Sviluppi della scienza nel settore delle energie rinnovabili

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1 Fonti energetiche rinnovabili: Il futuro e il passato tra scienza e storia della scienza Ravenna, lì 25 Settembre 2009 Everyday Science Pensa che ti diverti La notte dei ricercatori in Emilia-Romagna In Europa e in Italia. La notte si accende di idee Sotto l Alto Patronato del Presidente della Repubblica Sviluppi della scienza nel settore delle energie rinnovabili Francesco Matteucci francesco.matteucci@tozzisud.com

2 Efficienza energetica e fonti rinnovabili Protocollo di Kyoto: sanzioni all Italia (6.5% in meno di emissioni rispetto del 1990) Europa: obiettivi entro il 2020: - 20% emissioni di CO2 +20% efficienza energetica 20% di energia da fonti rinnovabili

3 POLITICA ENERGETICA DELLA UNIONE EUROPEA

4 LUCI IN CITTA SOLO COL CELLULARE Source TIME Magazine 10 Agosto 2009

5 RIVOLUZIONE -trasformazione sostanziale di lungo periodo di carattere intellettuale, sociale o economico, - abbattimento con mezzi radicali e in un lasso di tempo limitato, di un ordine politico o sociale In verità alla base di ogni rivoluzione ci sono lunghe e spesso drammatiche dinamiche sociali e culturali.

6 SITUAZIONE ENERGETICA INTERNAZIONALE La transizione avverrà se si Svilupperanno tecnologie adeguate Modificheranno alcuni comportamenti dei cittadini Applicheranno politiche adeguate

7 INTRODUZIONE L era moderna è stata resa possibile dallo sfruttamento dell energia contenuta nei depositi di idrocarburi. La quantità di energia disponibile pro-capite è un indice dello stato di avanzamento di una società.

8 SITUAZIONE ENERGETICA INTERNAZIONALE FONTI PRIMARIE DI ENERGIA petrolio 40% gas naturale 26% carbone 25% energia nucleare 2.4% Rinnovabili. (idroel.) 2.7% UTILIZZO DELL ENERGIA PRODOTTA DIVISO PER SETTORI Industriale 34.7 % Trasporti 23.3% Residenziale 38% Source IEA (International Energy Agency) World Energy Outlook

9 DOMANDA E OFFERTA DI ENERGIA IN ITALIA CONSUMI DI ENERGIA PER FONTE(2005) QUOTE PER SETTORE DI USO FINALE DEI CONSUMI DI ENERGIA (2005) Mtep Source Rapporto Energia e Ambiente ENEA

10 ECONOMIA DEL PETROLIO Modello organizzativo verticistico Meno di dieci grandi aziende pubbliche e private dettano i termini del flusso dell energia attraverso il mondo

11 ECONOMIA VERDE (Green Economy) Modello organizzativo orizzontale Ciascuno è produttore dell energia di cui necessità per vivere Autosufficienza energetica

12 RICERCA e SVILUPPO RICERCA DI BASE RICERCA INDUSTRIALE O APPLICATA SVILUPPO SPERIMENTALE PREINDUSTRIALIZZAZIONE INDUSTRIALIZZAZIONE

13 RICERCA -Insieme degli studi e delle indagini che si svolgeranno nell ambito delle discipline umanistiche o scientifiche volte ad individuare documenti o fonti, scoprire fenomeni, leggi, processi, etc.. - indagine sistematica condotta con le metodologie proprie dei diversi campi della scienza al fine di stabilire e sottoporre a verifica le conoscenze, le leggi e le teorie concernenti i diversi aspetti dell esperienza con intersoggettività dell impresa scientifica.

14 SVILUPPO -concretizzazione dei risultati della ricerca in un piano, un progetto o un disegno per prodotti, processi produttivi o servizi nuovi, modificati, migliorati

15 PERCHE FARE RICERCA IN QUESTO SETTORE? Al fine di ridurre le emissioni di gas a effetto serra all interno della Comunità e la dipendenza di quest ultima dalle importazioni di energia, è opportuno stabilire uno stretto collegamento tra lo sviluppo dell energia da fonti rinnovabili e l aumento dell efficienza energetica. È opportuno sostenere la fase di dimostrazione e commercializzazione delle tecnologie decentrate per la produzione di energia da fonti rinnovabili. Il passaggio a una produzione energetica decentrata presenta molti vantaggi, compreso l utilizzo delle fonti di energia locali, maggiore sicurezza locale degli approvvigionamenti energetici, minori distanze di trasporto e ridotta dispersione energetica. Tale passaggio favorisce, inoltre, lo sviluppo e la coesione delle comunità grazie alla disponibilità di fonti di reddito e alla creazione di posti di lavoro a livello locale. DIRETTIVA 2009/28/CE DEL PARLAMENTO EUROPEO E DEL CONSIGLIO, del 23 aprile 2009

16 FONTI RINNOVABILI Fonti che il pianeta fornisce senza alterare i bilanci energetici e senza diminuirne le risorse (Sorensen, 1979) D.Lgs. 387/03: Le fonti di energia rinnovabili sono tutte quelle fonti non esauribili o ripristinabili in tempi paragonabili con l attività umana. La brevità del periodo di ripristino fa rientrare tra le fonti di energia rinnovabile (FER) le: biomasse, l energia eolica, solare, geotermica, del moto ondoso del mare, idraulica, del biogas.

17 FONTI RINNOVABILI IDROELETTRICA EOLICA SOLARE GEOTERMICA BIOMASSE MOTO ONDOSO E MAREE

18 IDROELETTRICA

19 IDROELETTRICA Gli impianti idroelettrici trasformano l energia potenziale dell acqua in caduta da una certa altezza in energia meccanica Per mezzo di turbine (motori primi) azionanti generatori elettrici. Circa il 20% della produzione mondiale di energia elettrica, pari a circa 236 mtep, proviene da centrali idroelettriche per una potenza installata di circa MW. L energia idroelettrica prodotta è solo una piccola parte (poco superiore al 10%)dell energia potenzialmente ottenibile. I maggiore potenziali risultano localizzati in paesi in via di sviluppo, mentre nell europa occidentale il potenziale residuo è stimato a circa il 30%.

20 IDROELETTRICA TIPOLOGIA DI IMPIANTI TIPOLOGIA DI IMPIANTO GRANDE IMPIANTO (POTENZA > 10MW) MINI IMPIANTO (POTENZA < 10MW) ACQUA FLUENTE Sì Sì BACINO Sì Sì ACCUMULO TRAMITE POMPAGGIO CONDOTTE IDRICHE Sì No No Sì

21 IDROELETTRICA SVILUPPO DELLA TECNOLOGIA ASPETTI AMBIENTALI diminuzione dell impatto visivo, recupero degli edifici con soluzioni compatibili con il paesaggio, costruzione e funzionamento degli impianti ottimizzato PROGETTAZIONE DEI VARI COMPONENTI turbine alternative o di nuova concezione, materiali isolanti per il generatore GESTIONE E OTTIMIZZAZIONE DEL FUNZIONAMENTO DELL IMPIANTO Sistema di controllo/monitoraggio a distanza, Source Dott. Ing. Nicola Graniglia. Università di Siena

22 IDROELETTRICA SVILUPPO DELLA TECNOLOGIA MICRO-IDROELETTRICO (Pnom < 100 kw) Fino alla prima metà del XX sec. questi impianti rappresentavano la grande maggioranza degli impianti; in seguito, l avvento della generazione centralizzata e della rete di distribuzione ha fatto sì che questa tipologia di impianti cadesse in disuso. In virtù del loro minore impatto ambientale, minore manutenzione ed alto rendimento di conversione dell energia e dello sviluppo futuro di un sistema di generazione distribuita questa tipologia di impianti sta riscuotendo un rinnovato interesse. Source Dott. Ing. Nicola Graniglia. Università di Siena

23 EOLICA

24 EOLICA Source Prof. Lorenzo Battisti Università di Trento

25 MINI-MICRO EOLICO

26 MINI-MICRO EOLICO

27 MINI-MICRO EOLICO

28 MINI-MICRO EOLICO

29 MINI-MICRO EOLICO Source

30 MINI-MICRO EOLICO Source Prof. Lorenzo Battisti Università di Trento

31 EOLICA OFFSHORE

32 EOLICA ONSHORE

33 SOLARE

34 SOLARE Onde avere acceso al mercato della produzione di energia elettrica da fonte rinnovabile le tecnologie fotovoltaiche devono garantire un buon compromesso tra: elevata efficienza, ridotto costo per kwh prodotto, lunga durata (affidabilità), flessibilità di applicazione.

35 FOTOVOLTAICO STATO SOLIDO Source Dott. Isabella Zama Daunia Solar Cell

36 PRIMA GENERAZIONE Source Dott. Isabella Zama Daunia Solar Cell

37 SECONDA GENERAZIONE Source Dott. Isabella Zama Daunia Solar Cell

38 FOTOVOLTAICO TERZA GENERAZIONE Source Dott. Isabella Zama Daunia Solar Cell

39 SISTEMI A CONCENTRAZIONE

40 CELLE AD ELEVATA EFFICIENZA Spectral Irradiance (W m-2 nm-1) Solar Spectrum GaInP GaAs Ge Unused Wavelength (nm)

41 STRADA FOTOVOLTAICA Source

42 SOLARE

43 GEOTERMICA SISTEMI GEOTERMICI IL NORMALE GRADIENTE DI TEMPERATURA CHE SI OSSERVA PROCEDENDO VERSO L INTERNO DELLA CROSTA TERRESTRE È DI 3 C/100 m; QUANDO TALE GRADIENTE È PIÙ MARCATO SIAMO IN PRESENZA DI AREE OVE SI HA ACCUMULO DI ENERGIA TERMICA A CAUSA DELLE INTRUSIONI MAGMATICHE O DI UN AVVICINAMENTO VERSO LA SUPERFICIE DEL MANTELLO, OVVERO DEI SISTEMI GEOTERMICI. LE AREE TERMICAMENTE ANOMALE SONO MOLTO PIÙ ESTESE DI QUELLE ATTUALMENTE COLTIVATE AD USI ENERGTICI (CAMPI GEOTERMICI). LA CLASSIFICAZIONE DEI SISTEMI GEOTERMICI È LA SEGUENTE: SISTEMI IDROTERMALI SISTEMI GEOPRESSURIZZATI ROCCE CALDE SECCHE SISTEMI MAGMATICI

44 GEOTERMICA IMPIANTI PER LO SFRUTTAMENTO DELLA RISORSA GEOTERMICA AI FINI DELLA PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA LA MATERIA PRIMA È IL VAPORE. PER QUESTA RAGIONE I CAMPI A VAPORE DOMINANTE SONO RITENUTI I PIU INTERESSANTI. IN ESSI IL VAPORE PUÒ ESSERE AVVIATO DIRETTAMENTE ALLA TURBINA, DOPO AVER RISOLTO EVENTUALI PROBLEMI CAUSATI DALLA PRESENZA DI SOSTANZE AGGRESSIVE, CON CENTRALI COSTITUITE SEMPLICEMENTE DAL GRUPPO TURBINA-GENERATORE, CON SCARICO LIBERO IN ATMOSFERA. I CICLI IMPIEGANTI FLUIDI GEOTERMICI A VAPORE DOMINANTE (LIQUIDDOMINATED) SONO TRE: FLASH SINGOLO SENZA CONDENSAZIONE (SINGLE FLASH NON CONDENSING) FLASH SINGOLO CON CONDENSAZIONE (SINGLE FLASH CONDENSING) DOPPIO FLASH CON CONDENSAZIONE (DUAL FLASH CONDENSING)

45 GEOTERMICA Source Dott. Ing. Nicola Graniglia. Università di Siena

46 BIOMASSE Tecniche di coltivazione di microalghe su larga scala DOTTORATO DI RICERCA IN COLLABORAZIONE TRA UNIVERSITA DI BOLOGNA CIRSA e TOZZI RENEWABLE ENERGY

47 BIOMASSE Source Drawings from Henning R. The Jatropha Booklet

48 MOTO ONDOSE E MAREE L'energia presente nei mari e negli oceani può essere estratta con diverse tecnologie: fluidodinamiche (correnti, onde, maree) e di gradiente (termico e salino). Ad oggi sono stati sperimentati molti sistemi di estrazione di questa energia ed alcuni sono già in uno stadio precommerciale

49 GRAZIE PER LA CORTESE COLLABORAZIONE