Produzione dell energia

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1 Produzione dell energia Consumo energetico svizzero Figura 1. Consumo energetico globale discriminato per vettore energetico Figura 2. Consumo energetico discriminato per settori economici 1

2 Figura 3. Profilo storico del consumo energetico, discriminato per fonti energetiche Si noti da una parte come il consumo energetico svizzero totale è costituito per gran parte (dalla figura 1 si può calcolare il 64% circa) da energia derivata da fonti non rinnovabili (fossili) 1. Inoltre oltre il 50% del consumo è dovuto alle economie domestiche e ai trasporti, come si puo vedere dalla figura 2. Si osservi anche come ci sia stato un aumento dei consumi a partire dagli anni 50 e che questo aumento, seppure con un certo calo del gradiente, continui almeno fino al 2010 (figura 3). Risulta molto interessante anche il diagramma di flusso che mostra le varie fonti di energia seguire i vari percorsi di conversione verso le utenze finali. anche in questo schema è visibile la preponderanza delle fonti fossili. 1. Le immagini di questo paragrafo sono tratte dal Bundesamt für Energie. 2

3 Figura 4. Flusso energetico dalle fonti alle utenze finali 3

4 Mix energetico elettrico svizzero In Svizzera la produzione di energia elettrica è svolta a partire dalle seguenti fonti 2 : Figura 5. Mix elettrico svizzero Il settore che produce più energia è il nucleare seguito dall idroelettrico ad accumulazione, quindil idroelettrico ad acqua fluente e poi le altre fonti. Vediamo più da vicino alcune di queste fonti. Centrale nucleare L energia nucleare si basa sulla fissione nucleare che abbiamo già visto. Riprendiamo brevemente i concetti principali con uno schema 3 : 2. Ibidem, vedi nota precedente. 3. Tutte le immagini successive, se non specificato, sono tratte da Wikipedia e sotto la legislazione Creative Commons 4

5 1 reactor vessel 2 fuel core element 3 control rod element 4 circulation pumps 5 control rod motors 6 steam 7 inlet circulation water 8 high pressure turbine 9 low pressure turbine 10 electric generator 11 electrical generator exciter 12 steam condenser 13 cold water for condenser 14 pre-warmer 15 water circulation pump 16 condenser cold water pump 17 concrete chamber 18 connection to electricity grid Figura 6. Schema di funzionamento di una centrale nucleare 5

6 Nel reattore viene introdotto il combustibile nucleare che, con la fissione nucleare, produce calore. Il calore riscalda l aria che viene convogliata in tubi che giungono a un serbatoio di acqua. Quest acqua diventa vapore che viene inviato alle turbine che girando fanno girare l alternatore che genera elettricità. Il vapore viene raffreddato da un circuito di acqua proveniente da un fiume e ritorna nel suo serbatoio come acqua. L acqua di raffreddamento viene restituita al fiume. Questa centrale non emette gas a effetto serra. Il suo problema sono i rifiuti radioattivi che devono essere contenuti in condizioni ben precise. Centrale idroelettrica ad accumulazione Nella centrale idroelettrica ad accumulazione si sfrutta la caduta in una condotta forzata di una massa d acqua accumulata inizialmente in un bacino sopraelevato. Questa massa d acqua possiede un energia potenziale gravitazionale che dipende dalla massa di acqua accumulata e dall altezza a cui si trova il bacino per rapporto alle turbine. Quando la massa d acqua cade verso le turbine, la sua energia potenziale gravitazionale si trasforma in energia cinetica. L acqua fa girare le turbine che fanno girare gli alternatori con conseguente produzione di elettricità. L acqua viene poi restituita, a valle, al fiume che, a monte, alimenta il bacino. Questa centrale non emette gas a effetto serra. Il suo problema è la costituzione del bacino che sommerge gran parte del paesaggio e che depaupera il fiume che la alimenta. Hydroelectric Dam Reservoir Intake Powerhouse Long Distance Power Lines Generator Penstock Turbine River Figura 7. Schema di una centrale idroelettrica ad accumulazione Centrale idroelettrica ad acqua fluente Sui grandi fiumi è possibile costruire delle centrali idroelettriche ad acqua fluente costituite da un primo sbarramento che blocca i pesci e li costringe a deviare in un canale laterale che permette di evitare le pale, seguito dal blocco con le pale che ruotano a velocità costante 24 ore al giorno spinte dalla corrente del fiume. Queste centrali producono elettricità 24 ore al giorno anche se la quantità di elettricità prodotta 6

7 è inferiore a quella delle centrali idroelettriche ad accumulazione. Questa centrale non emette gas a effetto serra. Il suo problema è l interruzione del normale percorso per la fauna ittica del fiume; proprio per questo negli impianti più moderni si progettano degli appositi passaggi laterali. Figura 8. Centrale ad acqua fluente Centrale eolica Una centrale o parco eolico è costituito da un insieme di pale eoliche che ruotano spinte dal vento, ciascuna pala è indicativamente costruita come mostrato nella figura 9 4. All interno del rotore è presente un alternatore che produce elettricità. La produzione dipende dall intensità e dalla costanza del vento, due fattori di non facile previsione. Questa centrale non emette gas a effetto serra, ma causa problemi di estetica paesaggistica e può avere effetti negativi sull avifauna locale e migratoria. Inoltre è anche rilevante l impatto del rumore. Si noti come a seconda della tipologia di vento da sfruttare esistono varie geometrie per le eliche come i sistemi Savonius e Darrieus che non necessitano di orientarsi in base alla direzione del vento. 4. Fonte: 7

8 Centrale solare Figura 9. Turbina eolica Una centrale solare è costituita da una serie di pannelli che trasformano direttamente la luce solare in elettricità (solare fotovoltaico) o che trasferiscono il calore del sole a dell acqua producendo acqua calda sanitaria (solare termico). In entrambi i casi questi pannelli possono essere montati sui tetti delle abitazioni in luoghi soleggiati. Si possono anche utilizzare estensioni di terreno più o meno ampie. I pannelli solari non emettono gas a effetto serra, ma hanno una durata di vita non elevata e quindi il costo energetico di produzione pesa su di loro. In effetti, in fase di produzione, si consumano risorse e si produce anidride carbonica. Si osservi lo schema della figura 6 con il funzionamento di una giunzione PN in silicio 5. Figura 10. Funzionamento dei pannelli fotovoltaici con silicio drogato (PN) 7 5. Da 8

9 Figura 11. Pannello solare termico Pompa di calore La pompa di calore è uno strumento che estrae calore dal terreno, dalla faida di acqua sotterranea o dall aria esterna, per scaldare l aria interna di un abitazione. Serve solo come riscaldamento ed è costituita da uno scambiatore di calore che si trova nel terreno o nella falda o all esterno della casa. L aria interna, fredda, viene pompata fino allo scambiatore di calore dove si scalda e poi viene pompata all interno della casa scaldandola. La pompa di calore non emette gas a effetto serra, ma serve unicamente per il riscaldamento e ha bisogno di una differenza di temperatura piuttosto marcata per funzionare efficacemente. Figura 12. Pompe di calore: fonti di energia 9

10 Figura 13. Pompa di calore: funzionamento 10