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1 ENERGIA Capacità di un sistema di compiere lavoro (Lavoro: atto di produrre un cambiamento di configurazione in un sistema) Grandezza fisica connessa al movimento reale o potenziale, macro o microscopico, di un sistema

2 ENERGIA L energia posseduta e/o liberata da un sistema può presentarsi in varie forme: movimento posizione deformazione agitazione molecolare reazioni chimiche reazioni nucleari cariche elettriche campi elettromagnetici vita energia cinetica energia potenziale energia elastica energia termica energia chimica energia nucleare energia elettrica energia elettromagnetica energia biochimica

3 La variazione di energia di un sistema si manifesta attraverso lo scambio di lavoro e/o di calore ENERGIA lavoro e calore Calore e lavoro sono quindi due forme di energia e pertanto sono espresse dalle stesse unità di misura due forme di energia e L = F s Joule = Newton metro

4 Unità di misura dell Energia S.I.: J = N m o meglio 3 kj = 10 N m Unità pratiche: per la misura dell energia termica si usa anche la kcal: 1 kcal = kj per la misura dell energia meccanica (lavoro) si usa anche il kgm 3 1 kgm = kj per la misura dell energia energia elettrica su usa il kwh: 1 kwh = 3600 kj per quantificare l energia contenuta nei combustibili si usa il TEP (tonnellata equivalente di petrolio). Essendo circa kcal/kg il contenuto energetico del petrolio si ha: TEP = 10 kcal = kj

5 POTENZA Potenza meccanica: lavoro meccanico scambiato per unità di tempo P m = dl dt Potenza termica: calore scambiato per unità di tempo P = t dq dt

6 Unità di misura della Potenza La potenza essendo definita come la variazione di energia nell unità di tempo: de P = dt viene misurata in J/s (W, Watt): S.I.: W = J s o meglio kw = 1000 W = 1000 J s 1 kw = 1 kj s

7 FONTI DI ENERGIA sostanza o fenomeno capace di dar luogo ad una liberazione di energia Fonti energetiche primarie quelle che si trovano disponibili in natura si possono classificare in: Fonti energetiche secondarie quelle che si ottengono da operazioni tecnologiche su sostanze costituenti le fonti primarie

8 FONTI DI ENERGIA di formazione geotermica nucleare gradienti termici (terrestri e marini) FONTI DI ENERGIA accumulate combustibili solidi (carbone) liquidi (petrolio) gassoso (metano) continuamente fluenti idraulica combustibili (legno) maree venti, moto ondoso solare raggiante

9 Le fonti di energia vengono sfruttate per produrre energia in forma utile all uomo Energia elettrica forza motrice di macchine, apparecchiature, dispositivi vari illuminazione calore per processi civili e industriali, produzione di freddo per scopi civili e industriali Energia meccanica per la trazione, la propulsione, etc Energia termica calore per usi civili e industriali

10 SCHEMA DEI PROCESSI DI CONVERSIONE forme alla sorgente ENERGIA CHIMICA ENERGIA NUCLEARE ENERGIA TERMICA (geotermica) energia termica energia meccanica forme alla utilizzazione Riscaldamento civile e industriale Trazione e utilizzazione industriale ENERGIA MECCANICA (idraulica, eolica) ENERGIA RAGGIANTE energia elettrica Utilizzazione civile e industriale

11 MOTORI TERMICI E CENTRALI TERMOELETTRICHE ENERGIA CHIMICA energia termica energia meccanica energia elettrica Processi di conversione realizzati con motori termici (si fermano alla produzione di energia meccanica utile, ad esempio per trazione e propulsione) e con centrali termoelettriche (comprendono anche la trasformazione di energia meccanica in elettrica) alimentate a combustibili fossili. Coprono la maggior parte della produzione di energia meccanica ed elettrica

12 CENTRALI IDROELETTRICHE ENERGIA MECCANICA (idraulica) energia meccanica energia elettrica È la fonte rinnovabile più sfruttata per la produzione di energia elettrica

13 Esempio di centrale nucleare ENERGIA NUCLEARE energia termica energia meccanica energia elettrica

14 CONSUMO DI FONTI ENERGETICHE PRIMARIE Situazione mondiale Evoluzione dal 1973 al 2007 Mtoe

15 CONSUMO DI FONTI ENERGETICHE PRIMARIE Situazione mondiale confronto

16 CONSUMO DI FONTI ENERGETICHE PRIMARIE Situazione mondiale Evoluzione dal 1973 al 2007 Mtoe

17 CONSUMO DI FONTI ENERGETICHE PRIMARIE Situazione mondiale confronto

18 PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA Situazione mondiale Evoluzione dal 1973 al 2007 TWh

19 PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA Situazione mondiale confronto

20 PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA Situazione mondiale Evoluzione dal 1973 al 2007 TWh

21 PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA Situazione mondiale confronto

22 EMISSIONI TOTALI DI CO 2 Situazione mondiale Evoluzione dal 1973 al 2007 Mt

23 EMISSIONI TOTALI DI CO 2 Situazione mondiale confronto

24 PRICES Crude Oil (US Dollars/barrel) Coal (US Dollars/tonne) Natural Gas (US Dollars/Mbtu)

25 PRICES Crude Oil (US Dollars/barrel) Steam Coal (US Dollars/tonne) Natural Gas (US Dollars/Mbtu)

26 L energia elettrica Stazione di trasmissione

27 PROCESSI DI PRODUZIONE DELL ENERGIA ELETTRICA Centrali idroelettriche Centrali termoelettriche combustibili liquidi (olio combustibile) combustibili solidi (carbone) combustibili gassosi (gas naturale) Centrali termonucleari

28 CENTRALI IDROELETTRICHE ENERGIA MECCANICA (idraulica) energia meccanica energia elettrica

29 CENTRALI TERMOELETTRICHE ENERGIA CHIMICA energia termica energia meccanica energia elettrica Una centrale termoelettrica realizza nella pratica un ciclo di conversione dell energia al fine di generare potenza elettrica utile a partire da potenza termica messa a disposizione da un combustibile. P el m c H i IMPIANTO MOTORE TERMICO P m Q p

30 GLI IMPIANTI MOTORI A VAPORE

31 GLI IMPIANTI MOTORI A VAPORE

32 GLI IMPIANTI MOTORI A VAPORE

33 GLI IMPIANTI MOTORI CON TURBINE A GAS

34 GLI IMPIANTI MOTORI CON TURBINE A GAS lay-out concettuale

35 GLI IMPIANTI COMBINATI GAS-VAPORE

36 GLI IMPIANTI COMBINATI GAS-VAPORE

37 COMBUSTIBILI FOSSILI I combustibili costituiscono la fonte energetica primaria per l alimentazione lalimentazione degli impianti di conversione dell energia. Attraverso la fase di combustione essi rendono disponibile l energia termica che viene parzialmente convertita in energia meccanica solidi (carboni fossili) IV COMBUSTIBILI FOSSILI liquidi (olio combustibile derivati petroliferi) IV TG gassosi (gas naturale) IV TG IC

38 COMBUSTIBILI FOSSILI Le principali caratteristiche dei combustibili, in relazione all alimentazione degli impianti motori, risultano: il potere calorifico (H i ); il rapporto stechiometrico aria/combustibile (α st ); il costo ( /kg) Proprietà Carbone(*) Olio comb. Gas Naturale(**) H i (kj/kg) H s (kj/kg) %C (peso) %H (peso) %S (peso) α ST T t (kj/kg) T TC ( C) Costo ( /kg) Costo( /GJ) 2.0 3, (*) Valori ricavati dal carbone tipo Illinois (*) Valori ricavati dal carbone tipo Illinois. (**) CH4 al 100%.

39 Bilancio i di sintesi i dell energia in Italia (10 3 tonnellate equivalenti di petrolio) Disponibilita' e Impieghi Solidi Gas naturale Petrolio ANNO 2002 Rinnovabili al netto del pompaggio Energia elettrica Totale 1. Produzione Importazione Esportazione Variaz. scorte Consumo interno lordo ( ) 6. Consumi e perdite del settore energ. 7. Trasformazioni in energia elettr. 8. Totale impieghi finali (5+6+7) - industria trasporti Civile Agricoltura usi non energetici bunkeraggi

40 Bilancio di energia in Italia Potenza efficiente lorda in Italia al 31 dicembre 2003 Produttori Autoproduttori Totale Impianti idroelettrici MW Impianti termoelettrici MW tradizionali MW geotermoelettrici MW Impianti eolici e fotovoltaici MW totale MW

41 Bilancio di energia in Italia Bilancio dell energia elettrica in Italia nel periodo 2000/ /2003 GWh GWh GWh GWh variaz. % Produzione lorda Idrica Termica Geotermica Eolica Fotovoltaica Consumi dei servizi ausiliari Produzione netta Idrica Termica Geotermica Eolica Fotovoltaica Destinata t ai pompaggi Produzione destinata al consumo Ricevuta da fornitori esteri Ceduta a clienti esteri RICHIESTA

42 Bilancio di energia in Italia Bilancio dell energia elettrica in Italia nel TWh 221 TWh 4.8 TWh 1.4 TWh 51 TWh centrali idroelettriche centrali termoelettriche centrali geotermiche centrali eoliche estero 13% 69% 1.5% 0.5% 16% Rete di Trasmissione Nazionale e reti di distribuzione 51% 2% 25% 22% perdite 21 TWh industria agricoltura terziario usi domestici 152 TWh 5 TWh 77 TWh 65 TWh

43 Bilancio di energia in Italia Import - export di energia elettrica in Italia nel periodo 2001/2003 energia elettrica importata energia elettrica esportata saldo scambi (GWh) (GWh) (GWh) Francia Svizzera Austria Slovenia Grecia totale

44 Bilancio di energia in Europa Produzione, richieste e scambi di energia elettrica dei principali paesi europei nel periodo 2000/2002 FRANCIA Produzione (TWh) lorda Idroelettrica Nucleare Termoelettrica Richiesta (TWh) Saldo scambi estero (TWh) Potenza efficiente (GW) Idroelettrica Nucleare Termoelettrica GERMANIA Produzione (TWh) lorda Idroelettrica Nucleare Termoelettrica Richiesta (TWh) Saldo scambi estero (TWh) Potenza efficiente (GW) Idroelettrica Nucleare Termoelettrica REGNO UNITO Produzione (TWh) lorda Idroelettrica Nucleare Termoelettrica Richiesta (TWh) Saldo scambi estero (TWh) Potenza efficiente (GW) Idroelettrica Nucleare Termoelettrica SPAGNA Produzione (TWh) lorda Idroelettrica Nucleare Termoelettrica Richiesta (TWh) Saldo scambi estero (TWh) Potenza efficiente (GW) Idroelettrica Nucleare Termoelettrica

45 Bilancio di energia nel Mondo Potenza efficiente netta nel mondo al 31 dicembre 2002 GW Idrica e rinnovabile Termica Getermica Nucleare Totale % Europa America del Nord America Latina Africa Asia Oceania Mondo Produzione lorda di energia elettrica nel mondo al 31 dicembre 2002 TWh Idrica e rinnovabile Termica Getermica Nucleare Totale % Europa America del Nord America Latina Africa Asia Oceania Mondo

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