Biomass district heating. Analysis of energy, environmental and economic effects on the local context

The present thesis aims to investigate and deepen the energy conversion of virgin wooden biomass (wood chips) into district heating plants, with the aim of evaluating in detail the use of biomass as primary energy source. This practise could be considered as an occasion to encourage the creation of forestry-energy supply chains that use forest by-products as an alternative to traditional fossil fuels and which would also lead to localization of the energy production on the territory with the creation of flexible and less impactful alternatives. This alternative has a territorial effect in terms of greater attention to the territory, better use of waste materials, new jobs, make revenues from the sale of energy produced and incentives reserved for production plants powered by renewable sources and finally it leads to reduce energy dependency from abroad. The idea is to present an overall analysis based on different performance indexes referred to existing district heating systems, mainly located in the northern Italy, fuelled by wooden biomass. The main objectives are the assessment of the energy performance of a biomass plant, in some cases coupled with electricity generation, under real operating conditions and the identification of its potential improvements, considering all the systems involved in the district heating. The most important characteristics, conditions and technical features of these systems have been analysed in this thesis. Another goal is to evaluate the possible evolution of this kind of systems, giving also some guidelines for the feasibility of similar new systems. The availability of an adequate set of indexes, that can efficaciously be used to evaluate the performance of different types of biomass district heating systems, became therefore a key aspect to assess the effectiveness of these systems. These parameters are the basis to identify the challenges to reach a future renewable non-fossil heat supply as part of the implementation of an overall sustainable energy system, according to the assumption that district heating has an important role to play in future sustainable energy systems.

Il presente elaborato ha come obiettivo l’investigazione e l’approfondimento della conversione energetica delle biomasse legnose vergini (cippato di legno) in impianti di teleriscaldamento, con lo scopo di valutare in dettaglio l’utilizzo delle biomasse come fonti di energia primaria. Questa pratica potrebbe essere un’occasione per incentivare la creazione di filiere boschive-energetiche che utilizzano i sottoprodotti boschivi come alternativa ai tradizionali combustibili di origine fossile e che porterebbero inoltre a localizzare produzioni energetiche sul territorio con creazione di alternative flessibili e meno impattanti. Tutto ciò ha come effetto una ricaduta territoriale in termini di maggior attenzione al territorio, miglior utilizzo dei materiali di scarto, nuovi posti di lavoro, realizzazione di introiti derivanti dalla vendita dell’energia prodotta e dagli incentivi riservati agli impianti produttivi alimentati da fonti rinnovabili e infine porta alla riduzione della dipendenza energetica dall’estero. Lo scopo di questo lavoro, è presentare un'analisi complessiva fondata su diversi indici di prestazione riferiti ai sistemi di teleriscaldamento esistenti, situati principalmente nell'Italia settentrionale, alimentati da biomassa legnosa. Gli obiettivi principali sono la valutazione delle prestazioni di un impianto a biomassa , in alcuni casi accoppiato alla produzione di elettricità, in condizioni operative reali e l'identificazione dei suoi potenziali miglioramenti, il tutto considerando il sistema teleriscaldamento nella sua interezza. La disponibilità di un insieme adeguato di indicatori che possano essere efficacemente utilizzati per valutare le prestazioni dei differenti sistemi di teleriscaldamento a biomassa, diventa quindi un aspetto fondamentale per valutare l'efficacia di questi sistemi. L’obiettivo ultimo è quello di identificare le sfide da affrontare per il raggiungimento di un futuro approvvigionamento di calore rinnovabile come parte dell'implementazione di un sistema energetico sostenibile, convinti dell’idea che il teleriscaldamento avrà un ruolo importante da svolgere nei futuri sistemi energetici sostenibili.