Orario Lunedì ore Mercoledì ore Giovedì ore Aula B15 Nuova Didattica Comparto 9

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1 Macchine (Ambiente e Territorio) prof. Stefano Cordiner Dipartimento di Ingegneria Meccanica telefono ( ) cordiner@uniroma2.it Orario Lunedì ore Mercoledì ore Giovedì ore Aula B15 Nuova Didattica Comparto 9 Comunicazioni ufficiali, materiale distribuito e calendario esami su:

2 Organizzazione del Corso 2

3 Organizzazione del corso Lezioni in aula Teoria e applicazioni Esercitazioni In orario da definire Esercizi in classe Relazioni su temi selezionati da presentare in gruppo Prova in Itinere Lunedi 30 aprile giovedì 28 giugno Modalità di Esame: Orale cui si può accedere direttamente con una votazione media di 20/30 nelle due prove intermedie e con votazione minima di 18/30 o mediante Prova scritta di recupero con esercizi applicativi 3

4 Obiettivi del corso Richiamare gli aspetti fondamentali del problema energetico nella società industriale con particolare riferimento agli aspetti ambientali. Fornire i fondamenti dei processi utilizzati per la conversione dell energia delle fonti naturali in energia facilmente utilizzabile Descrivere in dettaglio i principi di funzionamento degli impianti di conversione dell energia ed i metodi per ottimizzarne il funzionamento Descrivere i processi di scambio energetico che hanno luogo nelle macchine a fluido 4

5 Parte 1 DEFINIZIONE DEL CONTESTO 5

6 Contesto Documenti di riferimento 6

7 Fabbisogni 7

8 World primary energy consumption 8 Source: BP Statistical Review of World Energy 2011

9 11 Gtep usi totali Gboe 460 EJ (460 x J) 30 Mtep/giorno (valore medio) 206 Mboe/giorno (valore medio) Potenza media impegnata = 20 TW 6.6 miliardi di persone 69,7 GJ/persona anno = 1,6 tep/persona anno = 11,4 boe/person year Potenza procapite = 3 kw/person 1TEP= 41,85 GJ; 1 bbl = 0,146 TEP Consumi annuali di energia 9

10 Energy equivalents 10

11 Grandezze di riferimento 11

12 Motivazioni: Consumi di energia primaria in Italia Per energia elettrica Fonte: Terna 12

13 Fabbisogno energetico Source: I. Gyuk Stanford

14 Il fabbisogno energetico Da: Terna 14

15 Come viene soddisfatto il fabbisogno energetico Fonte: Terna 15

16 Come viene soddisfatto il fabbisogno energetico 16

17 Potenza efficiente degli impianti elettrici di generazione: evoluzione 17

18 fabbisogno energetico ed indicatori socio economici

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20 20

21 fabbisogno energetico ed indicatori socio economici 21

22 Il ruolo del trasporto Una parte importante dei consumi energetici mondiali è destinata al trasporto; In EU il 25% del fabbisogno energetico complessivo è dedicato al trasporto In ITALIA nel 2001: consumi energetici totali Mtep (di cui 90.7 Mtep petrolio) e Mtep destinati al Traffico (fonte: Esso) 22

23 Il ruolo del trasporto Consumo mondiale di petrolio (fonte:iea) MTep Total Transport 23

24 Cars per 1,000 Inhabitants in Selected Countries 24

25 25

26 DISPONIBILITÀ DELLE RISORSE 26

27 Distribuzione dei Consumi 27

28 Consumi di petrolio pro capite 28

29 Riserve di petrolio accertate 29

30 Natural gas consumption per capita 30

31 Proved natural gas reserves at end

32 Fossil fuel reserves to production (R/P) ratios

33 Caratteristica della domanda 33

34 Curva di durata del carico

35 Caratteristiche della domanda (3 mercoledì del mese anno 2010) 35

36 Caratteristiche della produzione 36

37 Rinnovabile e non rinnovabile geotermoelettr ici; 695,1 eolici e fotovoltaici ; 6.021,50 idroelettrici ; ,70 termoelettrici ; ,80 37

38 Potenza oraria relativa al consumo interno lordo di energia elettrica in Italia nel 3 mercoledì del mese di dicembre 2010

39 Evoluzione attuale 39

40 Potenza efficiente lorda degli impianti da fonti rinnovabili

41 41

42 Energia Idroelettrica disponibilità 42

43 Bilancio energetico italiano anno 2010 Nel 2010 la richiesta di energia elettrica sulla rete in Italia è risultata pari a 330,5 TWh, circa il 3% in più rispetto all anno precedente. Fonte GSE 43

44 Bilancio energetico nazionale 2011 TWh (tra parentesi dati 2010) 44

45 Energy Balance Italy 2010 Sources Production Demand 45

46 Opportunità: la liberalizzazione del mercato elettrico La riforma del sistema elettrico nazionale, è stata realizzata sulla base dei seguenti principi: liberalizzazione delle attività di produzione, importazione, esportazione, acquisto e vendita di energia elettrica, a decorrere dal 1 aprile 1999; riserva allo Stato dell attività di gestione, trasmissione e dispacciamento, della Rete di Trasmissione Nazionale (comunemente abbreviata RTN) e l affidamento della stessa in regime di concessione; regolamentazione dell attività di distribuzione dell energia elettrica, con l affidamento della stessa in regime di concessione; mantenimento della proprietà delle infrastrutture elettriche costituenti la RTN in capo ai soggetti che ne erano a quel momento proprietari con l obbligo di questi ultimi di costituire una o più società di capitali alle quali trasferire i beni e i rapporti, le attività e le passività, relativi alla trasmissione di energia elettrica. 46

47 Liberalizzazione del mercato: Attività libere Produzione Le attività di produzione, importazione, esportazione, stoccaggio non in sotterraneo anche di oli minerali, acquisto e vendita di energia ai clienti idonei, nonché di trasformazione delle materie fonti di energia sono libere su tutto il territorio nazionale, nel rispetto degli obblighi di servizio pubblico derivanti dalla normativa comunitaria e dalla legislazione vigente (art. 1, c. 2, L. n. 239/2004). Importazione ed esportazione Il decreto legislativo n. 79/99, con indirizzi riaffermati dalla legge Marzano, ha liberalizzato anche le attività di importazione ed esportazione di energia elettrica, nel rispetto, comunque, degli obblighi di servizio pubblico. Le competenze in tale materia sono suddivise tra il Ministero delle attività produttive (comunemente abbreviato in MAP), l'autorità per l'energia elettrica e il gas abbreviata in AEEG e Terna, la società che possiede e gestisce la RTN. Vendita Anche la vendita di energia elettrica è libera. Ai fini della disciplina dell attività di vendita e in analogia con la direttiva 92/96/CE, il decreto legislativo n. 79/99 ha suddiviso gli utenti in due categorie: il cliente idoneo e il cliente vincolato. A decorrere dal 1 luglio 2004, è cliente idoneo ogni cliente finale non domestico ove, per cliente non domestico, si adotta la definizione riportata nella Direttiva 2003/54/CE, art. 2, comma 11); A decorrere dal 1 luglio 2007, è cliente idoneo ogni cliente finale (quindi anche i clienti domestici n.d.r.). In conformità con i principi della normativa comunitaria citata e secondo quanto stabilito dalla Legge n. 239/2004, Acquirente Unico continuerà a curare l approvvigionamento dei clienti finali, divenuti idonei a quella data, fin quando da questi non sarà esercitato il diritto di scelta del nuovo distributore. 47

48 Liberalizzazione del mercato: Attività in concessione Trasmissione e Dispacciamento La trasmissione e il dispacciamento sono attività riservate allo Stato. Tali funzioni sono state attribuite (ai sensi dell art. 3 del D. Lgs. n. 79/99) in concessione al GRTN, Gestore della Rete di Trasmissione Nazionale, società pubblica costituita ad hoc. Dall'1 novembre 2005, per effetto del DPCM dell'11 maggio 2004, il ramo d'azienda del GRTN relativo a dispacciamento, trasmissione e sviluppo della rete è stato trasferito a Terna, la società proprietaria della RTN, al fine della riunificazione della gestione e della proprietà della rete stessa. Distribuzione Il Decreto Bersani ha previsto che l attività di distribuzione sia svolta in regime di concessione previa autorizzazione rilasciata dal MAP. Le imprese distributrici operanti alla data del 1 aprile 1999 continueranno a svolgere tale servizio sulla base di concessioni rilasciate dal MAP con scadenza 31 dicembre 2030, salvo il rispetto del limite legale di non più di una impresa di distribuzione di energia elettrica attiva per singolo comune: sono comunque incentivate le aggregazioni tra distributori, al fine di favorire una maggiore efficienza del sistema. Le imprese distributrici sono obbligate a connettere alle proprie reti tutti i soggetti che ne facciano richiesta 48

49 La struttura del prezzo dell energia COMPONENTE ENERGIA (64% della spesa totale) Sono i costi di approvvigionamento e dispacciamento dell energia. Questa è la voce più direttamente influenzata dalle quotazioni internazionali degli idrocarburi (prodotti petroliferi e gas). COSTI DI RETE E DI MISURA (15% della spesa totale) Sono i costi dei servizi di trasmissione, distribuzione e misura dell energia. Tale voce, nel cambio del fornitore, non è soggetta ad alcun cambiamento dipendente dallo stesso. IMPOSTE (8% della spesa totale) Le imposte non comprendono l IVA ma solo le imposte erariali (o accise) e locali; ONERI GENERALI DI SISTEMA (10% della spesa totale) Sono oneri fissati per legge, pagati da tutti i clienti finali e destinati alla copertura di voci come: incentivi alle fonti rinnovabili e assimilate, regimi tariffari speciali per aziende energivore, stranded costs, oneri per il decommissioning nucleare e compensazioni territoriali, sostegno alla ricerca di sistema, ecc. 49

50 Esigenze: il prezzo del petrolio 50

51 Source: Platts Volatilità

52 Esigenze: il protocollo di Kyoto 52

53 Flussi di trasmissione della rete nazionale 53

54 Nuovi scenari: Sicurezza degli approvvigionamenti energetici 54

55 Cities represent simultaneously a challenge and an opportunity for climate change policy. ENERGY IN CITIES: FUNDAMENTALS

56 Rapid Urbanization Is Creating Challenges And Opportunities The United Nations estimates that at some time between 2008 and 2009, the world s urban and rural populations became equal.2 And beginning in 2019, it s expected that more people will live in cities than in rural areas. According to a 2007 to 2008 United Nations World Urbanization Prospects study,... the population living in urban areas is projected to gain 3.1 billion, passing from 3.3 billion in 2007 to 6.4 billion in 2050

57 Rapid Urbanization Is Creating Challenges And Opportunities

58 Nuovi scenari: l ambiente e le nuove tecnologie 58

59 Nuovi Scenari: la generazione distribuita 59

60 Una possibile visione 60

61 Le potenzialità dell idrogeno 61

62 Le potenzialità dell idrogeno Fonte ENEA 62

63 La Generazione Distribuita e le potenzialità dell H2 63

64 Le ricadute sull occupazione Negli USA: Commissione Bipartisan per l analisi delle potenzialità e dei rischi connessi alla diffusione delle Energie Rinnovabili In Europa: La strategia di Lisbona individua nell energia e nello sviluppo delle sue infrastrutture uno degli elementi per la creazione di un nuovo primato europeo nel campo del lavoro e dell economia

65 Europe 2020: Commission proposes new economic strategy in Europe 65

66 Strategie EU

67 Indice degli argomenti del corso Fonti energetiche Richiami sulle principali trasformazioni termodinamiche utilizzate nei processi di trasformazione dell energia Studio delle caratteristiche fondamentali delle macchine (a fluido) e degli impianti per la trasformazione dell energia: Impianti a vapore Impianti con turbine a gas Motori a combustione interna alternativi Impianti idraulici Impianti Combinati Impianti di cogenerazione 67

68 Indice degli argomenti del corso Macchine operatrici: Pompe e compressori 68