ENERGIE RINNOVABILI PER IL FUTURO Aula Magna Triennio I.T.T. G. e M. Montani Fermo Prof. Silenzi Andrea 22/03/2014
Situazione energetica Si avrà una crescita della domanda di energia elettrica per il prossimo decennio di 1,1% all'anno. T.E.R.N.A. ha valutato la capacità di generazione disponibile complessivamente necessaria alla copertura del carico massimo che avverrà nel 2023, con un valore di 83 GW
Situazione energetica
Situazione energetica
Situazione energetica
Situazione energetica
Situazione energetica Si osserva dal grafico, una similitudine nei profili, ma anche una crescente divaricazione nei due tracciati blu e rosso. Mentre la ricchezza prodotta nella Nazione, espressa in termini di P.I.L. aumenta in 30 anni del 50%, la domanda di energia elettrica si incrementa dell' 80%. Emerge pertanto che la relazione tra domanda elettrica e P.I.L. non è costante ma gradualmente variabile nel tempo, poiché la domanda di elettricità cresce in Italia ad un ritmo maggiore del P.I.L.
Situazione energetica
Situazione energetica
Situazione energetica
Situazione energetica
Temperatura della terra dal 1880 al 2010
Quanta energia regalata dal Sole! Alle nostre latitudini del centro Italia, ogni secondo di irradiazione solare, la terra riceve dal sole un flusso di radiazione, incidente la esosfera a 100 km di altezza, corrispondete a 1,4 kw/m2, per un totale considerando tutta la superficie terrestre di 0.175 EW (1.75x1017 W)
Quanta energia regalata dal Sole! L'Energia radiante solare disponibile è di 386 YW (3.86x1026 W). In sostanza solo due miliardesimi di tale radiazione solare incide nella superficie terrestre. Per fare un confronto della enormità di tale radiazione basti pensare che la totalità dell'energia consumata dall'umanità nel 2004 è stata di 15 TW 12 ( 15x10 W )
Quanta energia regalata dal Sole! L'Energia solare causa i moti atmosferici, e indirettamente, attraverso i venti che si vengono a creare per mezzo degli spostamenti di correnti calde e fredde, sono disponibili sulla terra ben 850 TW disponibili tramite l'energia eolica
Sistemi più diffusi di conversione energetica rinnovabile - Solare Fotovoltaica Concentrazione termodinamica - Eolica - Maremotrice - Geotermoelettrico 22/03/2014
Solare a concentrazione termodinamico
Solare a concentrazione con collettori parabolici lineari
Solare a concentrazione con collettori parabolici lineari Collettore solare parabolico ottenuto da una sperimentazione effettuata presso l'azienda KONIA 22/03/2014
Solare a concentrazione con collettori parabolici lineari Sali fusi Nitrato di Sodio NaNO3 60 % Nitrato di Potassio KNO3 40 %
Solare a concentrazione con collettori parabolici lineari per cogenerazione
Solare a concentrazione con collettori parabolici lineari Potenza termica specifica = 752 Wth/m2 In via del tutto generale i costi di impianti CSP sono compresi tra i 2000 e i 3600 /kwe, il grande campo di variabilità dipende dalla ricerca dei materiali da utilizzare per i collettori e dalla insolazione del sito. I serbatoi di accumulo incidono solo per un 8%.
Solare a concentrazione con collettori parabolici lineari VANTAGGI: - Stoccaggio di energia fino a 28800 s (8 ore) di assenza solare - L'impianto è modulare quindi adatto a produrre elevante potenze da centinaia di kw a MW - Durata dell'impianto oltre 933,12 Ms (30 anni) accertato al primo impianto CSP installato - può avere alte ricadute occupazionali ( per realizzare un impianto da 50MW ci vogliono 2250 operai per un anno e mezzo e dopo la messa in funzione ne serviranno per manutenzione e gestione circa 50 - può essere usato per impianti di cogenerazione SVANTAGGI: - Tecnologia conveniente per valori di insolazione superiori a 1800 kw/m2 22/03/2014
Solare a concentrazione con torre solare
Solare a concentrazione con torre solare
Solare a concentrazione con torre solare
Solare a concentrazione con torre solare Le altezze delle torri variano dagli 80 ai 150 m di altezza. Gli eliostati ( specchi riflettenti ) possono essere disposti sul lato nord oppure in cerchio alla torre solare. Attualmente il più grande impianto al mondo è installato nel deserto del Mojave in California a 65 km di distanza da Las Vegas (che si trova nel Nevada), la potenza dell'impianto è di 392 MWe su tre torri solari, servendo una città di 140 mila case, con radiazione solare di 2717 kwh/m2 annui, per un costo di 160 $/m2 impiegando per la costruzione 1896 lavoratori e 90 fissi per manutenzione ed esercizio.
Solare a concentrazione con torre solare E' una tecnologia con commercializzazione relativamente recente. Una prima istallazione risale al 1981 con un primo impianto da 1 MWe ad Adrano vicino Catania. Questa tecnologia possiede una capacità di concentrazione elevati, fino a 1000 C. L'evoluzione di questa tecnologia prevede di poter produrre energia ad un costo di 0.04 /kwh.
Torre solare Nella parte inferiore della torre solare, sono presenti le turbine. La zona intorno alla torre solare viene opportunamente riscaldata dalla radiazione solare grazie a opportuni pannelli che riscaldano la zona intorno alla torre, l'aria con densità minore risale dentro la torre passando attraverso le turbine e producendo alla fine energia elettrica Una installazione di questo tipo è attualmente in costruzione nel deserto dell'arizona. Si è stimata una produzione di 200 MW
Solare a concentrazione tipo fresnel
Solare a concentrazione puntuale a dischi parabolici Può avere singole potenzialità da 1 kw a 25 kw, i raggi solari riflettendo sul disco a forma di parabola, concentra l'energia solare su di un punto detto fuoco. Nel punto focale è presente un motore detto Stirling
Motore Stirling Motore Stirling modello Alfa Motore Stirling modello Beta Motore Stirling modello Gamma
Solare a concentrazione puntuale a dischi parabolici
Solare a concentrazione puntuale a specchi frazionati ad inseguimento solare
Impianti installati nel mondo sul solare a concentrazione
Solare ad alta concentrazione fotovoltaica Minore richiesta di spazio: Un sistema fotovoltaico ad alta concentrazione ha bisogno di una porzione di terreno inferiore del 40-50% rispetto all'equivalente di potenza in silicio e del 70-80% rispetto al film sottile. Il fotovoltaico ad alta concentrazione nasce dall'unione di tecnologie differenti tra le quali ottica, meccanica, termica, controllo automatico, studio dei materiali semiconduttori e dei sensori etc. I sistemi ad alta concentrazione fotovoltaica hanno un coefficiente di concentrazione (area della lente di Fresnel divisa per l'area di una singola cella) di più di 300 soli. Con una tale concentrazione si può arrivare a efficienze energetiche dell'ordine del 28%.
Solare ad bassa concentrazione fotovoltaica-termica Con questa tecnologia è possibile produrre energia elettrica nell'ordine dei 270 kwh con temperature di 80 C ed oltre
Concentratore a luminescenza Il principio della tecnologia si basa su un particolare additivo che stampato o addizionato nella massa della plastica trasparente, rende il polimero una guida d onda solare in grado di incanalare la luce per poi concentrarla sui bordo dello stesso polimero dove sono posizionate delle celle solari che la trasformano in energia elettrica: questo sistema si chiama concentratore a luminescenza. Dunque, grazie a questa soluzione, non solo si potrà aumentare la resa dei sistemi fotovoltaici fissi, ma ogni oggetto stampato in materiale trasparente, anche in forma complessa, può diventare un concentratore solare e, abbinato a una cella fotovoltaica, può diventare un dispositivo efficiente in grado di fornire energia elettrica o autoalimentarsi
EOLICA
EOLICA
Caratteristiche Pale Eoliche
Maremotrice Questa energia si chiama a Sistema a colonna d'acqua oscillante, sfrutta il movimento delle onde che entrando costipato nel canale in cemento, crea una corrente d'aria in salita e in discesa dove in alto è situata una particolare turbina, detta Wells, che grazie al suo particolare profilo, gira sempre in un solo verso di rotazione. Le potenze raggiungibili vanno dai 500 kw a 1 MW.
Maremotrice con turbine eoliche marine
Energia talassotermica In primo luogo, le acque di superficie calde riscaldano un fluido con un basso punto di ebollizione, come ammoniaca o il Propano R 290 o una miscela di acqua e ammoniaca. Quando questo fluido bolle, il gas risultante crea pressione sufficiente a guidare una turbina che genera energia. Il gas viene quindi raffreddato mediante il passaggio del tubo nell acqua fredda pompata dal mare profondo attraverso massicci tubi in vetroresina, di circa 1.000 metri di lunghezza, che aspirano acqua fredda fino per far condensare il fluido in uscita dalla turbina. Mentre il gas condensa, l acqua di mare viene restituita al profondo dell oceano. Si installerà nei prossimi anni, nell'oceano Indiano, un impianto da 10 MW.
Geotermoelettrico Consiste nel sfruttare l'acqua evaporata che fuoriesce dal sottosuolo, dove per una particolare congiunzione di fenomeni naturali tra l'acqua e il terreno riscaldato dalla vicinanza con una grande fonte di calore come può essere il magma, si viene a generare il così detto Gayser. L energia posseduta dal vapore, fatto espandere in una turbina accoppiata ad un generatore, viene prima trasformata in energia meccanica e poi in energia elettrica. Il vapore esausto è convogliato nel condensatore, dove è convertito in acqua ad elevata temperatura, che passa nella torre di raffreddamento, dove viene raffreddata e iniettata nel sottosuolo.
Geotermoelettrico In Italia le applicazioni importanti e storiche dell energia geotermica sono ubicate in Toscana. Oltre trenta impianti di produzione, una potenza installata di circa 800 MW ed una produzione energetica superiore a 5000 GWh all anno, rappresentano circa un quarto dell energia elettrica consumata nella regione stessa, e quasi il 2% del fabbisogno nazionale. Tutte le attività di coltivazione geotermica finalizzate alla produzione di energia elettrica sono realizzate dalla Società ENEL. Penetrando in profondità la superficie terrestre, la temperatura aumenta mediamente di circa 30 C per ogni km (cioè il gradiente geotermico medio è 30 C/km). Vi sono però zone in cui questo aumento di temperatura è notevolmente maggiore (si possono, per esempio, trovare rocce a temperature di 300 C a soli 2000 metri di profondità) per la presenza di un serbatoio o giacimento geotermico.
CONCLUSIONI
CONCLUSIONI Allo stato attuale si sono scoperti diversi pianeti che sembrerebbero uguali al nostro, ma non sappiamo ancora, vista la notevole distanza, se sono presenti tutte le caratteristiche che la nostra natura ci regala. Pertanto oggi come oggi, abbiamo solo un pianeta dove vivere, il nostro...e purtroppo l'uomo gli stà togliendo la linfa vitale. Se il pianeta muore, moriranno anche i loro passeggeri. Visto il notevole tasso di natalità mondiale, degli ultimi cento anni, il futuro dell'energia dovrà essere assolutamente rinnovabile, non dovrà essere inquinante per l'aria, e con produzione energetica sul posto. Le attuali ricerche sulle energie rinnovabili, dei vari enti sparsi nel pianeta, proseguono a singhiozzo e a rilento, per i soliti motivi economici e di interesse al fossile. Si sono fatti notevoli passi avanti, ma ancora non è abbastanza. Abbiamo in Italia un futuribile esempio di territorio che potrà diventare completamente autonomo dalle fonti fossili, che è la Sardegna. Ben presto questa regione sarà completamente autonoma energeticamente, grazie all'ausilio di tutte le fonti rinnovabili che, allo stato attuale, funzionano.
Grazie per la vostra attenzione