TECNOLOGIE ATTUALI. Carlo Maria Bartolini Dipartimento di Energetica Università Politecnica delle Marche

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1 TECNOLOGIE ATTUALI Carlo Maria Bartolini Dipartimento di Energetica Università Politecnica delle Marche

2 L energia è come la salute, se ne comprende veramente il valore solo quando manca!

3 Come assicurare la risposta al fabbisogno energetico, evitando disturbi all ambiente? Quanta energia? Quale forma? Da quali fonti? Con quali tecnologie?

4 Quanta energia? Una corretta previsione su scala mondiale, nazionale e locale, fornisce dati importanti per indirizzare le risorse verso lo sviluppo più idoneo delle fonti energetiche

5 MECCANICA Trasporti Produzione industriale TERMICA Riscaldamento Processi industriali ELETTRICA Quale forma? Produzione industriale Utenze domestiche Terziario

6 Evoluzione delle fonti energetiche homo habilis lavoro meccanico delle proprie braccia sfruttamento degli animali homo sapiens Conversione dell energia potenziale sfruttamento delle risorse naturali (idraulica, eolica,..) Diciottesimo secolo d.c. Conversione dell energia termica in lavoro

7 L energia esiste in natura sempre sotto forma POTENZIALE Di posizione Cinetica Chimica/Nucleare Idraulica Eolica Combustione

8 Calore da? Combustione Combustibili fossili nucleari solidi gassosi liquidi Fonti endogene Irraggiamento geotermia solare

9 IL SOLE W W (meno di un miliardesimo) 1400 W/m 2 L'energia solare è comunque circa volte più grande di quella corrispondente al fabbisogno energetico calcolato della Terra.

10 IL SOLE L ENERGIA RADIANTE emessa dal sole è la fonte primaria dalla quale è generata gran parte dell'energia utilizzata sul pianeta, sia dalle fonti NON RINNOVABILI (combustibili fossili) che dalle fonti RINNOVABILI ¾energia idraulica ¾energia eolica ¾energia solare termica e fotovoltaica ¾biomasse W (meno di un miliardesimo) W L'energia solare è comunque circa volte più grande di quella corrispondente al fabbisogno energetico calcolato della Terra. ¾onde marine, maree, gradiente termico dei mari ¾calore endogeno

11 Energia Idraulica L'energia idraulica contribuisce attualmente per circa il 6% alla produzione di energia elettrica

12 ENERGIA EOLICA Le moderne turbine eoliche Sono generalmente formate da rotori a due o tre pale o una pala. Sono progettate per fornire i migliori risultati in termini di rendimento con velocità del vento comprese tra m/s Hanno potenze unitarie comprese tra poche decine di kw ed alcuni MW

13 ENERGIA EOLICA Distribuzione delle aree ventose

14 ENERGIA EOLICA Le prime turbine eoliche La prima turbina eolica collegata ad un generatore elettrico fu costruita dal metereologo danese Poul la Cour nel 1891 L'energia elettrica veniva utilizzata per produrre idrogeno, tramite elettrolisi dell'acqua, ed era quindi accumulata sotto forma di energia chimica. Nel 1918 erano presenti in Danimarca circa 120 turbine eoliche, con potenze comprese tra i 20 KW ed i 35 KW, per una potenza installata di circa 3 MW, pari circa al 3% del fabbisogno nazionale.

15 CONVERSIONE DELL ENERGIA SOLARE I primi tentativi per convertire l'energia solare in energia meccanica risalgono alla fine del 1800 Motore solare brevettato dall'ingegnere francese Abel Pifre nel Uno specchio concavo, del diametro di 3.5 metri, concentrava l'energia solare su una caldaia a vapore che azionava un piccolo motore a vapore, di 0.5 kw circa. Durante la dimostrazione pubblica, svoltasi ai giardini delle Tuileries a Parigi, questo motore azionò per circa 4 ore una macchina per la stampa, che riproduceva circa 500 copie all'ora del Soleil-Journal, redatto dallo stesso Pifre.

16 Solare Termomeccanico

17 Solare Termico passivo Tubi evacuati Cicli ad assorbimento ad alimentazione solare

18 ANDAMENTO DEL MERCATO Potenza solare termica cumulativa installata in Europa al 2004 Fonte: ESTIF, European Solar Thermal Industry Federation,

19 Celle fotovoltaiche

20 Celle fotovoltaiche

21 Conversione di energia primaria da combustibile fossile in energia per l uso finale avviene preferibilmente verso la forma elettrica per la maggiore facilità di trasporto Energia / PIL ktep/k En. elettrica / PIL kwh/k Anno di riferimento 240

22 In alternativa ad impiantistica di grande potenza si preferisce oggi la conversione energetica distribuita 1. Per ridurre i problemi sulla rete di trasmissione 2. Per redistribuire l impatto ambientale 3. Per rendere possibile il recupero termico dell energia scaricata E importante GARANTIRE una elevata EFFICIENZA

23 Di quali valori di efficienza si parla? Efficienza totale di conversione fonte primaria uso finale Per una corretta valutazione comparativa tra fonti energetiche stato in natura ciclo di vita stato finale A parità di fonte primaria (combustibile) e del suo stato unità di energia primaria Rendimenti di trasformazione e trasferimento aliquota finale

24 Di quali valori di efficienza si parla? Efficienza totale di conversione Grandi impianti (centinaia di MW) ciclo combinato gas - vapore

25 Di quali valori di efficienza si parla? Efficienza totale di conversione Grandi impianti (centinaia di MW) Il ciclo combinato gas - vapore rappresenta oggi indiscutibilmente la migliore tecnologia per la produzione di energia elettrica da gas naturale ciclo combinato gas - vapore in termini di efficienza emissioni costi... investimento operativi Nell ultimo decennio è stato protagonista di una vera e propria rivoluzione nel settore dell industria termoelettrica, spodestando le centrali a vapore dal ruolo praticamente monopolistico finora detenuto.

26 Di quali valori di efficienza si parla? Efficienza totale di conversione Elet. Grandi impianti (centinaia di MW) Attualmente Max 0,57 Perdite di trasmissione dell energia erogata : 6-7 % Energia Primaria 100% Impianto di conversione Energia elettrica erogata 58-60% Rete Energia netta all utenza % Calore scaricato 42-40% 40%

27 Di quali valori di efficienza si parla? Efficienza totale di conversione Elet. Grandi impianti (centinaia di MW) Attualmente Max 0,57 Media potenza (decine di MW) 0,52 icazioni cogenerative Installati spesso in abbinamento a processi industriali con applicazioni Il calore recuperato è utilizzato, almeno in parte, nel processo di produzione. Cartiere, Fornaci, Impianti alimentari, chimici,. L efficienza totale di conversione può raggiungere valori elevati ma ottenibili solo con una utenza termica pari all energia elettrica prodotta

28 Di quali valori di efficienza si parla? Efficienza totale di conversione Elet. Cogen. Grandi impianti (centinaia di MW) Attualmente Max 0,57 Media potenza (decine di MW) 0,52 0,65 icazioni cogenerative Installati spesso in abbinamento a processi industriali con applicazioni Il calore recuperato è utilizzato, almeno in parte, nel processo di produzione. Cartiere, Fornaci, Impianti alimentari, chimici,. L efficienza totale di conversione può raggiungere valori elevati ma ottenibili solo con una utenza termica pari all energia elettrica prodotta

29 Di quali valori di efficienza si parla? Efficienza totale di conversione Elet. Cogen. Grandi impianti (centinaia di MW) Attualmente Max 0,57 Media potenza (decine di MW) Bassa potenza (unità di MW) Con la diminuzione della potenza convertita in elettrica, aumenta la possibilità di recupero di energia termica La conversione è sempre più COGENERATIVA 0,52 0,65 0,35 (TG) - 0,46 (MCI) 0,75

30 Di quali valori di efficienza si parla? Efficienza totale di conversione Elet. Cogen. Grandi impianti (centinaia di MW) Attualmente Max 0,57 Media potenza (decine di MW) 0,52 0,65 Bassa potenza ( unità di MW) 0,35 (TG) - 0,46 (MCI) 0,75

31 Di quali valori di efficienza si parla? Efficienza totale di conversione Elet. Cogen. Grandi impianti (centinaia di MW) Attualmente Max 0,57 Media potenza (decine di MW) 0,52 0,65 Bassa potenza ( unità di MW) 0,35 (TG) - 0,46 (MCI) 0,75 Mini-cogenerazione (centinaia kw) 0,32 (TG) - 0,42 (MCI) 0,80 Micro-cogenerazione (decine kw) 0,30 (TG) - 0,40 (MCI) 0,85 Con potenze sempre più basse diventa sempre più facile l utilizzo dell energia termica anche per climatizzazione estiva con l impiego di impianti di assorbimento

32 Si stanno realizzando prototipi di piccole pompe di calore con motore Stirling per le quali si prevede una applicazione domestica con potenza elettrica di circa 1 kw e recupero termico di kwt. Se ne prevede l industrializzazione in due o tre anni.

33 LE EMISSIONI Al diminuire della potenza del gruppo cogenerativo e soprattutto con l uso di motori a combustione interna tutte le concentrazioni di inquinanti tendono ad aumentare All aumentare del valore di efficienza globale di conversione diminuisce la produzione specifica di anidride carbonica

34 DECARBONIZZAZIONE Per cercare di ridurre al massimo le concentrazioni di CO2 si può: Introdurre, a monte della camera di combustione, la fase di decarbonizzazione del combustibile, convertendo l idrocarburo primario in un combustibile ad alto contenuto di idrogeno e CO2 (syngas) e separando poi la CO2 per assorbimento chimico In alternativa si può operare a valle della combustione la rimozione per assorbimento della CO2 tramite assorbenti basici come le ammine, idrossido di sodio, carbonato di potassio

35 DECARBONIZZAZIONE

36 DECARBONIZZAZIONE Si raggiungono rimozioni della CO2 fino al 90% del contenuto totale

37 Comunque la tecnologia capace di maggiore salvaguardia ambientale e più economica installazione è rappresentata dal RISPARMIO ENERGETICO

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