorevole e con ampi margini di sviluppo, sia per la vicinanza alle città di Pisa e Pontedera,che per la disponibilità sul territorio provinciale di un accesso autostradale (A11), di strade provinciali (in particolare SP2, SP3 e SP 224) , della strada di grande comunicazione Firenze-Pisa-Livorno e della Strada Statale dell'Abetone SS12.

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5.3) Stagionalità della filiera e programmazione su medi periodi 5.3.1) Stagionalità della filiera nel caso studio impianto 500kWth

In merito alla costruzione della filiera per l'impianto di gassificazione da 500kWth si fa riferimento ad un mix di biomasse, quali:

• biomassa residuale da manutenzione forestale e del verde urbano; • pioppo da SRF;

• residui delle coltivazioni della vite; • residui delle coltivazioni dell'olivo;

per l'analisi della stagionalità dell'approvvigionamento si considera un anno tipo, comprensivo di quattro studi della durata di un trimestre ciascuno.

In ottica di filiera corta, il maggior quantitativo di biomassa proviene da attività di

manutenzione forestale in particolare del Parco di San Rossore e altre aree boschive,

quali i Monti Pisani, e riserve naturali, tra cui la riserva provinciale di Santa Luce:

Parco di Migliarino,

San Rossore, Massaciuccoli monti Pisani (Pi-Lu)Aree boschive dei Provincia di Pisa

Superficie boschiva 8869 15200 12377

Produttività media per ettaro, biomassa da

manutenzione forestale (tss/ha/anno) 2,4 t/ha/anno s.s. 2,4 t/ha/anno s.s. 2,4 t/ha/anno s.s.

Produttività media superficie boschiva 21286 t/anno s.s. 36480 29989 t/anno s.s.

Periodo attività di manutenzione ordinaria autunno-inverno autunno-inverno autunno-inverno

Tipologia di bosco Pinete

(pino domestico o marittimo)

Boschimistidi latifoglie

(igrofili o mesofili)

Vigneti, terrazzamenti di olivi, castagneti,

cedui di faggio e quercia, estese pinete

Boschi di cedui, pinete, castagneti, sugheri, querce P.C.I. medio 15,3 MJ/kgs.s. 18,5 MJ/kgs.s. 16,3 MJ/kgs.s. Contenuto di umidità (PSF) 35% 32% 33%

Distanza dall'impianto in progettazione 20 km 13 km Filiera 70 km

Personale addetto manutenzione boschiva Personale tecnico e di vigilanza Ente Parco

Ente riserva naturale personale di vigilanza

Personale enti parco, C.F.S.

Piani di Gestione Forestale Studio e Valutazione d'Incidenza

(SIC/ZPS), Nulla Osta del Parco e approvazione provinciale Piani Regione Toscana L.R.39/00, 2010 Disciplinati dall'Ufficio Provinciale (Pi)

A lato, è proposta una mappa approssimata del Parco di Migliarino, San Rossore, Massaciuccoli, dell'areaboschivadi Coltano e delle aree boschive dei Monti Pisani, comprese tra le province di Lucca e Pisa, che mostra la prossimità di aree boschive rilevanti al sito scelto per l'impianto. La superficie boschiva stimata per l'intera provincia di Pisa è pari a circa 12377 ha, territorio provinciale che presenta un raggio massimo dall'impianto progettato superiore ad 85km.

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Occorre anche considerare l'apporto di biomassa residuale ottenuta mediante le operazioni di potatura del verde urbano, in particolare per le città di Pisa e Pontedera, oltre che per i comuni vicini, dalle segherie e industrie di lavorazione del legno. Lamediaitalianadiareeverdiurbaneperresidenteèdicirca10m2_;_la_città_di_Pisa_presenta unvalore molto superiore, pari a circa 1514,4 m2_{per residente, seconda nel territorio} nazionale, con andamento di densità del verde urbano crescente (dati Istat 2010).

Le potature vengono effettuate al fine di mantenere la chioma integra, con portamento proprio della specie, e per motivi di difesa fitosanitaria; gli interventi ordinari ed in particolare quelli straordinari devono essere ridotti per motivi sia paesaggistici che economici, effettuando opportune scelte di impianto.

Il periodo di intervento per le manutenzioni ordinarie varia in funzione della specie:

• leccio: 1 Gennaio – 30 Aprile;

• specie decidue e sempreverdi (escluso il leccio):

1 Novembre – 30 Marzo; • palme: 1 Aprile – 31 Ottobre.

Sono effettuatiinterventi dicontenimento e potatura della vegetazione arbustiva e infestante rampicante, come rovi, vitalba, robinia e ailanto.

La manutenzione ordinaria in parchi e giardini di interesse storico nella città, quali il Giardino Scotto, tende alla conservazione o al ripristino delle caratteristiche originarie, con programmi di intervento concordati in collaborazione con i settori Lavori Pubblici e Edilizia Pubblica (L.L.P.P.) ed Urbanistica del Comune e con la Soprintendenza ai Beni Ambientali, Architettonici, Artistici e Storici (S.B.A.A.A.S.).

Perquantoriguardala difesa fitosanitaria, alcuni interventi di lotta antiparassitaria sono considerati operazioni di manutenzione ordinaria e normati a livello regionale e nazionale, in particolare con i decreti ministeriali:

• D.M. 22 novembre 1996: difesa obbligatoria del pino, in particolare marittimo, contro l'insetto fitomizio Matsococcus feytaudi;

• D.M. 27 marzo 1998: lotta obbligatoria contro la Processonaria del pino;

• D.M. 17 aprile 1998: difesa obbligatoria del platano contro il fungo parassita Ceratocystis

fimbriata, con autorizzazione dell'ARPAT.

Profili regolari potatura albericola -

Regolamento tutela verde urbano [W-16]

Risorse operative manutenzione verde urbano-[W-16]

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Frequenzaattivitàmanutentivedelleareeverdi–Comune di Pisa,Coop.T.U.A.(TerraUominieAmbiente)

Operazioni di manutenzione ordinaria 1°

TRIMESTRE TRIMESTRE2° TRIMESTRE3° TRIMESTRE4°

Pulizia area a verde gen. - mar. apr. - giu. lug. – set. ott. - dic.

Obiettivo Frequenza N° operazioni N° operazioni N° operazioni N° operazioni N° operazioni

Area 1 Pulizia elevata 2-3 settimana 116 24 32 36 24

Area 2 Pulizia buona 1 settimana 48 12 12 12 12

Area 3 Pulizia

sufficiente

2 mese 24 6 6 6 6

Sfalcio prati gen. - mar. apr. - giu. lug. – set. ott. - dic.

Area 1

livello h erba < 7 cm 20 tagli/anno 20 4 6 6 4

Area 2

Area 3

Raccolta foglie gen. - mar. apr. - giu. lug. – set. ott. - dic.

Area 1 Pulizia elevata 2 – 5 mese 10 4 0 0 6

Area 2 Pulizia buona 1 – 5 mese 5 2 0 0 3

Area 3 Pulizia

sufficiente 2 anno 3 1 0 0 2

Marcia

piede sufficientePulizia 3 anno 5 2 0 0 3

Potatura rami bassi o pericolanti si si si si

Potatura alberi basso fusto si si Solo luglio si

Raccolta pine domestiche si no no si

Spollonatura e pulizia colletto no si si no

Potatura cespugli, siepi e arbusti no si si no

Taglio erba marciapiedi e sfalcio cigli stradali no si si si

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In merito all'approvigionamento di pioppo da SRF, sono al momento presenti nella provincia di Pisa 20 ettari, per una produzione di circa 400t/anno e resa diversificata in funzione della tipologia di piantagione:

Turno t/ha

T1 69

T2 165

T3 197

Ilcostodi trasporto del pioppo varia in funzione del pre-trattamento (cippatura),della distanza dall'impianto e della tipologia di SRF, con costo mediodi12–18€/t per una

distanza compresatra30e60km (fonte CRA-Istituto di Sperimentazione per la Pioppicoltura).

AlcunevalutazionieconomicheriguardantilaproduzionedipioppoSRFnellaprovincia:

Produzione Pioppo SRF-Provincia di Pisa T2

(13,8 t/ha anno) (16,4 t/ha anno )T3

Costi tecnici (€/ha.anno) 216 100 209 97

Costi meccanici (€/ha.anno) 285 100 233 82

Costo totale (€/ha.anno) 501 100 442 88

Costo di produzione (€/t) 42 100 29 70

PLV (€/ha.anno) 924 100 1099 118

Reddito Lordo (€/ha.anno) 423 100 657 145

Il territorio vocato alla coltura della vite nella provincia di Pisa è pari a circa 4000 ha, rispetto ad una stima regionale di quasi 62000 ha destinati alla viticoltura, impiantati a bacca nera per circa l'86%. Il vitigno più diffuso nella provincia pisana è il sangiovese, seguitodallapresenzadi alcuni vitigni autoctoni (ciliegiolo, canaiolo, malvasianera,trebbianotoscano),conqualificazioni diDenominazionediOrigineControllataeGarantita

(ChiantiD.O.C.G.),di DenominazionediOrigine Controllata (Colli dell'Etruria Centrale D.O.C., nelle tipologie bianche e rosse, Bianco Pisano di San Torpè D.O.C., Montescudaio D.O.C.) o di Indicazione Geografica Tipica (vari vini di grande struttura, tra cui la Montecastelli I.G.T.).

Pioppo SRF

SRF di pioppo pisano (T1 = taglio annuale;

T2=taglio biennale; T3=taglio triennale)

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Lapotaturadellavite,operazione che permette di ottenere grandi quantità di biomassa residuale, può essere di vario tipo e venire effettuata nel periodo di riposo vegetativo (potatura legnosa) o nel periodo estivo (potatura verde), aspetto che consente di utilizzare questa filiera di approvvigionamento della biomassa in modo più diffuso nell'arcodell'annoenonacarattere stagionale, come avviene per la potatura dell'olivo. Le operazioni di potatura della vite possono distinguersi in:

• potatura di impianto-trapianto, predisponendo la messa in dimora;

• potatura di allevamento o formazione, per conferire alla pianta la forma voluta e predisporla all'entrata in regime di produzione;

• potatura di produzione, sul legno o sul verde, tenendo in considerazione gli organi della produzione, il carico di gemme, le caratteristiche delle diverse formediallevamento,lalegaturadeitralci,l'epocaeilgradodimeccanizzazione. Per quanto riguarda il territorio vocato alla coltivazione dell'olivo, il dato regionale supera 92000 ha, mentre nella provincia di Pisa sono destinati ad olivo 7400 ha, che producono 1000-2400 t/anno di olio, in funzione delle condizioni climatiche.

L'olio extravergine d'oliva prodotto nel territorio provinciale è un prodotto pregiato, cheinfunzionedellapeculiaritàdelterritorioassume riconoscimenti di Denominazione diOrigineProtetta(D.O.P.)pisanaodiIndicazioneGeograficaProtetta (I.G.P.) toscana.

Per quanto riguarda la coltivazione dell'olivo, esistono diverse tipologie di potatura: • potatura di impianto,effettuata nei primi annidopolamessa a dimoradefinitiva,

volta a determinarela forma della chioma (a vaso, a vaso policonico, conforma liberaoacespuglio,diffusaneinuoviimpianti) e il portamento dell'alberoadulto; • potatura di riforma, per cambiare l'aspetto della chioma, restituendo la forma

originaria ad una pianta abbandonata e in disordine vegetativo, o correggendo errori di potatura di impianto, con taglio e sostituzione di grandi parti della pianta con polloni vigorosi e selezionati in modo opportuno;

• potatura di ringiovamento, per aumentare la produttività di vecchi oliveti o alberidanneggiatidalgelo,comportailtagliodeltroncoallabasee l'allevamento di due o tre polloni, tra i più robusti di quelli spuntati dalla ceppaia;

• potaturadiproduzione,effettuatadopolafinedelperiodorigidoinvernale, poiché il clima freddo può ostacolare il processo di cicatrizzazione dei tagli sul legno, maprimadelperiodoprimaveriledigermoglio,accompagnatadaconcimazione.

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Comunimolto deditiallacoltivazionedivitieolivi, interessanti in ottica di filiera corta per gli impianti in modellazione,sono(riportatiinordinedidistanzadalsitocrescente):

Distanza dal sito [ km ] Superficie comunale agricola-forestale SAT [ ha ] Distanza dal sito [ km ] Superficie comunale agricola-forestale SAT [ ha ] Vicopisano 9 1346 Peccioli 31,6 9263 Pontedera 15,3 4603 C. Terme 31,6 3642 Fauglia 20 4244 Montopoli VA 31,7 2996 Lari 20,8 4513 Chianni 38,2 6209

Crespina 21 2697 San Miniato 39,4 9222

Lorenzana 23 1942 Palaia 39,7 7382

Altopascio 25,8 2870 Lajatico 40,9 7250

Capannoli 27 2271 Volterra 58,8 25285

Le percentuali della SAT relative alle coltivazioni di vite e olivo differiscono in funzione del Comune e della rispettiva SAU; in particolare, ad esempio, il Comune di Montopoli VA ha un territorio pari a 60,2 ha a vite e 214ha ad olivo.

Per quanto riguarda la provincia di Pisa, sono presenti (dato Istat) 3815,2 ha a vite

(6394 aziende), rispetto a 8868,8 ha ad olivo (9223 aziende, di cui 9080 da olio).

L'ottica di filiera corta nell'utilizzo di biomassa residuale dalle operazioni di potatura di viti e olivi ha effetti positivi anche per il settore delle attività agricole e dei trasporti a livello locale, apportando competitività aziendale e consentendo la salvaguardia e la valorizzazione del territorio rurale, evitando l'abbandono dei terreni agricoli e l'urbanizzazione delle periferie nell'attuale periodo di crisi economica.

Destinazione d'uso SAU (Superficie Agricola Utilizzata) per classi d'incidenza (valori %), Piano Locale Sviluppo Rurale (P.L.S.R.)-Provincia di Pisa (elaborazione su dati Istat, [W-10])

< 50% 50 – 60% 60 – 70% 70 – 80% 80 – 90% > 90% 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Destinazione d'uso SAU - Provincia di Pisa

Seminativi

Coltivazioni legnose agrarie Prati permanenti e pascoli

Classi d'incidenza SAU

P e rc e n tu a le p e r d e s tin a zi o n e d 'u s o

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A questo riguardo si colloca il “Piano Territoriale di Coordinamento-Variante per la disciplina del territorio rurale” della Provincia di Pisa (anno 2012), che propone azioni strategiche volte «all'incentivazione e al sostegno del lavoro agricolo e alla salvaguardia e alla valorizzazione del territorio rurale».

In particolare, le azioni previste sono volte a sostenere le innovazioni in campo agricolo, ad una ridefinizione della distribuzione, a valorizzare il risparmio energetico e l'economia sostenibile, aspetto che va a favore della scelta di utilizzare materiale residuale delle diffuse colture di vite e olivo per l'approvvigionamento in impianti di gassificazione e a ciclo ORC, a sostenere e finanziare prodotti agricoli di qualità e tipicideipaesaggi,qualilestessecoltivazioni di vite e olivo, e a difendere ilpaesaggio agrario, ripristinando aziende agricole pre-esistenti ed infrastrutture poderali.

Descrizione delle diverse filiere in merito all'impianto di gassificazione da 500kWth simulato Pioppo da SRF

biennale manutenzione forestale e delBiomassa residuale da

verde urbano Residui di coltivazione della vite Residui di coltivazione dell'olivo

Distanza media 22,3 km 25,2 km m.f. - 17 km v.u. 28,4 km 17 km

Distanza massima 29,3 km 30 km m.f.- 28 km v.u. 44,2 km (Volterra) 26,6 km (S.Miniato)

Superficie disponibile 20 ha esistenti +

possibili al

massimo 240ha(*) 12377ha m.f-13500ha v.u. 4000 ha 7400 ha

Produttività annua

media per ettaro 13,8 t/ha anno - 1608 t/anno da potatura2,4 t/ha/anno s.s. m.f.

(formula incremento corrente)

2,5 t/ha/anno 1,7 t/ha/anno

Produttività media

annua superficie 276 t/anno 29704,8 t/anno m.f.- 1608 t/anno v.u. 10000 t/anno 12580 t/anno

Periodo produzione

della biomassa Febbraio – Marzo Nonsingolestagionale,operazioni hannoanchese le

carattere stagionale

Febbraio – Marzo

Settembre – Ottobre Febbraio – Marzo

Personale addetto alla

produzione SRF sperimentali Aziende agricole General Service S.R.L. v.u.Aziende agricole m.f. Aziende agricole Aziende agricole

Piani di Gestione Regione Provincia e Comune Provincia e Comune Provincia e Comune

Costi tecnici medi

(€/ha.anno) 158 Global Service S.R.L. -v.u.134,2 €/ha m.f. applicabile in aziendaTecnica consolidata Tecnica consolidata livello aziendale

Costi meccanici medi

(€/ha.anno) 192,5 Global Service S.R.L. -v.u.188 €/ha m.f. Raccolta: 15 – 70 €/tImballatura: 50 €/t Sist.aziendali: 40 €/tRaccolta: 15–70 €/t

Costo totale medio

(€/ha.anno) 300,5 4.175.459,4 €/anno v.u.Pisa322,2 €/ha m.f. 46,25 €/t 41,25 €/t

Costo medio di

produzione (€/t) 71 assente 60 – 140 €/haCosti evitati: 60 – 140 €/haCosti evitati:

Costo medio di

trasporto veicolo massa tot.22,6 €/viaggio

pieno carico < 3,5 t

58,8 €/viaggio m.f. 39,5 €/viaggio v.u. p.c. < 7,5 t conto terzi

35,3 €/viaggio

veicolomassa pieno

carico (3,5 – 7,5) t

21,1 €/viaggio

veicolomassa pieno

carico (3,5 – 7,5) t (*) Ulteriori ettari possibili per coltivazione a pioppo, mediante Progetto Banca della Terra o acquisto da privati.

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La disponibilità annua di massima di biomasse di seconda generazione mostrata in tabella non è interamente sfruttabile; in merito ad una opportuna disponibilità parziale realistica, considerando un anno tipo suddiviso in quattro trimestri, si considera la stagionalità della filiera di approvvigionamento della biomassa al sito e il numero possibile di impianti da 500kWth che possono essere installati nella zona:

Filiere di approvvigionamento della

biomassa di seconda generazione _TRIMESTRE1° _TRIMESTRE2° _TRIMESTRE3° _TRIMESTRE4°

Disponibilità teorica massima

Biomassa residuale da manutenzione forestale e del verde urbano

9901,6 t.s.s. 321 t.s.s.

Stoccaggio in bosco

428 t.s.s. Stoccaggio in bosco535 t.s.s. 19803,2 t.s.s.321 t.s.s.

Pioppo da SRF 276 t.s.s. Da stoccaggio Da stoccaggio Da stoccaggio

Residui delle coltivazioni della vite:

– Potatura sul secco

– Potatura a verde

6000 t.s.s.

Assente AssenteAssente 4000 t.s.s.Assente AssenteAssente

Residui delle coltivazioni dell'olivo 12580 t.s.s. Assente Assente Assente

Disponibilità parziale realistica

(per aspettative alte di potenzialità e sfruttamento della filiera) Biomassa residuale da manutenzione forestale e del verde urbano

3643 t.s.s. 224,7 t.s.s.

Stoccaggio in bosco

299,6 t.s.s. Stoccaggio in bosco374,5 t.s.s. 224,7 t.s.s.7287 t.s.s.

Residui delle coltivazioni della vite:

– Potatura sul secco

– Potatura a verde 2580 t.s.s. Assente Assente Assente Assente 1720 t.s.s. Assente Assente

Considerando impianti in istallazione di taglia 500kWth e per un numero di ore di

funzionamento pari a 7500h/anno, occorrono per ogni impianto 100 kg/hs.s., pari a

750 ts.s./anno. La disponibilità parziale realistica delle biomasse in filiera è stata

stabilita, a partire dalla disponibilità teorica massima, considerando:

– Verde Urbano: efficienza totale di trasferimento agli impianti pari al 70%; – Biomassa Residuale da manutenzione forestale: perdita in massa del 20%

comprensiva di perdita alla raccolta e stoccaggio in bosco, ulteriore perdita di 50% dovuta ad altre destinazioni e perdita di un 8% nel trasporto;

– Pioppo da SRF: perdita del 5% alla raccolta e del 5% al trasporto;

– Potature di Vite e Olivo: perdita del 15% alla raccolta, perdita 45% altre destinazioni, perdita del 8% nel trasporto.

La stima di disponibilità parziale realistica riguarda un contesto di aspettativa di alta potenzialità della filiera e interesse da parte del settore agricolo; in questa prospettiva si potrebbero installare nell'area provinciale un massimo di 29 impianti da 500kWth. A causa del carattere stagionale non distribuito in modo omogeneo nell'arco dell'anno del mix di biomasse considerato, occorre predisporre uno stoccaggio con riserva per ogni impianto in progettazione, che consenta il funzionamento dell'impianto in assenza di approvvigionamento per la durata di un mese, posto in prossimità del sito.

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5.3.2) Stagionalità della filiera nel caso studio impianto 1000kWth

Perquantoriguardalafilieraperl'impiantodigassificazioneda1000kWth,studiataper

unannotiposuddivisoinquattrotrimestri,sifariferimentoadunmixdibiomasse, quali: • pioppo da SRF,

• residui delle coltivazioni dell'olivo; • sorgo;

• Arundo Donax (canna comune, ottenuta dalla pulizia di alveoli fluviali).

Inmerito alla filiera del sorgo, essa potrebbe rappresentare una potenzialità per il territorio toscano, in quanto è una coltura più rustica del mais, quindi si adatta con facilità a terreni di scarsa qualità e ad essere irrigato con acqua di qualità scadente, quale ad esempio acqua salmastra con irrigazione a goccia, consentendo la fertirrigazione ed elevati margini di risparmio. Il fabbisogno di azoto varia tra (100 – 150 unità/ha), inferiore a

quanto richiesto dalla coltura del mais (200–250 unità/ha).

Lacolturadelsorgoè caratterizzata da 20 piante/m2,con interfile

inferiori a quelle usate in analoghe coltivazioni già impiantate nel Nord Italia, a causa dei dati degli ultimi anni riguardanti le condizioni metereologiche e di umidità elevata del territorio della provincia di Pisa. Per tali motivi, sembra conveniente lo sviluppo in filiera corta di coltivazioni di sorgo da parte di aziende agricole pre-esistenti,riconvertendo attuali colture agricole a basso reddito, con prezzi del sorgo su mercato di (1,8 – 2,1) €/q e

costi di produzione facilmente sostenibili rispetto ad altre colture quali il mais, agevolati anche dai bassi costi d'irrigazione e la resistenza alla siccità.

Presso l'azienda agricola Lucagnano della provincia di Pisa ha effettuato uno studio tra alcune biomasse, quali mais, sorgo zuccherino, girasole e colza, che ha mostrato come il territorio abbia una vocazione pedo-climatica per la specie del sorgo.

Enti quali Regione e Provincia potrebbero erogare incentivazioni agli agricoltori locali per la produzione di sorgo volto all'utilizzo come biomassa per conversione energetica, sull'esempio di quanto viene attualmente fatto a Casei Gerola (Pavia) per l'alimentazione della centrale elettrica del luogo che entrerà in funzione nel 2016; in tal caso, gli accordi tra gestore della centrale e agricoltori locali prevedono:

- Accordi annuali, rinnovabili previo consenso delle parti: • 38 €/t per il prodotto prelevato con camion dal campo;

• 70 €/t per il prodotto pre-trattato, imballato e consegnato all'impianto;

- Accordi vincolati di durata triennale, vantaggiosi per il gestore d'impianto, in quanto garantiscono il funzionamento efficace della filiera di approvvigionamento:

• 41 €/t per il prodotto prelevato con camion dal campo;

• 73 €/t per il prodotto pre-trattato, imballato e consegnato all'impianto.

Sorghumvulgare,irrigazione

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L'Arundo Donax, come il sorgo zuccherino, è una pianta ritenuta interessante negli ultimi anni, in quanto utilizzata come biomassa per la produzione di biogas.

La canna comune è una pianta poliennale erbacea rizomatosa perenne, caratterizzata da una produttività elevata e costante per 10-15 anni, una grande adattabilità alle condizioni del terreno e al tasso di umidità, aspetto che ne giustifica l'impiego nel territorio toscano; essa presenta ridotte esigenze nutrizionali, inferiori al sorgo, un'elevata resistenza ad insetti e funghi, un carattere competitivo verso specie infestanti, consentendo di usufruire di terreni marginali. Mentre il sorgo è una pianta tipica delle alimentazioni povere e prende le distanze dal mercato

alimentare locale, la canna comune è una coltivazione tipicamente no-food.

Il periodo di raccolta è nella stagione vegetativa, tra metà giugno e fine settembre; la scelta dell'epoca di taglio influisce sulla resa, in quanto con l'avanzare dell'età della coltura la resa aumenta, da valori medi di 22 t/ha a luglio a circa 38 t/ha a settembre.

Il Centro Interdipartimentale di Ricerche Agro-Ambientali Enrico Avanzi

dell'Università di Pisa ha progettato, nell'ambito del progetto “Bio-energy Farm” un impianto di pellettizzazioneperbiomasse,tracui sorgo e canna comune, sottoponendo ad analisi il pellet prodotto per determinare la sua caratterizzazione chimico-fisica:

Pellet da biomassa (centro C.I.R.A.A.) Umidità biomassa Umidità pellet Δumidità dal campo PCI (kJ/kg) Volatili a 105°C (g/kg) Residuo secco (g/kg) Si (mg/kg) K (mg/kg) Ca (mg/kg) Cl (mg/kg) Canna comune (S.Piero a Grado-Pi) 11,7% 7,9% 31,8 16800 93,9 37,7 547 385 101 53 Sorgo (S.Piero a Grado-Pi) 10,6% 9% 14,8 17181 105,5 74,6 2380 1059 513 343 Pioppo + Sorgo 12,1% 10,9% 10,4 17250 117,2 35,9 467 286 194 29 Arundodonax,ricerche Land Lab-Istituto Scienze della Vita SSSA [W-44]

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Descrizione delle diverse filiere in merito all'impianto di gassificazione da 1000kWth simulato Pioppo da

SRF manutenzione forestale eBiomassa residuale da

del verde urbano

Residui di coltivazione della vite Residui di coltivazione dell'olivo

Sorgo Arundodonax(canna

comune)

Distanza media 22,3 km 25,2 km m.f. - 17 km v.u. 28,4 km 17 km 22,9 km 23,6 km

Distanza massima 29,3 km 30 km m.f.- 28 km v.u. 44,2 km 26,6 km 36,5 km 30 km

Superficie disponibile 20 ha 12377ham.f-13500ha v.u. 4000 ha 7400 ha Potenziali 200 ha

Produttività annua media per ettaro

13,8 t/ha/ anno 2,4 t/ha/anno s.s. m.f. - 1608 t/anno da potatura 2,5 t/ha/anno 1,7 t/ha/anno 3 – 6 t/ha/anno 30 t/ha/anno valore medio Produttività media

annua superficie 276 t/anno 29704,8 t/anno m.f.- 1608 t/anno v.u. 10000t/anno 12580t/anno t/anno900 t/anno6000

Periodo produzione della biomassa

Febbraio – Marzo

Non stagionale, ma le

varie operazionilosono

Feb – Mar Sett – Ott

Feb – Marzo Agosto

-Settembre

Giugno -Settembre Personale addetto alla

produzione

Aziendeagr.

SRF sper. _{General Service SRL v.u.}Aziende agricole m.f. Aziende_agricole Aziende_agricole Aziende_agricole Aziende_agricole

Piani di Gestione Regione Provincia e Comune Prov.-Com. Prov.-Com. Prov.-Com. Prov.-Com.

Costi tecnici

(€/ha.anno) 158 Global Service S.R.L. -v.u.134,2 €/ha m.f. consolidataTecnica consolidata Tecnica Variabilima bassi Variabili mabassi

Costi meccanici

(€/ha.anno) 192,5 Global Service S.R.L. -v.u188 €/ha m.f. 15 – 70 €/t+ 50 €/t 15–70 €/t+ 40 €/t 15-18 €/t previa cippatura8 – 10 €/t

Costo totale

(€/ha.anno) 300,5 4.175.459,4 €/anno v.u.Pisa322,2 €/ha m.f. 46,25 €/t 41,25 €/t 18–21 €/t < 14 €/tcippato

Costo di produzione

(€/t) 71 assente

Costi evitati:

60 – 140 €/ha 60 – 140 €/haCosti evitati: assente Pari al costo_totale

Costo medio di trasporto €/viaggio27,68 pc < 3,5 t 50,3 €/viaggio m.f. 35,6 €/viaggio v.u. p.c. < 7,5 t conto terzi 40 €/viaggio pc:(3,5–7,5) t 30,1 €/viaggio pc:(3,5–7,5) t 23,2 €/viaggio pc < 3,5 t 37,2 €/viaggio pc:(3,5–7,5) t

Considerandounannotiposuddivisoinquattrotrimestri, si considera la stagionalità della filiera di approvvigionamento della biomassa al sito (impianto 1000kWth):

Filiere di approvvigionamento della biomassa di seconda generazione

parziale realistica, di massima

(impianto 1000 kWth)

1°

TRIMESTRE TRIMESTRE2° TRIMESTRE3° TRIMESTRE4°

Biomassa residuale da manutenzione forestale e del verde urbano

3643 t.s.s. 224,7 t.s.s. Stoccaggio in bosco 299,6 t.s.s. Stoccaggio in bosco 374,5 t.s.s. 224,7 t.s.s.7287 t.s.s.

Residui delle coltivazioni della vite

2580 t.s.s.

Assente AssenteAssente 1720 t.s.s.Assente AssenteAssente

Sorgo Assente Assente 630 t Assente

Arundodonax Assente 700 t 3500 t Assente

Le ulteriori due biomasse considerate rispetto al mix scelto per l'impianto di minori dimensioni non presentano un carattere stagionale tale da consentire la distribuzione omogenea della biomassa in approvvigionamento all'impianto nel corso dell'anno, di conseguenza resta la necessità dell'impianto di stoccaggio con riserva.

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5.4) Progettazione reti di teleriscaldamento

Nei casi studio esaminati sono state considerati due impianti di gassificazione di diverse taglie, occorre di conseguenza dimensionare i rispettivi fabbisogni termici locali a cui ciascuna rete di teleriscaldamento possa soddisfare.

Le frazioni in prossimità dell'impianto presentano il seguente numero di abitanti:

• Frazione di Caprona: 543 abitanti; • Frazione di Paduletto: 18 abitanti; • Frazione di Campo: 1100 abitanti;

• Comune di Uliveto Terme: 1337 abitanti;

per una stima totale pari a circa 1234 utenze, considerando 2,43 componenti per famiglia (dato 2012 relativo ai Comuni della Provincia di Pisa).

Il calcolo del fabbisogno termico ci permette di soddisfare solo un numero parziale di utenze, sia per la potenza termica prevista in funzione delle attuali potenze installate, sui dati climatici della località e sulle volumetrie riscaldate, sia per la produzione di acqua calda sanitaria, che richiede un aumento del fabbisogno pari al 10%.

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Caratteristiche della rete di teleriscaldamento:

La rete è costituita da tubi in acciaio pre-isolati con schiuma poliuretanica e rivestimento in PEAD (normativa UNI EN 253), che presentano diametro decrescente in funzione del carico termico, con monitoraggio per rilevamento perdite e un sistema di regolazione gestito dalla sede centrale attraverso collegamento informatizzato. Le sottostazioni di utenza sono dotate di uno scambiatore di calore a piastre , che fornisce energia termica al circuito interno alle abitazioni, dotato di strumenti per la misura di portata e temperatura.

Per il dimensionamento della rete di riscaldamento, occorre considerare le perdite di calore che si hanno nelle tubazioni adibite al trasporto del fluido caldo, funzione del diametro del tubo, della temperatura del terreno e delle temperature di mandata e ritorno. Occorre anche considerare il coefficiente di contemporaneità, parametro che considera la non simultaneità degli utilizzi del servizio (posto pari a circa il 100%) e una potenza di riserva (5% circa), per l'eventuale allaccio futuro di nuove utenze. La verifica fluidodinamica della rete nella configurazione di saturazione dell'utenza è effettuata per le condizioni di esercizio invernali di punta, nel rispetto del massimo carico termico di dimensionamento e contenendo la pressione massima in rete entro valori compatibili con l'impiego di componenti in esecuzione PN25.

Parametri fondamentali e dimensionamento della rete di teleriscaldamento:

• Portata d'acqua erogata: P= potenza termica assorbita dall'utenza (kW); ΔT= salto termico tra mandata e ritorno (°C); cs= calore specifico acqua= 4,187 (kJ/kg°C);

Vs= volume specifico acqua= 1,035 (lt/kg).

• Rete ad unico collettore: Temperatura di mandata alle utenze = 95°C; Temperatura ritorno dalle utenze = 75°C.

• Velocità massima del fluido: 1,3 m/s → cadenze piezometriche < 10 m c.a./km;

• Perdite di carico lineari: i= perdita di carico lineare (m c.a.);

βr= parametro funzione coeff.scabrezza (s2/m);

Q= portata (mc/sec);

di= diametro interno tubazione acciaio (mm); C= 120 m0,33_/s-1_;

• Perdita di calore unitaria per coppia di tubazioni:

Φ = U(Tm – Tt) + U(Tr – Tt) (W/m)

Coeff.trasmissione = U = 1/(RTts + RTi + RTtg + RTt + RTs) (W/m°C)

Res.termica tubo di servizio = RTts = ln(d/di)/2πλts (m°C/W)

Res.termica scambio = Rts = ln[1+(2Zc/C)2]/4πλt (m°C/W), Zc=(Z+R0λt);

• Calcolo preliminare diametri tubazioni: P= mcpΔT (kW);

• Potenza termica massima: qmax ≈ (ti – te)max(ΣUjAjbj + ρcpnV/3600) (W);

• Energia globale di riscaldamento:Qu= 0,024( ΣUjAjbj+ρcpnV/3600)GG (kWh/anno);

• Pot.termica necessaria per riscaldamento: q= (Δteff)( ΣUjAjbj+ρcpnV/3600) (W);

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Dimensionamento della rete di teleriscaldamento:

Il dimensionamento della rete viene effettuato per le condizioni di esercizio invernali, in funzione delle seguenti ipotesi:

– capacità di trasporto del calore sulla rete tale da soddisfare il massimo carico termico allacciabile;

– contenimento della pressione massima in rete inferiore a 10 bar;

– contenimento delle perdite distribuite sul tracciato ad un valore inferiore a 100Pa/m, per limitare i costi di funzionamento del sistema di pompaggio;

– margine di sviluppo assicurato per future estensioni della rete;

– tipologia di rete scelta per la progettazione: rete a maglia, che presenta la conformazione semplice ad anello (con un tubo di mandata e uno di ritorno), ma permette anche di apportare successive modifiche, quali formazioni di anelli e connessioni intermedie per costituire maglie, con tracciato suddiviso in rete primaria e rete secondaria, che assicura allacciamenti alle singole utenze. Per quanto riguarda l'impianto da 500kWth si considerano come utenze allacciate:

• azienda produttrice di pellet; • lavanderie industriali;

• floricoltura specializzata;

• azienda di stampa materie plastiche;

con lunghezza del tracciato dorsale pari a circa 1000 metri lineari, nella zona a vocazione artigianale-industriale di installazione dell'impianto a biomassa.

L'impianto da 1000kWth presenta, oltre alle aziende considerate, allacciamento a

edifici nelle frazioni vicine che presentino carico termico annuo superiore a 50kWth,

quali edifici a carattere commerciale, sanitario o scolastico.

Carico termico (stimato su dati medi), comprensivi di carico termico di raffrescamento, riscaldamento e produzione di ACS:

– Riscaldamento Capannone impianto di conversione energetica della biomassa (comprendente stoccaggio e area di manovra): 58,5 MWh/anno;

– Azienda produttrice di pellet: 223 MWh/anno

– Due lavanderie industriali: 130 MWh/anno

150 MWh/anno

– Floricoltura specializzata: 285 MWh/anno

– Azienda di stampa materie plastiche: 256 MWh/anno

– Scuola dell'infanzia: 192 MWh/anno

– Centro Sportivo: 1980 MWh/anno

Potenza termica centrale cogenerativa: 500kWth → 3750 MWh/anno (7500 h/anno funzionamento)