Solar cooling nell'industria del vino. Progettazione di un impianto e valutazione dei reali risparmi elettrici ai fini di ridurre le emissioni di anidride carbonica

The refrigeration request represents the most important part among the electricity uses in the vinification's process. In the current global context electricity production is strongly connected to carbon dioxide emissions and it goes to contribute to the global warming and climatic changes problems. Regarding the winemaking industry these phenomena take both indirect economic effects linked to environmental policy and direct effects on the quality and type of cultivations. In this context the concept of solar winery is spreading, a system that can actively exploit solar energy to reduce the primary energy consumption from fossil source. However it is still not very common the use of an absorption chiller powered by solar collectors. This kind of solution could supplement the solar source with the combustion of waste biomass from the vineyard keeping a complete renewable supply, increasing the energetic self-sufficiency and improving the image of the product. The purpose of this work is to evaluate and quantify the real electricity savings using a similar system through the study of a pilot plant applied to a chilean vineyard, Miguel Torres. The design and the optimization of the plant are carried out with both technical-economical selection criteria and considering an easy integration with the existing plant. Solar field selection and cooling tower fan velocity control take a particular relevance in the study because they have a strong influence respectively on the solar fraction and the electric COP. Two types of collectors (plane and evacuated) and three types of fan control (fixed velocity, two step velocity and continue control) are evaluated. The performance estimations are obtained with Trnsys, one of the best simulation software for the renewable projects evaluation. The main results are the electric COP calculation and the reduction of carbon dioxide emissions. Furthermore, the number of solar collectors for unit of refrigeration capacity installed could be useful for a major scale project.

La domanda di refrigerazione rappresenta la voce di consumo maggiore tra i diversi utilizzi di energia elettrica nei processi di vinificazione. Nel contesto globale attuale la produzione di energia elettrica è fortemente legata alle emissioni di anidride carbonica e quindi va a contribuire alla diffusione del problema del riscaldamento globale e dei cambiamenti climatici. Per quanto riguarda l'industria del vino questi fenomeni oltre a portare tutti gli effetti economici indiretti collegati a politiche ambientali che sono comuni a tutti i settori produttivi, avrebbero effetti diretti sulla qualità e sulle tipologie di coltivazioni. In questo contesto si sta diffondendo il concetto di vigna solare intesa come un sistema produttivo capace di integrare attivamente l'utilizzo dell'energia solare nei differenti processi per ridurre il consumo di energia primaria proveniente da fonte fossile. Risulta tuttavia ancora poco analizzata la possibilità di ridurre i consumi di elettricità impiegando un impianto di solar cooling composto da un frigorifero ad assorbimento alimentato da collettori solari. Una applicazione del genere avrebbe il grande vantaggio di poter accoppiare la fonte solare all'utilizzo di biomassa di scarto proveniente dalla vigna stessa mantenendo così una matrice completamente rinnovabile, incrementando l'autosufficienza energetica e migliorando l'immagine dell'azienda e del prodotto. Lo scopo del presente lavoro è quello di valutare e quantificare i reali risparmi energetici raggiungibili tramite l'introduzione di un simile sistema e per far ciò si studia l'applicazione di un sistema pilota in una realtà specifica, ovvero la vigna Miguel Torres in Cile. I criteri di scelta adottati quindi non sono solo di tipo energetico ma considerano anche la compatibilità e la facilità di integrazione al sistema esistente. La prima decisione presa riguarda la tipologia di macchina frigorifera, incontrando la più adatta in un chiller ad assorbimento con fluido di lavoro acqua e bromuro di litio, intorno alla quale viene costruito l'intero circuito contenente campo solare, accumulo termico, caldaia a biomassa e torre evaporativa. Particolare importanza all'interno dello studio assumono la scelta del campo solare e le modalità di controllo della ventola della torre evaporativa: la prima va a determinare la frazione solare del sistema mentre la seconda ha un peso importante nel calcolo dei consumi e del COP elettrico. La valutazione delle prestazioni dell'impianto è ottenuta tramite il software di simulazione Trnsys, uno dei programmi più utilizzati nei progetti energetici di stampo solare. I risultati così ottenuti permettono di confrontare le diverse configurazioni possibili ed effettuare le scelte più importanti, tra cui: tipologia del collettore, numero di collettori da installare, angolo di inclinazione ottimo e logica di controllo della torre. Principale risultato dello studio a valle di tutte le decisioni prese è quindi il calcolo del COP elettrico dell'impianto e della riduzione di emissione di anidride carbonica per quantità di energia frigorifera prodotta. Inoltre il numero di collettori impiegati riferito alla potenza frigorifera installata può essere preso in considerazione per eventuali progetti in scala maggiore. Lo studio porta alla scelta di collettori piani in un rapporto di 6.8 m2/kWfreddo per il raggiungimento di una frazione solare del 50%. La regolazione della torre migliore è quella a due velocità, la quale porta ad un COP elettrico di 13.6 ed una riduzione del 78% dei consumi elettrici e delle emissioni di anidride carbonica rispetto alla configurazione attuale. Dal punto di vista economico tuttavia un sistema di questa taglia non sembra essere competitivo.