ENERGIE RINNOVABILI FONTI NON RINNOVABILI FONTI RINNOVABILI

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1 ENERGIE RINNOVABILI FONTI NON RINNOVABILI Inquinamento da estrazione Inquinamento da trasporto Inquinamento da utilizzo Inquinamento da smaltimento AD ESAURIMENTO (rilevanza sociopolitica) BASSO COSTO BASSA TECNOLOGIA FONTI RINNOVABILI Inquinamento da utilizzo Inquinamento da smaltimento INFINITE (democratiche) ALTO COSTO ALTA TECNOLOGIA 38

2 Unità di Misura 1 Watt è la potenza di un processo che scambia 1 Joule di energia al secondo. La potenza infatti è definita come il lavoro (L) compiuto nell'unità di tempo (t), cioè la derivata dell'uno rispetto all'altro, e quindi, in base al principio di uguaglianza tra lavoro ed energia, la potenza misura anche la quantità di energia scambiata nell'unità di tempo, in un qualunque processo di trasformazione, meccanico, elettrico, termico o chimico che sia. 1Watt 1J = 1sec 1 Wattora è l energia fornita o assorbita da un processo che mantiene la potenza di 1W per 1 ora di tempo, ovvero è pari a 3600 J. 1J 1Wattora= x3600sec= 3600J 1sec 39

3 ENERGIE RINNOVABILI Costo attuale di1 kwh Rendimento Produzione potenziale annua Fossile $ 45-60% TWh X 100 anni Nucleare $ 30-35% TWh X 80 anni Idroelettrica $ 80-90% TWh Biomasse $ 17-40% TWh Eolica $ 35-45% TWh ( TWh teorico) Geotermica 0.05 $ 10-17% TWh Solare $ 12-20% TW di energia solare arrivano sulla Terra ogni anno Nei deserti posso produrre fino a 1,3 TWh per 1 km 2 CONSUMO MONDIALE ANNUO (2005): TWh NATURE Vol August 2008 pag816 40

4 ENERGIA SOLARE VANTAGGI non ha costi e/o rischi di estrazione e trasporto fonte onnipresente bassi costi di manutenzione SVANTAGGI alti costi fonte discontinua (alternanza luce-buio) problemi di storage materie prime rare per la costruzione dei pannelli fotovoltaici impoverimento del suolo 41

5 CELLA FOTOVOLTAICA La conversione dell energia solare in energia elettrica avviene in maniera diretta, all interno delle celle fotovoltaiche, per effetto fotoelettrico. Giunzione p-n di silicio con uno strato n molto sottile e trasparente I fotoni creano coppie elettronelacuna Le coppie nella zona di svuotamento vengono allontanate dal campo elettrico esistente in tale regione Se è applicato un potenziale alle superfici della cella, gli elettroni vengono catturati e generano corrente elettrica 42

6 BILANCIO ENERGETICO CELLA FOTOVOLTAICA 43

7 RENDIMENTO CELLA FOTOVOLTAICA Caratteristica di una cella fotovoltaica di A = 36 cm 2, alla temperatura di 25 C ed un irraggiamento I di 1000 W/m 2 Nel punto di funzionamento a massima potenza con tensione Vm e corrente Im si ricava: Pm = Vm Im = 0.45 W tenendo conto che la potenza radiante fornita alla cella vale: Pr = I A = 3.6 W si può facilmente calcolare il rendimento di conversione: η = Pm/Pr = 0.45/3.6 = = 12.5% 44

8 RENDIMENTO CELLA FOTOVOLTAICA Diminuzione del rendimento di circa 0,4%/ C 45

9 IMPIANTO FOTOVOLTAICO le celle sono estremamente fragili, elettricamente non isolate e prive di supporto meccanico vengono montate su moduli (da 36 celle), che forniscono loro connessione elettrica, incapsulamento tra una lastra di vetro e una di plastica, e supporto rigido 46

10 IMPIANTO FOTOVOLTAICO 47

11 TIPOLOGIE DI CELLE Si MONOCRISTALLINO (reticolo continuo): efficienza di conversione fino al 17%, moduli grandi Si POLICRISTALLINO (reticolo interrotto in grani): efficienza di conversione fino al 14%, moduli grandi Si AMORFO (deposizione catodica su supporto di vetro): efficienza di conversione fino all 8%, moduli piccoli, perdita di efficienza nel tempo FILM SOTTILE (CdTe, Si amorfo, Copper Indium Diselenide CIS): efficienza di conversione fino all 8%, moduli piccoli, perdita di efficienza nel tempo, flessibilità 48

12 POSSIBILI UTILIZZI CONNESSI ALLA RETE CENTRALI CONNESSI ALLA RETE DISTRIBUITI ISOLATI DOMESTICI ISOLATI NON DOMESTICI 49

13 POTENZA INSTALLATA 50

14 POTENZA INSTALLATA e a Montalto di Castro (VT) il più grande impianto fotovoltaico d Italia, grazie al quale il comune ha ottenuto NEL 2010 l autosufficienza energetica senza danni alla salute e all ambiente, sfruttando l energia solare (che permetterà un taglio di circa tonnellate all anno di emissioni di anidride carbonica). L impianto fotovoltaico nel 2010 generava circa 40 Gwh l anno con una potenza istallata di 24 MW. LA potenza installata è stata portata a 85 MW nel

15 ENERGIA IDROELETTRICA VANTAGGI non ha costi e/o rischi di estrazione e trasporto non ha emissioni fornisce riserve di acqua utili anche per agricoltura può dare sviluppo al turismo SVANTAGGI altissimo impatto socio-ambientale nella costruzione delle dighe alto costo inziale (1-5 milioni di $ per MW di capacità) non omogenea distibuzione risorse idriche nel mondo accumulo di sedimenti e materia organica nei bacini tecnologia matura, difficilmente migliorabile 52

16 ENERGIA IDROELETTRICA LA POTENZA TEORICA P IN kw RICAVABILE DA UNA MASSA D ACQUA CON UNA PORTATA Q E CON UN DISLIVELLO H È P=9,81xQxH CON Q IN m 3 /s E H IN m. LA POTENZA EFFETTIVA È MINORE DI QUELLA TEORICA IN QUANTO SI VERIFICANO DELLE PERDITE DI CARICO. INDICANDO CON η IL RENDIMENTO COMPLESSIVO DELL IMPIANTO IDRAULICO (COMPRENDENTE LE PERDITE DI CARICO CHE SI HANNO NELLE TURBINE E NELLE CONDUTTURE), LA POTENZA DIVENTA P=9,81x η xqxh CHE QUINDI è CIRCA L 80-90% DELLA POTENZA TEORICA 53

17 CENTRALI IDROELETTRICHE Impianti ad acqua fluente GLI IMPIANTI AD ACQUA FLUENTE SONO PRIVI DI CAPACITÀ DI REGOLAZIONE (SE NON ALL INTERNO DELLA CENTRALE) E PERTANTO LA PORTATA UTILIZZATA, E QUINDI LA POTENZA ISTANTANEA, È PARI ALLA QUANTITÀ DI ACQUA DISPONIBILE FINO AL LIMITE CONSENTITO DALL OPERA DI PRESA. PORTATE ELEVATE E BASSE CADUTE (FINO A 20 m) SONO TIPICHE DI QUESTI IMPIANTI. QUESTE SOLUZIONI COMPRENDONO DI SOLITO UN SISTEMA DI SBARRAMENTO CHE INTERCETTA IL CORSO D ACQUA ED UNA CENTRALE DI PRODUZIONE ELETTRICA SITUATA SULLA TRAVERSA STESSA O NELLE IMMEDIATE VICINANZE. 54

18 CENTRALI IDROELETTRICHE Impianti a bacino GLI IMPIANTI A BACINO SONO CARATTERIZZATI DALL AVERE UN BACINO DI RACCOLTA DELL ACQUA (INVASO) IN MODO DA REGIMARE L ENERGIA ELETTRICA PRODOTTA (DEFLUSSO REGOLATO). LA FUNZIONE DELL INVASO È QUELLA DI ACCUMULARE ACQUA IN UN CERTO PERIODO DI TEMPO DURANTE IL QUALE NON VIENE UTILIZZATA O VIENE UTILIZZATA IN MISURA MINORE. QUESTA MASSA D ACQUA VIENE SFRUTTATA NEI PERIODI IN CUI AUMENTA LA RICHIESTA DI ENERGIA ELETTRICA. GLI INVASI CONFERISCONO ELASTICITÀ DI SERVIZIO ALLA CENTRALE PERCHÉ SI RIESCE A REGOLARE IN QUALSIASI MOMENTO LA QUANTITÀ DI ACQUA UTILIZZATA IN BASE ALLA RICHIESTA DI ENERGIA. L INVASO SI PUÒ OTTENERE SBARRANDO LA VALLE DI UN CORSO D ACQUA CON UNA DIGA, CHE COSTITUISCE L OPERA PIÙ IMPORTANTE DI TUTTO L IMPIANTO. IL COSTO DI QUESTI IMPIANTI È MOLTO PIÙ ELEVATO RISPETTO A QUELLI AD ACQUA FLUENTE. IN QUESTI IMPIANTI I PROBLEMI MAGGIORI SONO CONNESSI AL BILANCIO IDRICO ED ALL IMPATTO AMBIENTALE. 55

19 CENTRALI IDROELETTRICHE Impianti di accumulo tramite pompaggio QUESTI IMPIANTI SONO CARATTERIZZATI DA UN BACINO DI RACCOLTA DELL ACQUA, DA CUI DEFLUISCE PRODUCENDO ENERGIA ELETTRICA QUANDO QUESTA VIENE RICHIESTA, MENTRE VIENE RIPORTATA IN TALE BACINO QUANDO SI HA MINOR RICHIESTA DI ENERGIA ELETTRICA. SONO COSTITUITI DA DUE SERBATOI POSTI A QUOTE DIVERSE E COLLEGATI DA UN SISTEMA DI OPERE E TUBAZIONI SIMILI A QUELLE DI UN NORMALE IMPIANTO IDROELETTRICO. LA SOLA DIFFERENZA STA NELLA POSSIBILITÀ DI INVERTIRE IL CICLO DI FUNZIONAMENTO. NELLE ORE DI MAGGIOR RICHIESTA DI ENERGIA (ORE DI PUNTA), L ACQUA DEL SERBATOIO SUPERIORE FLUISCE VERSO IL BASSO E LA CENTRALE PRODUCE ENERGIA ELETTRICA. NELLE ORE DI BASSA RICHIESTA DI ENERGIA L ACQUA RACCOLTA NEL BACINO INFERIORE VIENE POMPATA ATTRAVERSO LE STESSE CONDOTTE FINO AL SERBATOIO SUPERIORE, CHE VIENE COSÌ RIEMPITO. DURANTE IL POMPAGGIO, L ALTERNATORE FUNZIONA DA MOTORE SINCRONO ASSORBENDO ENERGIA ELETTRICA DALLA RETE E LA TURBINA FUNZIONA DA POMPA. QUESTI IMPIANTI, PER POTER SVOLGERE UN CICLO INTERO DI POTENZA E RIPRISTINO DEL LIVELLO INIZIALE DEL BACINO SUPERIORE, DEVONO PRELEVARE ENERGIA ELETTRICA DALLA RETE IN QUANTITÀ SUPERIORE A QUELLA PRODOTTA DALL IMPIANTO STESSO. MA L ENERGIA ELETTRICA CONSUMATA CON IL POMPAGGIO HA UN VALORE COMMERCIALE INFERIORE RISPETTO A QUELLA PRODOTTA DALLA CENTRALE NELLE ORE DI PUNTA, PERTANTO QUESTA UTILIZZAZIONE È ECONOMICAMENTE VANTAGGIOSA. 56

20 NUCLEO IDROELETTRICO DI TERNI Il Nucleo idroelettrico di Terni si estende su un vasto territorio nelle province di Terni, Perugia, Rieti e Macerata. È formato da 16 centrali idroelettriche, 3 serbatoi (Salto, Turano e Corbara) e 1 centrale di pompaggio. Utilizza le acque dei fiumi Nera, Velino, Tevere e loro affluenti. Gli impianti hanno in totale 38 gruppi di produzione, per una potenza efficiente di 530 MW e sono gestiti dal Posto di Teleconduzione di Villa Valle. Mediamente il nucleo produce circa milioni di kwh all anno (con punte che arrivano a milioni di kwh). 57

21 CENTRALE DI VULCI La Centrale idroelettrica Enel Green Power di Vulci è stato costruito nel È alimentato dalle acque del Fiora. La potenza è pari a 3,1 MW ed ha una portata di 10 metricubi al secondo. L'area di pertinenza della centrale oggi è un'oasi naturalistica gestita dal WWF. 58