Progetto I.D.E.A. Iniziative Didattiche sulle Energie Alternative

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1 Progetto I.D.E.A. Iniziative Didattiche sulle Energie Alternative pagina1

2 Questo manuale è di Nome Cognome In che cosa consumo troppa energia.. Come cerco di risparmiare energia. Firma pagina2

3 Cos è l energia? L energia è la capacità di compiere un lavoro,ossia applicare la forza per un determinato spostamento. L energia non può essere né prodotta né consumata ma solo trasformata da una forma ad un altra, e si può misurare. fonte di energia nella storia dell uomo. Con il debutto dell agricoltura l uomo comincia ad addomesticare gli animali e ad utilizzare la loro forza per trainare l aratro, trasportare materiali o attingere acqua dai pozzi. Quella a nostra disposizione proviene da tre astri da cui dipendiamo: il Sole, la Terra ma anche la Luna Breve storia dell energia Gli uomini preistorici non utilizzavano altra energia se non quella contenuta nel cibo e nei raggi del sole. Successivamente scoprirono il fuoco e lo utilizzano per riscaldarsi, per cuci nare e per illumi nare: così la legna divenne la prima Le antiche civiltà imparano progressivamente a utilizzare altre forme di energia: innanzitutto il vento, che spinge le prime barche a vela, poi l acqua per trasportare i tronchi degli alberi. L invenzione della ruota e la scoperta della leva permettono di risparmiare energia. Bisogna poi attendere il Rinascimento, ne XV secolo per le nuove scoperte. Nel XVII secolo gli inglesi cominciano a sfruttare il carbone come fonte di energia, nel 1629 Giovanni BRANCA sperimenta la prima turbina a vapore, nel 1689 il francese pagina3

4 Denis PAPIN mette a punto la prima macchina a vapore. Il XIX secolo, è il secolo della rivoluzione industriale, viene scoperta l energia elettrica e si impara a produrla e a usarla. Risale a quel periodo anche l esordio del petrolio e alla fine del secolo fanno il loro primi passi i motori a benzina e a gasolio quindi le prime automobili. Nel 1869 viene scoperta la radioattività e l energia nucleare, ma l uso è per scopi militari; solo nel 1951 l energia nucleare è messa al servizio della produzione di energia elettrica. Le varie forme di energia Si usano abitualmente diversi nomi per indicare la forma in cui l'energia si presenta: energia meccanica o movimento contenuta in un oggetto che si muove; energia idraulica è quella fornita dall acqua corrente o da una cascata; energia termica o di calore cioè calore contenuto in un corpo (es. l energia termica della terra); energia radiante quella generata dai raggi luminosi (es. raggi laser, infrarossi ultravioletti ); energia chimica è quella contenuta in certe sostanze (es. carbone, legno, zucchero, petrolio..); energia nucleare è quella contenuta nel nucleo di atomi radioattivi es. l uranio; energia elettrica è un energia naturale, facilmente osservabile quando si esprime attraverso il fulmine, è la forma di energia più facile da trasportare; energia potenziale è la quantità di energia di riserva in una sostanza: l elettricità di una pila, o l energia in un tronco di pagina4

5 legno o in una zolletta di zucchero. L energia si misura L unità di misura dell energia è il joule (J), poiché è un unità di misura molto piccola, si usa più spesso il KJ che corrisponde a 1000 Joule. Di solito si usa sempre lunità di misura del calore ossia la caloria perché più comprensibile. Una caloria è la quantità di calore, dunque di energia, che serve per innalzare di 1 C la temperatura di un grammo d acqua; 1 caloria vale 4,18 Joule. Sugli apparecchi elettrici c è un etichetta che ne indica la potenza, cioè la quantità di energia che consumano nell unità di tempo; essa si esprime in Watt(W); 1 watt corrisponde al consumo di energia di un joule per secondo. Le nostre fonti di energia I materiali e i fenomeni da cui si ricava energia sono chiamati fonti energetiche; queste fonti si dividono in due gruppi: quelle rinnovabili, cioè sempre presenti come il Sole, l acqua e il vento, ecc., e quelle non rinnovabili destinate cioè ad esaurirsi tanto più in fretta quanto maggiore sarà il loro sfruttamento nei prossimi anni, come il carbon fossile, il petrolio, l uranio e il gas naturale. La gran parte di queste forme di energia è trasformata in elettricità, che è una forma facile da trasportare e da utilizzare. Le energie fossili I combustibili fossili, cioè carbone, petrolio e gas naturale, si sono formati nel corso delle ere geologiche, sono di origine biologica e si trova nelle rocce sedimentarie quindi nel sottosuolo in sedimenti diversi. Le riserve di questi elementi sono limitate e non rinnovabili perché si attinge alle riserve in modo infinitamente più rapido di quanto esse possano ricostituirsi; inoltre il loro utilizzo contribuisce al riscaldamento dell atmosfera poiché contengono carbonio. L e energie fossili liberano e trasmettono la loro energia per pagina5

6 combustione cioè bruciando: sono combustibili, esse sono utilizzate sia direttamente, come il carbone o il gas, sia dopo essere state raffinate come il petrolio che viene lavorato in nafta, benzine, butano La loro combustione permette di riscaldare case, cuocere gli alimenti, far funzionare i motori dei nostri mezzi di locomozione e di produrre molta energia elettrica nelle centrali termiche. Il Carbone Il carbone è la fonte di energia più abbondante e meglio ripartita nel mondo ma è anche l energia fossile più inquinante. Il carbone si è formato dal legno delle foreste situate in prossimità del mare o delle zone acquitrinose, che è progressivamente marcito ed è stato ricoperto da alri vegetali e lentamente, a contatto con l aria, si è trasformato in carbone. In Europa le principali miniere di carbone si trovano in Francia, Belgio, Gran Bretagna, Germania e Russia. Il Petrolio e il Gas naturale Petrolio e gas naturale provengono dalla lenta decomposizione del placton marino, vegetale e animale, seppellito nel fango in fondo al mare. La ricerca del petrolio è il lavoro dei geologi che esplorano il sottosuolo per individuare le tracce della sua presenza. Questa fase è seguita da studi sismici, poi da campagne di trivellazioni; su dieci trivellazioni realizzate, solo una, sarà sufficientemente produttiva da essere sfruttata. Una volta estratto il petrolio non può essere utilizzato direttamente così, deve essere raffinato e trasformato in prodotti derivati: benzina, cherosene, nafta, gasolio e gas. Queste operazioni avvengono nelle raffinerie, molte delle quali sono istallate vicino alle zone portuali dove il petrolio arriva per nave. pagina6

7 Le energie rinnovabili Le energia rinnovabili sono quelle generate dal Sole, dal vento, dalle maree, dal calore interno della terra (geotermia: consiste nello sfruttare il calore naturale interno della Terra per riscaldare le abitazioni e produrre elettricità) e dal ciclo di vita e morte delle piante (energia prodotta dalle biomasse: sostanze vegetali e animali che bruciando liberano energia) ; tutti fenomeni naturali, inesauribili che si rinnovano continuamente. Le Energie rinnovabili si conoscono bene da molto tempo: mulini ad acqua o a vento, barche a vela, sorgenti calde; ma esse fornisco solo il 15% circa della produzione mondiale di energia. L energia solare L energia derivante dai raggi solari che raggiungono il suolo costituisce un serbatoio immenso di energia pulita, rinnovabile e a costo zero come materia prima, ma con l inconveniente di non essere produttiva durante la notte. Specchi o cellule fotoelettriche possono captare direttamente l energia solare per produrre calore ed elettricità. Per i bisogni familiari di una singola abitazione, si possono utilizzare dei pannelli solari o delle cellule fotoelettriche istallati sul tetto che producano corrente, pagina7

8 riscaldino la casa e forniscano acqua calda. Una centrale elettrica solare è dotata di specchi che catturano le radiazioni solari. L energia recuperata in questo modo permette di produrre il vapore acqueo sotto pressione che fa girare una turbina che aziona un alternatore e genera corrente. Nei Pirenei, ad Odeillo è stato realizzato in via sperimentale un forno solare, un gruppo di specchi cattura i raggi del sole e li riflette su un dispositivo centrale che immagazzina tutta l energia e può arrivare alla temperatura di 300 gradi. direttamente e istantaneamente, l energia solare in energia elettrica senza l uso di alcun combustibile. Producono elettricità là dove serve, non richiedono praticamente manutenzione, non danneggiano l ambiente e offrono il vantaggio di essere costruiti su misura, secondo le reali necessità dell utente. Il costo per la realizzazione di un impianto è ancora piuttosto elevato, ma installare un impianto fotovoltaico diventa economicamente conveniente quando intervengono forme di incentivazione finanziaria da parte dello Stato come è avvenuto negli anni passati con il programma Tetti fotovoltaici e come sta avvenendo adesso con il Conto energia. L energia fotovoltaica Gli impianti fotovoltaici consentono di trasformare, Curiosità Energia Fotovoltaica significa letteralmente elettricità prodotta dalla luce ; foto deriva dal greco phos che significa luce, e Volt dallo scienziato italiano Alessandro Volta inventore della pila. pagina8

9 L impianto fotovoltaico Un impianto fotovoltaico è essenzialmente costituito da un generatore, da un sistema di condizionamento e controllo della potenza e da un eventuale accumulatore di energia, la batteria, e naturalmente dalla struttura di sostegno. Il generatore fotovoltaico Il componente elementare di un generatore fotovoltaico è la cella. È lì che avviene la conversione della radiazione solare in corrente elettrica. Essa è costituita da una sottile fetta di un materiale semiconduttore, quasi sempre silicio opportunamente trattato. La cella si comporta come una minuscola batteria. In commercio troviamo i moduli fotovoltaici che sono costituiti da un insieme di celle. I più diffusi sono costituiti da 36 celle disposte su 4 file parallele collegate in serie. Più moduli collegati in serie formano un pannello, ovvero una struttura comune ancorabile al suolo o ad un edificio, più pannelli collegati in serie costituiscono una stringa, più stringhe, collegate generalmente in parallelo per fornire la potenza richiesta, costituiscono il generatore fotovoltaico. Dal punto di vista elettrico non ci sono praticamente limiti alla produzione di potenza da sistemi fotovoltaici, perché il collegamento in parallelo di più file di moduli, le stringhe, consente di ottenere potenze elettriche di qualunque valore. Il trasferimento dell energia dal sistema fotovoltaico all utenza avviene attraverso ulteriori dispositivi necessari a trasformare la corrente continua prodotta in corrente alternata, adattandola alle esigenze dell utenza finale. È chiaro che il generatore fotovoltaico funziona solo in presenza di luce solare. pagina9

10 L alternanza giorno/notte, il ciclo delle stagioni, le variazioni delle condizioni meteorologiche fanno sì che la quantità di energia elettrica prodotta da un sistema fotovoltaico non sia costante né al variare delle ore del giorno, né ne al variare dei mesi dell anno. Ciò significa che, nel caso in cui si voglia dare la completa autonomia all utenza, occorrerà o collegare gli impianti alla rete elettrica di distribuzione nazionale o utilizzare dei sistemi di accumulo dell energia elettrica che la rendano disponibile nelle ore di soleggiamento insufficiente. L'energia eolica La forza del vento è stata usata dalle civiltà recenti come dalle più antiche. In Cina i mulini a vento sono stati usati per pompare l'acqua già molti secoli prima di Cristo e simili mulini a vento sono stati usati in Persia (oggi Iran/Iraq) e nel Medio Oriente per macinare il grano fin dal 200 a.c. Intorno all'anno Mille, i mulini a vento furono introdotti in Gran Bretagna e in Olanda dai combattenti che tornavano dalle Crociate. Nel XVIII secolo, l'uso dei mulini per macinare il grano, segare la legna e pompare l'acqua, sempre sfruttando l'energia del vento, ebbe la sua massima espansione per poi cominciare a decadere. Infatti si diffusero i combustibili fossili e la macchina a vapore si dimostrò più efficiente, conveniente ed affidabile. Le moderne centrali eoliche possono contenere migliaia di turbine, che insieme, forniscono l'elettricità a un'intera rete, se la domanda non è troppo elevata. Nei paesi meno sviluppati, una piccola turbina può continuamente ricaricare una batteria che fornisca servizi essenziali come l'illuminazione e l'energia per sondare i pozzi. pagina10

11 I venti sono originati dal riscaldamento irregolare delle masse atmosferiche da parte dell energia solare. Tale riscaldamento provoca differenze di pressione e di temperatura che, a loro volta, generano spostamenti d aria. Questo fenomeno è influenzato dalla rotazione della Terra su se stessa. Il vento è una massa d aria in movimento che possiede energia meccanica e può trasmetterla se incontra un ostacolo, come una vela o una pala eolica. Posta in cima a un palo una struttura eolica è una specie di elica formata da pale. L elica è fissata su un asse di rotazione, il rotore che, girando, aziona un alternatore, cioè un generatore di corrente elettrica. Tutta la struttura viene chiamata aerogeneratore. Una struttura eolica presenta il massimo rendimento con venti che soffiano da 50 a 60 KM/h mentre perde efficacia con venti deboli o troppo forti. L energia eolica e l ambiente L energia eolica è una fonte rinnovabile e pulita. I possibili effetti indesiderati degli impianti hanno luogo solo su scala locale e sono: l occupazione del territorio, l impatto visivo, il rumore, gli effetti sulla flora e la fauna e le interferenze sulle telecomunicazioni. Occupazione del territorio Gli aerogeneratori e le opere a supporto (cabine elettriche, strade) occupano solamente il 2-3% del territorio necessario per la costruzione di un impianto. È importante notare che nelle windfarm, a differenza delle centrali elettriche convenzionali, la parte del territorio non occupata dalle macchine può essere impiegata per l agricoltura e la pastorizia. pagina11

12 Impatto visivo Gli aerogeneratori per la loro configurazione sono visibili in ogni contesto ove vengono inseriti. Ma una scelta accurata della forma e del colore dei componenti, per evitare che le parti metalliche riflettano i Per ulteriori informazioni veniteci a trovare presso il : Centro di Educazione Ambientale CENTRO NATURA MARSICA Laboratorio territoriale sul risparmio energetico e sulle energie alternative Via Cesare Battisti Avezzano Tel oppure visitate il nostro sito web: raggi solari, consente di armonizzare la presenza degli impianti eolici nel paesaggio. Effetti su flora e fauna I soli effetti riscontrati riguardano il possibile impatto degli uccelli con il rotore delle macchine. Il numero di uccelli che muoiono è comunque inferiore a quello dovuto al traffico automobilistico, ai pali della luce o del telefono. Realizzato con il contributo della: REGIONE ABRUZZO - Direzione Parchi, Territorio, Ambiente ed Energia - Servizio Politiche per lo Sviluppo Sostenibile pagina12