Lezione n. 3: le energie rinnovabili anno scolastico 2012-2013 LEZIONE n. 3 ENERGIE RINNOVABILI 1
INDICE DEGLI ARGOMENTI 3.1. le caratteristiche 3.2. l energia eolica 3.3. l energia idrica 3.4. l energia geotermica 3.5. la biomassa 3.6. l energia solare 3.7. il risparmio energetico 2
3.1. LE CARATTERISTICHE sono nuovamente disponibili in tempi estremamente brevi, per questo possono considerarsi inesauribili l'impatto ambientale derivante dal loro utilizzo è minimo permettono di limitare le emissioni di CO 2 la cui riduzione èil principale obiettivo fissato da Protocollo di Kyoto. permettono di ottenere energia rinnovabile per il futuro ad un prezzo competitivo risolvendo così il grosso problema della sempre più crescente richiesta di energia. sono risorse locali che garantiscono un minore spreco per il trasporto e maggiore sicurezza nell'approvvigionamento. 3
3.2. L ENERGIA EOLICA La parola deriva da Eolo (personaggio della mitologia greca dio del vento) che significa veloce. Si ottiene dalla conversione della forza del vento in una forma utilizzabile di energia, generalmente grazie all'utilizzo di aerogeneratori (moderni mulini a vento) che producono energia meccanica. Il vento fa girare le pale, che collegate ad un generatore trasforma l energia meccanica in energia elettrica. Oggi viene per lo più convertita in energia elettrica tramite una centrale eolica, mentre in passato l'energia del vento veniva utilizzata immediatamente sul posto come energia motrice per applicazioni industriali e preindustriali (come ad esempio nei mulini a vento). aerogeneratore 4
Lezione n. 3: le energie rinnovabili 3.2. L ENERGIA EOLICA L energia eolica è stata la prima forma di energia rinnovabile, assieme a quella idraulica, scoperta dall'uomo dopo il fuoco (si pensi alle vele delle navi). Nella società moderna è una tra le forme di energia rinnovabile a sostegno della cosiddetta economia verde. Le applicazioni più tipiche sono i parchi eolici, sebbene possa essere sfruttata anche in installazioni stand alone su piccola scala. In Italia vi è una capacità di generare energia eolica per 6.936 MW, che la colloca al 7º posto a livello mondiale. Per lo sfruttamento vantaggioso dell energia eolica è fondamentale lo studio delle variazioni della velocità del vento. 5
3.2. L ENERGIA EOLICA curiosità La turbina eolica più grande del mondo si trova in Danimarca I NUMERI la turbina eolica èdi 154 metri di diametro le pale misurano circa 75 metri l una l impianto da 6Mega watt produce 25 milioni di kilowattora fabbisogno di ben 6.000 famiglie 6
3.3. L ENERGIA IDRICA L energia idrica si genera sfruttando il movimento di grandi masse di acqua in caduta. La massa di acqua, cadendo, produce energia cinetica che, attraverso una turbina e un alternatore, viene poi trasformata in energia elettrica. La trasformazione avviene grazie al superamento di un dislivello o di un salto. 7
3.3. L ENERGIA IDRICA Le centrali idroelettriche sono strutture grandi e la loro realizzazione è molto costosa poiché includono costruzioni come: bacini artificiali, dighe, canali di derivazione, installazioni di grandi turbine e generatori elettrici. Nelle centrali idroelettriche una grande massa d acqua viene raccolta sbarrando, per esempio, il corso di un fiume con una diga. L energia potenziale dell acqua viene trasformata in energia cinetica facendola scendere attraverso delle ripide condutture che comunicano con una turbina. L acqua muove le pale di una turbina che è collegata con un alternatore. Quest ultimo trasforma l energia meccanica in energia elettrica. L acqua, una volta utilizzata, viene fatta defluire a valle mediante opportune opere di scarico. La tensione della corrente prodotta viene innalzata nei trasformatori da 6000 a 220.000 volt per diminuire la dispersione durante il trasporto nei cavi. Prima di essere utilizzata, la corrente subisce un abbassamento di tensione che la riporta prima a 6000 volt e poi a 220 volt quando arriva nelle nostre case. 8
3.3. L ENERGIA IDRICA curiosità La più grande centrale idrica nel mondo, la diga idroelettrica di Itaipú, è considerata una delle sette meraviglie di ingegneria civile del XX secolo, costruita lungo il fiume Paraná, sul confine tra Brasile e Paraguay. Nel 2000 la produzione soddisfece la domanda del 95% dell'energia elettrica consumata in Paraguay e il 25% del Brasile. NUMERI Lago artificiale capienza: 29 miliardi di m³ di acqua Superficie del bacino: 135.000 ettari Altezza: 196 m Lunghezza complessiva: 7.700 m Capacità energetica: 14.000 MW Produzione energetica: 90.620 GWh/anno 9
3.4. L ENERGIA GEOTERMICA L'energia geotermica è una forma di energia prodotta dal calore presente negli strati più profondi della crosta terrestre. Infatti, penetrando in profondità nella superficie terrestre, la temperatura diventa gradualmente più elevata, aumentando mediamente di circa 30 C per km. Il processo è naturale: le acque del sottosuolo si infiltrano attraverso delle rocce porose e permeabili; nel momento in cui arrivano in contatto con delle rocce calde si riscaldano e tornano in superficie sotto forma di vapore. Il vapore servirà poi per far girare la turbina che produce energia elettrica. Geniale, no? ma sono pochi i posti dove poter costruire un impianto geotermico: vicino vulcani o geyser ed i costi per la realizzazione sono elevati, molti Paesi però ne traggono beneficio. Per estrarre e usare il calore imprigionato nella terra, è necessario individuare la zona con anomalia termica positiva dove il calore terrestre èconcentrato, chiamata serbatoio o giacimento geotermico. 10
3.4. L ENERGIA GEOTERMICA Il primo impiego di energia geotermica per la produzione di energia elettrica avvenne a Larderello, in Toscana, il 4 luglio 1904 per merito del principe Piero Ginori Conti che sperimentò il primo generatore geotermico. I soffioni boraciferi di Larderello sono fluidi ad alta pressione che fuoriescono violentemente dal terreno, da spaccature naturali o perforazioni artificiali. L'area geotermica di Larderello è particolarmente affascinante per le attività di sfruttamento della risorsa geotermica che soddisfa un quarto del fabbisogno energetico della regione Toscana. Soffioni boraciferi di Larderello 11
3.4. L ENERGIA GEOTERMICA curiosità Il più grande complesso geotermico al mondo si trova in Italia sul Monte Amiata (l'impianto ha un potenziale di 1400 MW, sufficiente a soddisfare le richieste energetiche dell'area attorno ad essa). La geotermia èla fortuna energetica dell'islanda, dove l'85% delle case è riscaldato con questa fonte energetica. La grande isola del nord Atlantico basa l'intera sua esistenza sul naturale equilibrio tra la presenza di acqua calda in profondità e l'atmosfera esterna sotto zero. 12
3.5. LA BIOMASSA L energia da biomasse è una fonte prodotta da: residui agricoli e forestali legname da ardere scarti dell'industria agroalimentare reflui degli allevamenti rifiuti urbani specie vegetali coltivate per lo scopo 13
3.5. LA BIOMASSA Attraverso la "gassificazione" delle biomasse è possibile produrre una miscela infiammabile di metano, monossido di carbonio ed idrogeno. La biomassa viene bruciata e il gas che si ottiene può essere utilizzato per fornire energia agli impianti elettrici o impiegato come sostituto della benzina. 14
3.5. LA BIOMASSA curiosità La più grande centrale a biomassa del mondo si trova a Tilbury nell Essex, in Gran Bretagna. E il frutto della conversione di una centrale a carbone. Ha una capacità produttiva di circa 750 megawatt, rispetto ai 265 megawatt della centrale Alholmens Kraft in Finlandia, oggi seconda centrale a biomassa al mondo. La centrale a biomasse agricola più grande d Italia si trova a Bondeno (FE). 9 ettari di superficie impianti da 1 MWe 4 MWe di potenza installata 10.000 famiglie servite 15
3.6. L ENERGIA SOLARE L energia solare si ricava utilizzando dei pannelli fotovoltaici otermici. Spesso gli impianti solari termici sono confusi con quelli fotovoltaici. Entrambi utilizzano la radiazione solare, ma sono nettamente differenti. Gli impianti solari termici producono acqua calda per uso sanitario o per riscaldamento, soprattutto in connessione con impianti a irraggiamento a pavimento. La conversione diretta dell energia solare in energia termica avviene grazie ad un collettore solare, il cuore del solare termico. Gli impianti solari fotovoltaici producono energia elettrica, possono farne accumulo ed essere allacciati alla rete del gestore per scambio sul posto o vendita di energia. Le celle fotovoltaiche, che sono alla base di questo tipo di impianti, sono costituite da piccole lastre di silicio, materiale semiconduttore che, per effetto del calore del sole, genera una tensione continua che fornisce energia elettrica. In base alla tipologia di accumulo dell impianto fotovoltaico, si possono distinguere due categorie. Impianti ad isola, che accumulano energia tramite batterie. Impianti in rete, che tramite un inverter, commutano la corrente continua prodotta in corrente alternata. 16
3.6. L ENERGIA SOLARE 17
3.6. L ENERGIA SOLARE L impianto solare termico più grande del mondo è stato realizzato nella regione Antofagasta del Cile. Il parco fotovoltaico più grande del mondo si trova in Italia, a Villasor (CA) NUMERI 39.300 m² di collettori solari 6 ettari di terreno 1.000 collettori solari 10 MW NUMERI 20 MW di potenza installata 25 mila tonnellate di CO 2 evitate 84.400 pannelli in silicio policristallino 18
3.7. IL RISPARMIO ENERGETICO Per Risparmio Energetico si intende un consumo ridotto di petrolio, metano, combustibili fossili Le stesse fonti rinnovabili possono essere considerate un mezzo di risparmio energetico: il loro utilizzo riduce infatti il consumo di fonti energetiche altrimenti utilizzabili. Il risparmio energetico èun fine, l'utilizzo razionale dell'energia èil mezzo. Anziché cercare una crescita senza fine della produzione energetica, è di vitale importanza ridurne i consumi, per far fronte alle necessità di tutti e salvaguardare il nostro ecosistema. Dunque il risparmio energetico consiste nel minor utilizzo dell'energia nelle azioni di tutti i giorni attraverso comportamenti virtuosi ed intelligenti: RICICLARE SPENGERE CAMMINARE 19
3.7. IL RISPARMIO ENERGETICO Situazione energetica in Italia 20
3.7. IL RISPARMIO ENERGETICO Le scelte di economia energetica non sono solamente responsabilità di grandi gruppi industriali ma anche dei semplici cittadini, che attraverso una razionalizzazione dei consumi possono contribuire in maniera sostanziale alla diminuzione del fabbisogno energetico nazionale e, di conseguenza, alla riduzione dei gas serra. Così facendo assicuriamo a noi stessi ed alle generazioni future la possibilità di continuare a utilizzare tale risorsa. TUTTI POSSIAMO RISPARMIARE COMINCIANDO A CAMBIARE LE ABITUDINI QUOTIDIANE 21
3.7. IL RISPARMIO ENERGETICO cosa possiamo fare? Il risparmio energetico è l insieme dei comportamenti, processi e interventi che ci permettono di ridurre i consumi di energia necessaria allo svolgimento delle nostre attività. Il risparmio può essere ottenuto sia modificando le nostre abitudini in modo che ci siano meno sprechi e sia trasformando l'energia da una forma all'altra in modo più efficiente (efficientamento energetico). 22
3.7. IL RISPARMIO ENERGETICO cosa possiamo fare?...l illuminazione 1. Un esempio di risparmio domestico è dato dalla sostituzione delle lampadine ad incandescenza* con lampade fluorescenti, che a parità di energia consumata emettono una quantità di energia radiante superiore alle prime, oppure con lampade a LED (Light Emission Diode, Diodo ad emissione di luce), che hanno, a parità di energia radiante, un consumo pari a circa il 20% in meno delle lampade ad incandescenza. 2. Non lasciare inutilmente accesa la luce nelle stanze dove non si soggiorna. Lampada a incandescenza Lampada a fluorescenza Lampada a LED * L'Unione Europea ha sancito dal 2012 la definitiva messa al bando delle lampadine a incandescenza, ad eccezione di quelle per usi specifici (es. frigo, forno, ecc...). 23
3.7. IL RISPARMIO ENERGETICO cosa possiamo fare?...riscaldamento e condizionatore 1. Per stare bene in casa in inverno sono sufficienti 20 gradi. In estate, invece, non abusare con l uso del condizionatore, se si accende non scendere mai di più 5 gradi rispetto alla temperatura esterna. Se si utilizza il ventilatore il consumo energetico sarà ancora più inferiore! 2. Non tenere le finestre aperte con i termosifoni accesi! Il ricambio d aria è fondamentale per una corretta igiene e per la salute ma non bisogna lasciare spifferi o finestre perennemente aperte in inverno. 3. Isolare bene le finestre con delle guarnizioni e mettere dei pannelli isolanti dietro ai termosifoni posti sotto di esse. Controllare che i soffitti e le pareti di casa siano adeguatamente isolati. 24
3.7. IL RISPARMIO ENERGETICO cosa possiamo fare?...elettrodomestici 1.Spegnere sempre il pulsante del televisore e dei giochi elettronici. Lo stand by consuma energia inutile. 2.Aprire la porta del frigorifero per il tempo più breve possibile, evitando lunghe meditazioni, consente un minor consumo elettrico. 3.Lavatrice e lavastoviglie si fanno solo a pieno carico. 4.Se in casa c è uno scaldabagno elettrico, non tenerlo sempre in funzione. Facendo installare un "timer" è possibile programmarlo in modo che si accenda tre ore prima di quando serve l'acqua calda. 5.Effettuare una manutenzione periodica di scaldabagno o caldaia. 6.Occhio alle etichette! Cercare la bandierina che certifica l efficienza energetica quando si acquista un elettrodomestico. I certificati Classe A consumano meno energia. 25
3.7. IL RISPARMIO ENERGETICO cosa possiamo fare?...elettrodomestici La finalità dell etichettatura energetica degli elettrodomestici è quella di informare i consumatori allo scopo di consentire un impiego più razionale dell energia e di favorire il risparmio energetico e la riduzione dell inquinamento atmosferico. I consumi degli elettrodomestici pesano per circa l 80% sulla bolletta dell energia elettrica di casa 26
3.7. IL RISPARMIO ENERGETICO cosa possiamo fare?...elettrodomestici Per risparmiare energia èimportante, come prima cosa, imparare a leggere i simboli dell etichetta energetica degli elettrodomestici, rinnovata ed estesa, alla fine del 2011, a tutti i prodotti che sono connessi all utilizzo di energia. La nuova etichetta energetica europea, ideata per orientare al meglio il consumatore nella comparazione e nella scelta di prodotti che consentano di consumare meno (e quindi di contribuire a migliorare l ambiente ed a risparmiare di più), contempla 3 nuove classi nella scala energetica, che identificano i prodotti a più basso consumo (A+, A++ e A+++) e nuovi pittogrammi (icone esplicative) per dare maggiori e immediate informazioni al consumatore sulle caratteristiche dei prodotti. 27
3.7. IL RISPARMIO ENERGETICO cosa possiamo fare inoltre? 1.Quando è possibile scegliere di andare a piedi, in bicicletta o con i mezzi pubblici senza usare l auto. 2.Esistono piccoli dispositivi che permettono di non sprecare acqua e di risparmiare sulla bolletta, regolando le portate d'acqua. I rubinetti e docce a basso flusso portano ad un risparmio medio d'acqua del 40/60% e i wc a basso consumo differenziamo lo scarico d'acqua grazie a cassette a doppio flusso o a interruzione di flusso. 3. In ogni caso non sprechiamo l acqua! Chiudere il rubinetto quando si lavano i denti e preferire una doccia al bagno. 28
3.7. IL RISPARMIO ENERGETICO cosa possiamo fare inoltre? Non c è limite al risparmio, è una sfera che appartiene alla sensibilità ed all etica individuale. Per favorirlo servono campagne di informazione e sensibilizzazione perché i comportamenti quotidiani non possono essere imposti per legge, né ci si può affidare alla speranza che siano adottati spontaneamente su larga scala nel breve periodo. Giornate mondiali sul risparmio energetico: il 16 febbraio (anniversario del Protocollo di Kyōto) in Italia è stata indetta la Giornata Nazionale del Risparmio Energetico. Ogni comune contribuisce con iniziative come quella che prende il nome di M'illumino di meno. Campagne informative come quella europea sull energia solare Decreti ministeriali atti a portare grandi benefici sia alle famiglie che alle aziende italiane. Edilizia sostenibile: i comuni italiani più sensibili stanno modificando i propri regolamenti edilizi per inserire (tenendo conto delle direttive europee) nuovi criteri e obiettivi energetico ambientali, tra cui l isolamento termico, i tetti verdi, il risparmio idrico, ecc. I regolamenti edilizi virtuosi (così chiamati) hanno lo scopo di contribuire a migliorare le prestazioni delle abitazioni e la qualità del costruito. 29
3.7. IL RISPARMIO ENERGETICO la green economy Si definisce economia verde (in inglese appunto green economy), o più propriamente economia ecologica, un modello di sviluppo economico che considera oltre alla produzione anche l impatto ambientale, cioè sia i potenziali danni prodotti dall'intero ciclo di trasformazione delle materie prime (a partire dalla loro estrazione fino ai prodotti finiti, passando per il trasporto e la trasformazione in energia), che quelli che potrebbero avere origine dalla loro definitiva eliminazione o smaltimento. Tali disastri ambientali spesso si ripercuotono sulla stessa economia, che invece trae maggior vantaggio dal mantenere alta la qualità dell'ambiente. 30
3.7. IL RISPARMIO ENERGETICO la green economy Questa consapevolezza porta a proporre come soluzione misure economiche, legislative, tecnologiche e di educazione pubblica in grado di ridurre il consumo d energia, di rifiuti, di risorse naturali (acqua, cibo, combustibili, metalli, ecc.) promuovendo al contempo un modello di sviluppo sostenibile attraverso: l'aumento dell efficienza energetica che dà luogo a sua volta ad una diminuzione della dipendenza dall'estero l'abbattimento delle emissioni di gas serra la riduzione dell inquinamento locale e globale (compreso quello elettromagnetico)fino all'istituzione di una vera e propria economia sostenibile a scala globale e duratura. Tutto ciò servendosi prevalentemente di risorse rinnovabili (come le biomasse, l energia eolica, l energia solare, l energia idraulica) e procedendo al più profondo riciclaggio di ogni tipo di scarto domestico o industriale evitando il più possibile sprechi di risorse. 31