Raccolta di Tecnologie e competenze ENEA
Sottostazione di scambio termico bidirezionale per l'integrazione di utenti prosumer in reti di teleriscaldamento
Il prototipo di sottostazione di scambio termico bidirezionale rappresenta una tecnologia in grado di integrare prosumer termici all'interno di reti di teleriscaldamento. Il dispositivo è progettato per ottimizzare l'impiego del calore generato localmente, ad esempio da fonte rinnovabile o attraverso il recupero di calore di scarto, privilegiando la copertura della domanda dell'utente. In caso di produzione locale assente o insufficiente, la rete opera come fonte convenzionale. In caso di eccedenza di energia rispetto alla domanda, la sottostazione può immettere il surplus in rete.
Prototipo della sottostazione, vista frotale
Settori applicativi
Problema da risolvere
Il teleriscaldamento rappresenta una tecnologia strategica per il raggiungimento degli obiettivi di efficienza energetica, sostenibilità e utilizzo delle fonti rinnovabili. Le reti di nuova generazione si stanno muovendo verso temperature operative inferiori rispetto alle tradizionali, con la possibilità di incrementare la quota di calore distribuito integrandosi con altri sistemi energetici. Veicolare l'energia prodotta in eccesso da rinnovabili non programmabili o recuperata come calore di scarto permette di diminuire la domanda complessiva di energia primaria. Inoltre, gli interventi di riqualificazione degli edifici, oltre a ridurre notevolmente il fabbisogno, consentono di diminuire le temperature operative degli impianti.
Descrizione
Il prototipo di sottostazione di scambio termico bidirezionale per teleriscaldamento è un assemblato in grado di scambiare calore sia con la rete di teleriscaldamento (scambio convenzionale) sia con un sistema di generazione distribuita, costituito – ad esempio – da impianti a fonti rinnovabili, sistemi efficienti di produzione combinata di energia elettrica e calore, o flussi termici derivanti da calore di scarto. La sottostazione consente di utilizzare prioritariamente l'energia prodotta localmente per soddisfare la domanda dell'utenza, di immettere in rete il surplus quando la produzione supera i consumi e, in assenza di generazione locale, di prelevare calore dalla rete. In questo modo l'utente può operare come prosumer, fungendo sia da consumatore sia da fornitore di energia termica. Il prototipo è equipaggiato con sensori per monitorare e registrare i flussi energetici, oltre a diversi attuatori per il controllo delle grandezze di funzionamento e il rispetto dei settaggi. Il sistema di monitoraggio acquisisce e registra tutti i segnali prodotti dai sensori (temperatura, portata, pressione) e dai componenti regolabili della sottostazione. Le logiche di controllo si basano essenzialmente sulla regolazione di temperature e portate nei vari circuiti della sottostazione mediante l'utilizzo delle valvole motorizzate e del circolatore (o pompa). Sono state condotte diverse campagne sperimentali per verificare il corretto funzionamento della sottostazione e caratterizzarne le prestazioni in condizioni stazionarie e dinamiche, nonché con profili realistici di carico e generazione locale, utilizzando reti sia a regime standard sia a bassa temperatura (attraverso hardware-in-the-loop e giorni rappresentativi). Sono state inoltre definite e validate strategie per aumentare l'autoconsumo di energia rinnovabile e sperimentata una nuova configurazione di sottostazione orientata alla conversione di utenti di reti esistenti in prosumer termici.
Aspetti innovativi e vantaggi
- 1. Sostegno al teleriscaldamento efficiente: questa tecnologia consente di integrare quote crescenti di calore da fonti rinnovabili o scarti termici, riducendo la dipendenza dalle fonti convenzionali.
- 2. Efficienza energetica: abbassando le temperature operative della rete e integrando prosumer, aumenta l'efficienza complessiva e si riduce il consumo di combustibile.
- 3. Riduzione perdite e costi: minori perdite lungo la rete, uso di materiali e componenti meno costosi e riduzione delle esigenze manutentive.
- 4. Flessibilità e retrofit: può essere applicata anche a reti esistenti, trasformando utenze passive in prosumer senza interventi strutturali complessi.
- 5. Integrazione in impianti ibridi: il collegamento a reti di teleriscaldamento consente l'applicazione di un controllo power-to-heat ottimizzato ai sistemi pompa di calore-fotovoltaico.
Maturità tecnologica 4-5
Punti di forza
- Costo
- Rilevanza sociale/economica
- Contenuto normativo/regolatore
- Efficienza/rendimento/prestazioni
Possibili applicazioni
- 1. Integrazione di fonti rinnovabili e calore di scarto: permette di immettere nella rete di teleriscaldamento energia termica prodotta localmente da FER non programmabili o recupero di calore, contribuendo alla decarbonizzazione del sistema.
- 2. Applicazione in reti nuove o retrofit di reti esistenti: la tecnologia è installabile sia in nuovi sistemi di teleriscaldamento sia in reti esistenti, favorendo l'evoluzione verso modelli energetici decentralizzati.
- 3. Ottimizzazione dell'autoconsumo energetico: gestisce in modo intelligente la priorità tra produzione locale, consumo dell’utenza e scambio con la rete, aumentando l’autoconsumo e riducendo il fabbisogno di energia primaria.
- 4. Supporto per pianificazione e analisi di scenario: grazie ai modelli numerici, è possibile realizzare analisi previsionali su produzione, autoconsumo e scambio termico, a supporto dei gestori e nell'ottica di comunità energetiche termiche.
- 5. Applicazione della tecnologia a soluzioni ibride per migliorare la condivisione del fonti rinnovabili elettriche utilizzando anche il vettore termico (si veda Sistema sperimentale S.A.P.I.EN.T.E., scheda 8593).
Gruppo di ricerca coinvolto
Data di aggiornamento
22-05-2026
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