Utilizzare grandi aree dei bacini per tetti solari pieghevoli

I sistemi solari sono installati su edifici, fienili in agricoltura, su barriere antirumore sulle autostrade, sulle pareti delle dighe, persino in mezzo ai bacini. Andreas Hügli e Gian Andri Diem hanno pensato che anche le grandi superfici dei bacini d'acqua degli impianti di depurazione sarebbero adatti, soprattutto perché di solito sono costruiti un po' fuori mano e non sono molto sensibili al paesaggio. Non si sono lasciati fermare quando i gestori degli impianti di depurazione hanno dichiarato che l'accesso ai bacini deve continuare ad essere garantito durante i lavori di ristrutturazione o di funzionamento. Hügli e Diem hanno fondato l'azienda dhp technology AG nel 2015 e hanno iniziato a sviluppare ulteriormente un tetto pieghevole retrattile per l'uso dell'energia solare che fosse adatto a questi requisiti esigenti. Dopo due anni, il primo tetto solare pieghevole è stato realizzato sull'impianto di depurazione di Coira; nel frattempo, undici sistemi sono stati consegnati e 30 sistemi sono in fase di progettazione, cinque dei quali in Germania. Ma non è tutto, le aree di parcheggio sono anche molto adatte alla produzione solare. Un tetto solare pieghevole è stato installato sul parcheggio della ferrovia di montagna di Kronberg; alimenta la mobilità elettrica con elettricità rinnovabile e fornisce anche ombra ai conducenti nelle calde giornate estive.

Tetto solare pieghevole, un'innovazione svizzera

I componenti del sistema del tetto pieghevole solare sono assemblati dalla suddetta azienda nella propria produzione e messi insieme negli impianti di trattamento. Gli specialisti dell'azienda si occupano anche del funzionamento del tetto pieghevole solare e del controllo permanente tramite monitoraggio digitale e possono così garantire un funzionamento sicuro e ottimizzare costantemente la produzione di elettricità. Hügli e Diem sono convinti del loro prodotto; questo si riflette anche nel fatto che danno una garanzia di 25 anni sui moduli solari.

E cosa dicono i gestori degli impianti di depurazione?

 "Il sistema funziona senza problemi, il tetto solare pieghevole si ritrae e si estende quando deve, e copre 20% del nostro consumo di elettricità come previsto", Curdin Hedinger di ARA Chur ha già potuto riferire sul primo sistema pilota. Lo conferma anche il direttore operativo Markus Wendler di ARA Davos, perché in montagna si può produrre più energia solare che in pianura, soprattutto in inverno quando la richiesta di elettricità è alta: "Anche quando nevica, il tetto pieghevole rimane protetto grazie al meccanismo di retrazione controllato dalle intemperie e può quindi già fornire nuovamente energia con i primi raggi di sole". Gli operatori dell'impianto di trattamento delle acque reflue apprezzano particolarmente che nei giorni caldi, che stanno diventando sempre più frequenti, il personale è protetto dal calore sotto il tetto solare pieghevole e che il trattamento delle acque reflue migliora perché l'ombra riduce la crescita delle alghe nei chiarificatori secondari.

Esempio concreto ARA Bassersdorf

I responsabili del WWTP di Bassersdorf si sono fatti chiarire le possibilità dell'energia solare dallo specialista Simone Bützer dello studio di ingegneria Hunziker Betatech AG nel 2019. Le indagini hanno mostrato che 261.000 kWh/a di elettricità potrebbero essere generati con il tetto solare pieghevole sopra i bacini della biologia, preclarizzazione e chiarificazione secondaria, 61.000 kWh/a sui tetti dei vari edifici, alcuni dei quali sono piccoli, e 23.000 kWh/a sulla recinzione. Utilizzando tutte le superfici possibili, si ottiene una produzione totale di elettricità di 345.000 kWh/a, che corrisponde a 33% della domanda totale di elettricità del WWTP, compreso il considerevole consumo supplementare di elettricità per l'eliminazione dei microinquinanti (EMC). In una seconda fase, è stata fatta una preselezione basata su uno studio di fattibilità economica. Per un impianto fotovoltaico (PV) sul tetto più grande dei vari edifici, l'edificio delle operazioni, i costi primari (ipotesi: 25-30 anni, interesse 0-2%, inclusi i costi operativi e la considerazione del sussidio attuale) sono stati calcolati a 13-15 centesimi/kWh, e per il tetto solare ripiegato (senza chiarificatore primario) a 15-17 centesimi/kWh. Questo significa che circa tre quarti del potenziale solare totale possono essere utilizzati, 250.000 kWh/a di elettricità rinnovabile possono essere generati annualmente, e 23% della domanda totale di elettricità del WWTP può essere coperta (vedi figura 1 sotto).

Ciò che è stato interessante nei chiarimenti è che i costi primari sono già diminuiti negli ultimi quattro anni di circa 15% per il PV e anche di circa 40% per il tetto solare pieghevole. Questo perché nel primo studio del 2015 con una solida costruzione in acciaio sopra le piscine, i costi di ammortamento ammontavano ancora a 26-30 Rp./kWh. Si può supporre che questa tendenza alla diminuzione dei costi continuerà, anche se ad un ritmo più lento. Inoltre, un design ovest-est permette di bilanciare la produzione di elettricità solare e di aumentare la quota utilizzabile per il consumo proprio di elettricità dell'impianto di depurazione per mezzo di strumenti di previsione meteorologica.

Costi ed efficienza economica

La fattibilità economica dei sistemi solari dipende da un lato dai costi di investimento e di funzionamento. Nel caso del tetto solare pieghevole, le dimensioni del sistema e il sottosuolo giocano un ruolo importante nel garantire la statica sicura della costruzione in acciaio relativamente leggera. D'altra parte, il risparmio finanziario della produzione di elettricità dipende molto dalla quota utilizzabile per le proprie necessità di elettricità, dai prezzi per l'acquisto di elettricità o dalle tariffe di alimentazione, che spesso sono ancora basse oggi. Non basta guardare solo i prezzi dell'elettricità di oggi.

Bisogna tener conto del fatto che i prezzi dell'elettricità sono destinati ad aumentare nei prossimi 25-30 anni. E non dimenticare i vari sussidi disponibili (anche dal rispettivo cantone), www.pronovo.ch). Oltre agli aspetti finanziari, è importante considerare i benefici complessivi, perché il settore pubblico ha una funzione esemplare, il personale beneficia dell'ombra e della protezione dalle intemperie, e l'impianto di depurazione beneficia di una minore crescita delle alghe.

Potenziali in Svizzera

Compresa la domanda per l'eliminazione dei microinquinanti, gli impianti di trattamento delle acque reflue in Svizzera consumano circa 500 milioni di kWh di elettricità all'anno e sono tra i maggiori consumatori di elettricità municipali. Circa 20% di questo sono coperti dalla produzione propria di elettricità dell'impianto utilizzando impianti di cogenerazione (CHP) con gas di scarico. Questa quota può essere aumentata attraverso l'aumento operativo della quantità di gas di scarico e il miglioramento dell'efficienza delle unità di cogenerazione, e d'altra parte, attraverso misure di risparmio elettrico, l'acquisto di elettricità da fonti esterne, che deve essere pagato, può essere ridotto ulteriormente. Una prima proiezione approssimativa di InfraWatt ha mostrato che con il tetto solare pieghevole sopra i bacini e il fotovoltaico sui tetti degli edifici, gli impianti di trattamento delle acque reflue potrebbero generare altri 110 milioni di kWh/a di elettricità (vedi Figura 2). La sola implementazione del potenziale solare corrisponderebbe al consumo di elettricità di tutti gli edifici dell'amministrazione comunale in Svizzera e, ai futuri prezzi dell'elettricità di 20 centesimi/kWh, porterebbe agli impianti di trattamento un risparmio di 550 milioni di franchi svizzeri nei prossimi 25 anni. Questo varrebbe anche la pena di investire in misure energetiche.

Conclusione

Per gli impianti di trattamento delle acque reflue con una popolazione equivalente di più di 10.000-20.000 persone, vale la pena considerare l'opzione del tetto solare pieghevole. Un sistema fotovoltaico su o presso gli edifici paga anche per i piccoli impianti di trattamento delle acque reflue. Le tecnologie si sono dimostrate nella pratica e possono essere economicamente interessanti. Uno studio recentemente pubblicato dal cantone di Schaffhausen conclude (www.sh.ch) che le infrastrutture potrebbero essere sempre più utilizzate per l'energia solare, per cui i progetti concreti con il tetto solare pieghevole possono essere realizzati in modo rapido e conveniente, soprattutto nel caso di parcheggi e impianti di depurazione.

Autore

Ernst A. Müller, InfraWatt, Associazione per l'utilizzo di energia da acque reflue, rifiuti, calore residuo e acqua potabile.