[ISAC] Istituto di scienze dell'atmosfera e del clima

RIFERIMENTI

Claudia Roberta Calidonna (Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.) Pillar 1

Stefano Federico (Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.) Pillar 1

Adriana Bernardi (Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.) Pillar 2

Sito web dell’Istituto: www.isac.cnr.it

PRINCIPALI ATTIVITA’ NEL SETTORE ENERGIA

L’ISAC-CNR si occupa di tematiche relative alla produzione di energia da fonti rinnovabili (principalmente eolico, solare e geotermico - primo pillar) sotto diversi punti di vista e in diversi campi di applicazione (ambientale, nel costruito storico e non, nello sviluppo tecnologico, nella conservazione del patrimonio culturale, ecc. - secondo pillar).

Lo sviluppo di tali tematiche si colloca in diversi progetti di ricerca nazionali ed internazionali (vedi lista in calce). Le attività possono esser divise in due macro gruppi: attività modellistico/teoriche ed attività sperimentali/tecnologiche.

Le attività modellistico/teoriche riguardano diversi aspetti della produzione di energia da fonti rinnovabili:

  1. Previsione meteorologica a breve termine (2-3 giorni) finalizzata alla produzione di energia da fonti rinnovabili, nella fattispecie per i parametri meteorologici di principale interesse per l’eolico ed il solare. Oltre al miglioramento degli schemi di parametrizzazione dei processi fisici all’interno dei modelli meteorologici, sono studiate tecniche per il miglioramento della previsione: a) tecniche di post-processing statistico delle uscite dei modelli meteorologici, quali multi-model e Model Output Statistics; b) tecniche di assimilazione dati per la previsione a breve termine (1-12 h).
  2. Sviluppo di modelli fisici per la stima della produzione energetica da un parco eolico. In questi modelli si applicano tecniche come le Large Eddy Simulations che consentono di simulare alla microscala i campi di vento in vicinanza delle turbine eoliche in modo da considerare effetti di “ombra” all’interno del parco eolico. Sono, inoltre, elaborati modelli statistici per ottenere delle curve di produzione di un parco eolico o di un impianto solare/fotovoltaico a partire da dati di radiazione/vento misurati o ricostruiti da modello.
  3. Sviluppo di modelli predittivi relativi a flussi di vento ad altissima risoluzione spaziale in ambiente urbano. Questi modelli consentono di poter migliorare la predizione dell’energia prodotta da micro-eolico in ambiente urbano.
  4. Attività modellistico/teorica riguardante la radiazione solare. Presso l’ISAC sono in corso studi relativi alla caratterizzazione spettrale della radiazione solare incidente e all’impatto che hanno nubi ed aerosol sulla radiazione. Questi studi consentono una verifica approfondita dei modelli meteorologici sviluppati all’ ISAC e la messa a punto di nuove parametrizzazioni fisiche nei modelli. Vi è, inoltre, un’attività modellistico/teorica per la previsione a breve termine della radiazione solare con l’utilizzo di all-skycameras.
  5. Modelli di nowcasting della radiazione solare da misure satellitari. Queste tecniche utilizzano modelli di propagazione dei corpi nuvolosi per prevedere, a breve termine (6-12 h), l’irraggiamento nei siti di interesse.
  6. Sviluppo e utilizzo di nuovi modelli di support o gestione (es. BIMs - Building Information Models o DSS – Decision Support Systems, Energy plus, TRANSYS, …) dell’aspetto ambientale (indoor and outdoor), della riduzione della CO2 ambientale e del Life Cycle assessment dei materiali usati per la ristrutturazione di edifici (nuovi o esistenti, storici o non).
  7. Sviluppo di modelli per definire dei “building performance indicators” sia indoor che outdoor focalizzati sia nel microclima interno (comfort e conservazione dei materiali) sia l’influenza del climatic change. In particolare (aerogel, coating riflettenti, intonaci), sistemi per finestre, sistemi di illuminazione per il  risparmio energetico e il miglioramento delle condizioni ambientali indoor in edifici e distretti storici, nell’ambito del progetto EU FP7 EFFESUS “Energy Efficiency for EU Historic Districts’ Sustainability” () e "Climate for Culture". Sia materiali isolanti tradizionali e innovativi, nuovi prodotti self-cleaning con attivazione estesa al campo visibile e sistemi di illuminazione solare per il risparmio energetico e il miglioramento delle condizioni ambientali indoor in centri commerciali, nell’ambito del progetto EU FP7 EcoShopping “Energy efficient & Cost competitive retrofitting solutions for Shopping buildings” ().
  8. Energia geotermica a bassa entalpia associata a pompe di calore per riscaldamento e raffrescamento e ad altre fonti di energia rinnovabili (solare ed eolico) su edifici civili e storici, nell’ambito del progetto EU H2020 Cheap-GSHPs “Cheap and Efficient Application of reliable Ground Source Heat exchangers and Pumps” (, di prossima attivazione).
  9. I modelli di Life Cycle Assessment e Life Cycle Cost Assessment consentono infine di avere una visione completa dell’impatto che hanno le energie rinnovabili in un contesto che considera i diversi processi che entrano nel problema quali, ad esempio, il costo della creazione/smaltimento di un pannello solare o di una turbina eolica, o la creazione e l’utilizzo di nuovi materiali nell’edificazione e ristrutturazione del costruito sino al loro smaltimento.

L’unione delle tecniche di modellistica sopra elencate consente di ottenere stime di produzione di energia da fonti rinnovabili, eolica e solare, considerando vari livelli di dettaglio spazio-temporali. Dalla meteorologia a grande scala (giorni-settimane/1000-10000 km), a quella a scala locale (ore-giorni/10-1000 km), ai flussi all’interno di un parco eolico (minuti-ore-giorni/<1 km), ai complessi flussi in ambiente urbano (minuti-ore-giorni/<1km), alla rapida evoluzione dei corpi nuvolosi su una certa area (minuti-ore/ 1 -100 km).

Mentre le attività relative all’efficientamento energetico di edifici nuovi o esistenti, inclusi edifici storici o adibiti alla conservazione dei beni culturali, nonché distretti hanno lo scopo di sviluppare nuove tecnologie e soluzioni per ridurre i consumi di energia primaria e le emissioni di CO2 in atmosfera, migliorare il benessere umano, abbattere i costi di produzione e installazione nei piani di costruzione e ristrutturazione.

PROGETTI DI RICERCA ASSOCIATI AL SETTORE ENERGETICO

I progetti di ricerca/azioni, nazionali ed internazionali, riguardanti le attività specifiche nel settore energetico dell’ISAC sono i seguenti:

 

Progetto PON Sinergreen-ResNovae (http://www.ponrec.it/open-data/progetti/scheda-progetto?ProgettoID=5837)

L’ISAC fornisce le previsioni meteorologiche ad area limitata a 3 km di risoluzione orizzontale per il Sud-Italia. Queste previsioni sono utilizzate dall’ISAC per fornire una stima della produzione da eolico e solare per le successive 72 h in base alla potenza installata nelle città campione di Bari e Cosenza. Sono studiati i miglioramenti ottenibili alla previsione di radiazione solare incidente su superficie orizzontale e alla previsione di intensità del vento in superfice con tecniche MOS (Model Output Statistics) e multi-model.

Sono in corso di svolgimento le previsioni per il caso reale della produzione energetica da fonte solare per la città di Bari, considerando non solo la potenza installata ma quella realmente prodotta per alcuni distretti della città.

Azione COST ES1002 WIRE (http://www.wire1002.ch)

In questa azione COST, l’ISAC ha studiato i miglioramenti alle previsioni meteorologiche a breve termine, finalizzate alla produzione di energia eolica, con tecniche di assimilazione di dati di profilatori di vento. L’ISAC ha inoltre sviluppato un modello statistico per la produzione di energia eolica a partire dalle previsioni di un modello meteorologico. Questo modello è stato applicato, nell’ambito di un esercizio di benchmark internazionale. I risultati hanno mostrato come il modello ISAC sia competitivo con quelli presenti nel panorama internazionale.

 

EERA Joint Programme Wind Energy (http://www.eera-set.eu/index.php?index=23)

Nell’ambito della European Energy Research Alliance (EERA) per il Joint Program sulla Energia Eolica (JP-WIND) Il CNR è il coordinatore per l’Italia: in particolare l’ISAC è responsabile per il CNR.

Programma di ricerca di EERA JP WIND è strategicamente orientato verso le sfide scientifiche a seguito dell'attuazione del SET PLAN e la direttiva sulle energie rinnovabili nell'UE con l’obiettivo dell'integrazione su vasta scala e accelerazione della distribuzione di energia eolica offshore, comprese le grandi turbine eoliche offshore.

La visione per JP WIND è: fornire una leadership strategica tecnico-scientifico per la ricerca per il medio e lungo termine, sostenere l'iniziativa European Wind e le attività Technology Roadmap sull'energia eolica, e in base a questo avviare, coordinare ed eseguire le ricerche scientifiche necessarie.

 

Progetto IRPWIND A part of EERA Joint Programme on Wind Energy FP7 No. 609795  (http://www.irpwind.eu)

Lo scopo del progetto è l’integrazione dei progetti di ricerca e attività di supporto per favorire l’integrazione nell’ambito dell’energia eolica.

In questo progetto europeo, l’ISAC è responsabile dell’attività di mobilità tra ricercatori delle istituzioni partecipanti al progetto lo scopo è favorire lo scambio e integrazioni di attività di ricerca all’interno del progetto in una seconda fase estendibile a tutti i partecipanti EERA JP-WIND ed eventualmente anche alle industrie.

Lo scopo è:

•    garantire un'attuazione efficace dei Core Projects (CP) in IRPWIND e l'attività di ricerca all'interno di tutti gli EERA subprogram;

•    migliorare la collaborazione tra le organizzazioni di ricerca EERA per colmare le lacune nella settore dell'energia eolica all'interno dello spazio europeo della ricerca;

•    condurre azioni orientate a promuovere il concetto di mobilità dei ricercatori come brain gain e schemi efficaci per la mobilità.

Si sta procedendo con la prima call aperta al momento solo ai partecipanti il progetto.

Progetto PON03_0363 Infrastruttura di Alta tecnologia per il monitoraggio Integrato Climatico-Ambientale (I-AMICA, http://www.i-amica.it/i-amica/)

I‐AMICA si caratterizza per la realizzazione di una infrastruttura osservativa integrata climatico-ambientale per potenziare le Regioni della Convergenza di strutture ed apparecchiature utili ad innalzare gli standard operativi del sistema della ricerca pubblica e favorendo lo sviluppo di attività imprenditoriali.

Una delle attività applicative svolte dall’ISAC è rivolta al settore delle energie rinnovabili eolico e fotovoltaico.

In particolare l’integrazione da sviluppo modellistico e attività sperimentali osservative grazie all’installazione di strumentazione acquisita sul progetto stanno premettendo una interazione diretta con stakeholder locali PMI produttori e produttori/consumatori di energia fotovoltaica per l’ottimizzazione della produzione e la sua predicibilità.

 

Commessa di ricerca “Analisi della ventosità e delle caratteristiche della circolazione in siti di interesse per la generazione eolica nell’ambito del Progetto di Potenziamento strutturale Gelmincal “(PON03_003082 GelmnCAL–UNIRC)

http://www.ponrec.it/open-data/progetti/scheda-progetto?ProgettoID=5340

Le attività commissionate all’ISAC sono le seguenti:

•    Sviluppo di metodologie per valutazione del clima eolico delle regioni d’Italia, con enfasi sulle aree di interesse per il Progetto.

•    Sviluppo di metodologie per l’analisi dei climi eolici misti mediante l’incrocio di differenti parametri meteorologici.

•    Definizione delle caratteristiche delle velocità medie e della turbolenza atmosferica in diverse condizioni meteorologiche.

•    Valutazione della possibilità di raffinamento della esistente mappa dei venti estremi.

Progetto Green-Ports (AVVISO PUBBLICO per il finanziamento di progetti di ricerca industriale e sviluppo sperimentale rivolti alle aziende aggregate ai Poli di innovazione (Agende Strategiche - DDS 14225 del 14 ottobre 2010 e DDS 3329 del 5 marzo 2013)

L'obiettivo del progetto è definire un contesto pilota all'interno della Regione Calabria, quale ad esempio il Porto di Crotone e di Vibo Valentia, attuando un modello per la gestione integrata di energia da fonti rinnovabili (onde del mare, fotovoltaica e eolica) per l’autosostenibilità ed l'efficienza energetica in ambito portuale, valutando anche gli impatti che le aree portuali hanno sull’ambiente.

L’ISAC stima la potenzialità energetica eolica e solare sulla base della integrazione di osservazioni con output da modello.

INSPIRATION "INTEGRATED STRATEGIES FOR IMPROVING THE ENERGY PERFORMANCE OF HISTORIC BUILDINGS THROUGH RENOVATION"

EE3 – 2014: Energy strategies and solutions for deep renovation of historic buildings

 

E-CO ENVELOPE "ENERGY AND COST-EFFECTIVE  ENVELOPE MATERIALS FOR DIFFERENT  BUILDING TYPOLOGIES"

EeB 1 – 2014: Materials for building envelope

 

Progetti Europei FP7

ü  MESSIB” Multi-source Energy Storage System Integrated in Buildings”. Web site: www.messib.eu

ü  ECOSHOPPING “Energy efficient and Cost competitive retrofitting solutions for Shopping buildings”. Web site: ecoshopping.eu/

ü  EFFESUS"Energy Efficiency for EU Historic Districts", Web site: www.effesus.eu

ü  "Climate for Culture" Web site: www.climateforculture.eu

ü  CETIEB “Cost-Effective Tools for Better Indoor Environment in Retrofitted Energy Efficient Buildings . Web site: www.cetieb.eu

ü  EE-HIGHRISEEnergy efficient demo multiresidential highrise building”. Web site: www.ee-highrise.eu

A questo si aggiungono attività dal 2004 nell’ambito delle piattaforme Europee in particolare nella piattaforma ECTP/E2B e RHC.

INFRASTRUTTURE E STRUMENTAZIONE

L’ISAC nella sua organizzazione ha diverse basi osservative, laboratori mobili e strumentazione portatile.

Di notevole rilevanza sono gli osservatori I-AMICA equipaggiati tutti con: radiometri a diversa lunghezza d’onda per la caratterizzazione dello spettro di radiazione solare e per lo studio dell’impatto dell’aerosol sulla radiazione, piranometri, sunphotometer e stazioni meteorologiche di superficie.

Inoltre sono attive stazioni di ricezione di dati satellitari geostazionari e polari per la stima della radiazione in superficie e per il nowcasting della radiazione oltre a allskycameras per la previsione a brevissimo termine (minuti-ora) della radiazione.

Infine è presente strumentazione per il monitoraggio in campo finalizzato all’analisi della performance energetica e del miglioramento del comfort interno, inclusi sensori per il controllo del microclima, termocamera, ecc. ISAC ha un laboratorio presso lo spin-off RED srl per lo sviluppo di nuova sensoristica (hardware e software).

TEMATICHE/SETTORI DI INTERVENTO

Efficienza energetica

Produzione di energia da fonti rinnovabili

Energia e cambiamenti climatici

Energia e scienze umane