Il Cammino dell Energia Lezione 4 Progetto Campioni.. d Energia

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1 Il Cammino dell Energia Lezione 4 Progetto Campioni.. d Energia Per studenti della Scuola Secondaria di 1 Grado 1

2 Il Cammino dell Energia Corso Il Cammino dell Energia Ing. Libero Buttaro 2

3 Il Cammino dell Energia Lezione 4 - L Energia Elettrica 3

4 Formazione Se si escludono fenomeni che hanno durata limitata, al contrario del petrolio del gas naturale e del carbone, non esistono giacimenti naturali in cui è immagazzinata energia elettrica. L energia elettrica è dovuta alla separazione delle cariche elettriche. Questa separazione avviene utilizzando altre forme di energia come quella chimica (nelle batterie); meccanica (nei generatori elettrici) o elettromagnetica (luce) Una volta separate le cariche tendono a ricombinarsi (esempio il fulmine) L energia elettrica nasce quando le cariche elettriche vengono separate. Ad esempio strofinando alcuni materiali questi si caricano positivamente perché gli elettroni, che sono cariche negative, lasciano il materiale. La forza di ricongiungimento delle cariche fa si che siano attirati corpi caricati negativamente. Una volta separate le cariche nascono forze che spingono al ricongiungimento. Queste forze generano la corrente elettrica Le nuvole nei loro movimenti producono zone dove si concentrano cariche positive o negative. Questa separazione è però destinata ad esaurirsi per effetto delle scariche, ovvero ricongiungimento di cariche, che si hanno tra nuvole e tra nuvole e Terra. Una forma di accumulo stabile di energia elettrica può essere di tipo artificiale, come avviene nelle pile e negli accumulatori, sfruttando le reazioni chimiche. 4

5 L elettricità si usa per : Usi domestici ed altre attività produttive Trasporto elettrico (treni, metro, tram, auto, bici, etc) Produzione (es.alluminio) L energia elettrica si è sviluppata industrialmente a partire dalla fine del 1800 per la sua versatilità di impiego, la sua facilità di trasporto e per l assenza di inquinamento nel luogo di utilizzo. Con l energia elettrica è possibile azionare i motori degli elettrodomestici utilizzati in casa e i motori utilizzati nelle industrie per effettuare le movimentazioni dei materiali e le lavorazioni. Un vasto campo di applicazione dei motori elettrici sono i trasporti pubblici. Treni, metropolitane, tram, filobus e bus elettrici hanno motori elettrici che li fanno muovere. Proprio per la capacità di non emettere inquinanti nel luogo di consumo, negli ultimi anni si vanno diffondendo anche sistemi di trasporto privato basati sui motori elettrici, a due e quattro ruote. Infine l energia elettrica si può trasformare completamente in calore, nei forni domestici e industriali. 5

6 Prese elettrodomestici Luci casa Interruttore Generale Casa Interruttore Generale Palazzo Rete Distribuzione Contatore Elettrico Casa Rete Distribuzione Luci palazzo Ascensore palazzo Contatore Elettrico Palazzo Una famiglia media italiana spende per l energia elettrica circa 550 Euro/anno Come consumatori finali dell energia elettrica vediamo che essa giunge nelle nostre case attraverso condutture metalliche che partono dal punto di distribuzione. Nel punto di arrivo delle condutture è situato il contatore elettrico che misura l energia elettrica che consumiamo e che paghiamo al fornitore. Dopo il contatore, che di solito è situato all inizio delle scale di casa, abbiamo gli interruttori situati in casa vicino la porta di ingresso. Dagli interruttori di casa partono le linee che vanno alle prese o all impianto di illuminazione. In caso di malfunzionamento dell impianto gli interruttori devono interrompere automaticamente il flusso di energia. Questa interruzione può salvare la vita e infatti alcuni di questi interruttori sono anche detti salvavita Ma da dove arriva l elettricità usata nelle nostre abitazioni? Lo vediamo nelle diapositive seguenti 6

7 Schema a blocchi Deposito Fonti energetiche primarie Trasmissione + Regolazione Flussi Produzione Distribuzione (Consumo) Estero Come detto nell introduzione, per aiutarci a descrivere i sistemi energetici del petrolio, del gas naturale e dell energia elettrica, utilizzeremo uno schema comune composto dai blocchi Produzione, Deposito, Distribuzione e Trasmissione La Produzione, è il blocco dove si rende disponibile l energia elettrica, sfruttando varie fonti primarie Per l energia elettrica non vi sono grandi Depositi dove possono essere immagazzinati i quantitativi in eccesso, in modo da recuperarli quando serve. Piccoli depositi sono possibili attraverso l uso di batterie elettriche. E possibile però conservare l energia in forme diverse, esempio come energia idraulica immagazzinata in un lago di montagna. Il blocco Distribuzione serve a portare l energia elettrica ai consumatori finali. Il blocco Trasmissione permette la circolazione dell energia elettrica tra la produzione e la distribuzione. Per completare la descrizione del sistema dobbiamo aggiungere lo scambio di energia con i Paesi Esteri e l approvvigionamento delle fonti energetiche primarie utilizzate per la produzione elettrica 7

8 Serbatoio acqua Fonti Elettrodotti Nazionali + Regolazione Flusso Centrali Elettriche Produzione sul posto Rete Distribuzione Elettrodotti con estero Nel blocco Produzione abbiamo le centrali elettriche, luoghi ove si effettua la trasformazione in energia elettrica del quantitativo energetico contenuto nelle fonti primarie. E molto importante per la Produzione il sistema di approvvigionamento delle fonti energetiche. Il sistema del petrolio e del gas naturale sono interessati anche per garantire la produzione di energia elettrica. Oggi grazie allo sviluppo di piccoli sistemi di produzione a fonti rinnovabili, è possibile generare energia elettrica anche sul posto di consumo, ad esempio attraverso l uso di impianti fotovoltaici. Il blocco Deposito, come anticipato, può essere rappresentato da bacini idroelettrici, naturali o artificiali, grandi depositi, o da batterie elettriche, piccoli depositi. Il blocco Distribuzione consente all energia elettrica di arrivare presso i consumatori finali Il blocco Trasmissione è costituito dai grandi sistemi di trasporto dell energia elettrica, attraverso elettrodotti aerei o in cavo, e dai dispositivi di regolazione dei flussi 8

9 Centrali Elettriche Termoelettriche A biocombustibili Idroelettriche Geotermoelettriche Eoliche Fotovoltaiche Ad Aprilia c è una grande centrale termoelettrica, oltre 650 impianti FV e vari impianti a biocombustibili Le centrali elettriche sono il cuore del sistema elettrico. Esse possono utilizzare fonti non rinnovabili, come le fonti fossili, oppure fonti rinnovabili, come l energia idraulica, geotermica o eolica. Si stanno diffondendo recentemente le centrali fotovoltaiche e quelle che utilizzano biocombustibili. Tra le centrali di grande dimensione vi sono le centrali nucleari, che in passato hanno funzionato anche in Italia, ma che adesso sono in smantellamento. In altri Paesi, invece, come la Francia, continuano ad essere usate massicciamente. Una grande centrale che utilizza combustibili fossili produce elevati quantitativi di sostanze che possono nuocere all ambiente ed alla salute del persone. Queste centrali hanno quindi bisogno di importanti sistemi di riduzione degli inquinanti, da tenere sempre sotto controllo. Un grande problema delle centrali a combustibili fossili sono le emissioni di anidride carbonica, che contribuiscono all aumento dell effetto serra. 9

10 Elettrodotti Volt Volt Volt Volt Cavo Volt Conduttore aereo (anche sottomarini) Cavo Le apparecchiature elettriche possono funzionare in corrente continua o in corrente alternata. Il sistema nazionale che ci fornisce energia elettrica funziona in corrente alternata. Per passare dalla corrente alternata a quella continua e viceversa ci sono degli apparecchi detti convertitori. Il sistema di Trasmissione dell energia elettrica comprende sia fili posati su tralicci che cavi posati sotto terra o poggiati sul fondo marino. I sistemi di trasmissione dell energia elettrica sono in alta tensione. Più è alta la tensione e più i fili che portano la corrente devono stare distanti tra loro per evitare scariche. Più è alta la corrente che devono trasportare e più è alta la sezione dei fili. In Italia la più alta tensione di trasporto vale Volt. Per rendersi conto del livello basti ricordare che nelle nostre case abbiamo 220 Volt. In altri Paesi per la trasmissione su lunghissime distanze si usano tensioni anche superiori in corrente continua 10

11 Posa linee elettriche Nave posacavo La realizzazione di una linea elettrica impegna molte tecnologie e mezzi, essendo diversi gli ambienti da attraversare. Per le linee aeree da posare in zone montuose si utilizzano spesso gli elicotteri, poiché non vi sono strade per portare i materiali. Per i cavi da posare sul fondo del mare si utilizzano navi speciali dette posa-cavo Il montaggio dei componenti delle linee richiede personale particolarmente specializzato che deve lavorare a grandi altezze o nella profondità del mare. 11

12 Trasformazione Stazione elettrica Trasformatore elettrico Casa Cabina elettrica primaria Cabina elettrica secondaria Cabina elettrica secondaria Il sistema elettrico nazionale è composto da reti a diverso livello di tensione. Queste reti sono collegate tra loro attraverso apparecchi detti trasformatori elettrici. I trasformatori fanno sì che, dalla tensione di Volt, si arrivi progressivamente alla tensione di 220 Volt utilizzata nelle nostre case. Queste apparecchiature sono installate nelle stazioni elettriche o nelle cabine elettriche primarie e secondarie Facendo il paragone con il sistema di trasporto delle merci, la stazione elettrica equivale allo scalo merci, ferroviario o marittimo, dove arrivano grandi quantitativi di merci Le cabine elettriche primarie equivalgono ai depositi dei grossisti riforniti da TIR che partono dallo scalo merci. Tutta Aprilia è alimentata da una cabina elettrica primaria situata in zona Montarelli. Le cabine elettriche secondarie equivalgono ai negozi dei venditori dove arrivano i furgoni che partono dai depositi dei grossisti. Dalle cabine elettriche secondarie partono i fili che arrivano agli edifici delle nostre case ed ai negozi. Guardandosi attorno è facile riconoscere questi manufatti 12

13 Scambio elettricità con estero (Anno 2014) Austria Slovenia Svizzera Grecia Francia L Italia nel 2017 ha importato dall estero circa il 12% del proprio fabbisogno di elettricità Le linee di trasmissione uniscono anche l Italia con i Paesi confinanti. Attraverso queste linee si ha l importazione di una parte del fabbisogno di energia elettrica consumata in Italia E bene ricordare però che anche gran parte dei combustibili utilizzati per la produzione di energia elettrica viene dall estero, quindi complessivamente la dipendenza dall estero nel settore elettrico è molto elevata. Negli ultimi anni l aumento della produzione elettrica da fonti rinnovabili sta riducendo il grado di dipendenza dall estero. Il Paesi confinanti dove passa la maggior parte dell energia di importazione sono la Svizzera e la Francia. L energia che proviene dalla Grecia arriva attraverso un cavo sottomarino. L energia che arriva in Italia dalle frontiere non è detto che sia prodotta nei Paesi confinanti. Potrebbe essere anche energia prodotta in Norvegia che attraversa vari Paesi europei prima di arrivare in Italia. L unione delle reti dei Paesi europei costituisce la grande rete europea che è gestita in modo coordinato tra i vari Paesi 13

14 Blackout Italia 2003 Per un guasto ad una linea di importazione con la Svizzera, il 28 settembre 2003 si manifestarono una serie di eventi che portarono all interruzione dell energia elettrica in tutta l Italia. Questo evento è detto black-out e quando si manifesta a livello nazionale è molto complicato per i Paesi procedere a riattivare il servizio elettrico. Fortunatamente si tratta di un evento rarissimo. Sono riportate alcune foto che ci fanno capire gli effetti dell incidente del Tutti i servizi alimentati direttamente dalla rete elettrica cessarono istantaneamente di funzionare. Solo quelli che avevano una produzione autonoma ausiliaria continuarono a funzionare, come gli ospedali. Treni, metropolitane, illuminazione stradale, energia nelle abitazioni vennero a mancare. Quando manca l elettricità ci si rende conto di quanto essa sia importante per la nostra vita. 14

15 4. L Energia Elettrica Audio-descrizione 1. Una famiglia spende per l energia elettrica in media circa 550 Euro all anno in media circa Euro all anno in media circa Euro all anno 2. L energia elettrica si utilizza. solo per gli elettrodomestici per molti usi tra cui il trasporto urbano solo nelle fabbriche 3. L energia elettrica si produce nelle reti elettriche nei serbatoi d acqua nelle centrali elettriche 4. L energia elettrica si produce in casa. con antenne che captano l energia magnetica con pannelli solari con pannelli fotovoltaici 5. Le centrali elettriche che sfruttano il calore del sottosuolo si chiamano. centrali geotermoelettriche centrali termiche centrali sotterranee 6. Ad Aprilia ci sono grandi centrali? No perché non ci sono corsi d acqua No perché l energia viene da Roma Si 7. Le centrali fotovoltaiche trasformano l energia solare in acqua calda l energia solare in energia elettrica l energia solare in silicio semiconduttore 8. I cavi dell energia elettrica passano. sottoterra, ma non in acqua solo sui tralicci sottoterra, in acqua e in aria 9. Le importazioni di energia elettrica.. arrivano solo da Francia e Svizzera arrivano attraverso le linee elettriche in estate arrivano dalla Grecia 10. Quando manca totalmente l elettricità. si ha un blackout si ha una crisi energetica la bolletta elettrica non è arrivata Nell ultima diapositiva sono riportate alcune domande, a risposta multipla, su argomenti trattati nella lezione. Gli studenti potranno utilizzare queste domande per verificare se alcuni contenuti della lezione sono stati assimilati nel modo corretto. Tra queste domande sono presenti anche quelle che faranno parte della prova tra gruppi per l assegnazione dei punteggi. 15