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Le energie rinnovabili

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Page 1: Energia Energia Capacità di un corpo o di un sistema di compiere lavoro. Capacità di un corpo o di un sistema di compiere lavoro. Unità di misura: Joule

Le energie rinnovabili

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Promemoria: Energia

Capacità di un corpo o di un sistema di compiere lavoro.

Unità di misura: Joule

Potenza Lavoro prodotto per unità di tempo, si esprime

in Watt (W):

2

2

s

mkgmNJ

Watts

J

Tempo

Energia

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Pertanto: Un impianto idroelettrico di POTENZA

NOMINALE pari a 100MW in un anno produce circa100 MW * 320 giorni/anno * 24 h/giorno

720 GWh/anno

Un impianto fotovoltaico con pari potenza nominale, situato a Bari, produce circa

127 GWh/anno

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Semplificando:

Paragonare due impianti di produzione di energia sulla base della potenza è come paragonare due automobili sulla base della sola potenza. Non è certamente un criterio di paragone che adotteremmo in molti..

=

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Caratteristiche del fabbisogno energetico: L’offerta di energia deve essere sempre

uguale alla domanda (la rete non consente grossi accumuli) -> PREVISIONE DELLA DOMANDA!

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Previsione della domanda di energia elettrica: La previsione del fabbisogno elettrico

per un dato giorno si effettua il giorno precedente tramite complessi metodi statistici (vi sono inserite previsioni meteo,feste nazionali, scioperi,...).

Una delle ipotesi principali di questi metodi è il “mancato accordo” tra gli utenti.

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Caratteristiche del fabbisogno energetico: L’energia in transito per ogni nodo deve poter essere gestita (dimensionamento rete sul carico massimo possibile -> COSTA!!)

Tutta l’Europa è unita da una grande griglia di trasmissione, la crisi su uno solo di questi nodi può provocare il collasso dell’intero sistema

E’ per questo che nei paesi del terzo mondo vi sono frequenti sospensioni del servizio

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Riassumendo:

Due centrali con pari potenza nominale possono produrre quantità di energia molto diverse nel corso di un anno. La potenza nominale installata non è un criterio valido di paragone!!

L’energia elettrica NON si può accumulare (in grandi quantità!).

E’ fondamentale il costante bilancio tra domanda ed offerta all’interno dei nodi di rete: qualunque sia la domanda energetica in un determinato istante, il sistema deve sempre essere in grado di produrre l’energia richiesta.

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Caratteristiche richieste ad una fonte energetica:Una fonte energetica “IDEALE” presenta

le seguenti caratteristiche: E’ costante E’ abbondante Ridotto impatto ambientale Il suo sfruttamento è poco costoso

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Le energie rinnovabili: Sono da considerarsi energie rinnovabili quelle

forme di energia generate da fonti che per loro caratteristica intrinseca si rigenerano o non sono "esauribili" nella scala dei tempi "umani" e, per estensione, il cui utilizzo non pregiudica le risorse naturali per le generazioni future.

E’ possibile identificare una fonte come rinnovabile anche se non produce direttamente energia elettrica, ma aiuta a ridurne i consumi: es. acqua calda sanitaria nel solare termico.

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Le principali fonti rinnovabili:

Idroelettrica Eolica Solare (fotovoltaico+termico) Biomasse Geotermica (classica ed a bassa entalpia)

L’Idrogeno non è una fonte energetica! Esso è soltanto un vettore energetico, cioè permette di immagazzinare “a lungo” l’energia prodotta.

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Energia idroelettrica: E’ la prima fonte rinnovabile utilizzata

dall’uomo su larga scala.

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Energia idroelettrica:

E’ la più affidabile delle fonti rinnovabili, soprattutto se utilizzata insieme a bacini di raccolta.

E’ caratterizzata da costi di investimento contenuti (è già conveniente economicamente) e ridotto impatto ambientale, se non si realizzano bacini artificiali.

Contribuisce all’incirca al 20% della produzione di

energia elettrica mondiale, ed al 7% alla produzione di energia primaria.

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Energia idroelettrica: Percentuale di sfruttamento delle risorse

idroelettriche per ogni continente

Il futuro dell’idroelettrico è in Asia, Africa ed America latina

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Energia idroelettrica:

Poiché è possibile controllare la portata della condotta, l’energia prodotta è facilmente modulabile in ristretti intervalli di tempo

Viene utilizzata per gestire improvvise variazioni di carico, il suo contributo è fondamentale per il buon funzionamento del sistema elettrico.

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Energia eolica: E’ un’altra delle fonti

rinnovabili storicamente più utilizzate dall’uomo

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Energia eolica:

È una fonte di energia che ha grosse potenzialità, con un mercato in forte espansione.

Non è economicamente conveniente rispetto alle fonti convenzionali, ma tra le fonti rinnovabili (escludendo l’idroelettrico) è una delle più convenienti.

Attualmente contribuisce all’1.5 per mille della produzione globale di energia primaria

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Energia eolica:

Possibili problemi di carattere paesaggistico

Aleatorietà della fonte

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Energia solare: L’energia solare deriva

dall’energia elettromagnetica emessa dai processi di fusione dell’idrogeno contenuto nel sole, nota come radiazione solare. 

Irraggiamento extraterrestre (“costante solare”): 1367 W/mq ± 3,3 % (per la diversa distanza Terra - Sole).

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Energia solare:

Gli impianti ad energia solare si dividono in due famiglie:

Solare termico

Solare fotovoltaico

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Energia solare: termico Il solare termico è

costituito da pannelli solari al cui interno circola un fluido termovettore, in grado cioè di trasportare il calore e cederlo alle utenze, di solito per produrre acqua calda sanitaria. È una tecnologia molto conveniente, che garantisce ottimi risparmi energetici.

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Energia solare: fotovoltaico

Tecnologia che converte direttamente l'irradiazione solare in energia elettrica.

I pannelli sono composti da unità di base, le celle fotovoltaiche, che producono energia elettrica in seguito all’irraggiamento solare.

Il materiale usato per le celle fotovoltaiche commerciali è il silicio, ad elevata purezza.

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Energia solare: fotovoltaico

Costi elevati-> incentivi.

Rendimenti ridotti , fonte aleatoria.

Bassissimo impatto ambientale, irraggiamento italiano favorevole rispetto ad altre nazioni europee.

Favore dell’opinione pubblica

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Energia solare: fotovoltaico

Attualmente l’energia prodotta da impianti fotovoltaici ammonta a circa lo 0,1% dell’energia prodotta nel mondo annualmente, tuttavia si prevede da qui al 2030 un incremento enorme della stessa: essa è destinata a crescere di più di 20 volte nei prossimi 20 anni.

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Le biomasse Biomassa è ogni sostanza

organica di origine vegetale o animale da cui sia possibile ottenere energia attraverso processi di tipo termochimico o biochimico.

Queste sostanze sono disponibili come prodotti diretti o residui del settore agricolo-forestale, come sottoprodotti o scarti dell’industria agro-alimentare e come scarti della catena della distribuzione e dei consumi finali.

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Le biomasse

L’energia da biomasse è economica, facilmente reperibile, abbondante.

La CO2 prodotta dalla combustione di biomasse non è considerata un elemento negativo, in quanto è CO2 recentemente immagazzinata dalle piante che torna in ambiente, non immagazzinata da migliaia di anni come nel caso delle fonti fossili.

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Le biomasse Gli investimenti richiesti sono alti per i

piccoli produttori agricoli, che spesso preferiscono non impegnare capitali per molti anni.

Mancanza di accordi e strategie nazionali di sviluppo, incertezze normative.

Scarsa informazione dell’opinione pubblica Necessario avere procedure di controllo

combustione adeguate, per evitare rischi per la salute.

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Le biomasse L’energia prodotta da biomasse si attesta

all’incirca al 5% del fabbisogno energetico europeo (di energia primaria). Difficile reperire dati per il mondo.

È la fonte rinnovabile attualmente più promettente, purtroppo disincentivata dalla mancanza di normative chiare.

Diatriba etica sui biocombustibili (coltivazioni sottratte alla produzione di cibo per produrre biocarburanti)

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Energia geotermica:

L’energia geotermica è energia contenuta sotto forma di calore all’interno della terra, trasferita alla superficie terrestre attraverso i movimenti convettivi del magma.

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Energia geotermica:

La quantità di energia a disposizione delle fonti geotermiche è enorme: solo l’energia contenuta nei primi 3 km di crosta terrestre è circa 2000 volte maggiore di quella ottenibile da tutti i giacimenti di combustibili fossili della terra.

Non tutta questa energia è però sfruttabile, poiché spesso tali fenomeni sono incontrollabili.

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Energia geotermica:

Esistono due "geotermie". • Quella classica, relativa allo sfruttamento di anomalie geologiche o vulcanologiche. • Quella a "bassa entalpia", relativa allo sfruttamento del sottosuolo come serbatoio termico dal quale estrarre calore durante la stagione invernale ed al quale cederne durante la stagione estiva.

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Energia geotermica: geotermia “classica”

La geotermia “classica” consiste nella produzione di energia elettrica tramite lo sfruttamento di masse magmatiche fluide o solidificate situate a poca distanza dalla superficie terrestre (5-10 km).

Ciò consente la produzione di vapore ad alta pressione, con il quale è possibile generare energia elettrica.

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Energia geotermica: geotermia “classica”

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Perché l’energia geotermica possa essere sfruttata, è necessario avere a disposizione un fluido geotermico (in genere acqua o vapore) a temperatura adeguata

Potenziale geotermico in Italia:

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Potenziale geotermico in Italia:

L’Italia è dotata di un enorme

potenziale geotermico, purtroppo

attualmente poco sfruttato.

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Energia geotermica classica: Attualmente la produzione mondiale di

energia elettrica da fonte geotermica si attesta intorno allo 0,35%

Le installazioni geotermiche sono piuttosto costose, in quanto sono necessarie complesse attività di studio e perforazione di pozzi geotermici.

Il kwh geotermico è però conveniente, a causa della lunghissima vita utile di questi impianti.

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Energia geotermica “classica” Lo sviluppo di questa importante fonte

energetica rinnovabile è limitato dagli elevati costi di investimento, dalla disponibilità geografica di calore a temperature adeguate (maggiori di 150°C) e dai rischi legati ai costi di perforazione dei pozzi.

La fonte geotermica appare però già competitiva con le fonti fossili.

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Energia geotermica: geotermia a bassa entalpia

La geotermia a bassa entalpia è una fonte energetica con la quale qualsiasi edificio, in qualsiasi luogo della terra, puo' riscaldarsi e raffrescarsi senza l’utilizzo della caldaia d'inverno e del condizionatore d'estate.

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Energia geotermica: geotermia a bassa entalpia Essa sfrutta la

proprietà del terreno di restare alla stessa temperatura (in genere pari alla temperatura media annuale della località stessa) durante l’arco dell’anno, ad una data profondità.

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Energia geotermica: geotermia a bassa entalpia

Geotermia a tubi orizzontali

Geotermia a tubi verticali

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Energia geotermica: geotermia a bassa entalpia L’utilizzo della geotermia a bassa entalpia è

molto importante, in quanto può avvenire in ogni luogo terrestre, al contrario di quanto avviene per la generazione diretta di energia elettrica da fonte geotermica.

Attualmente la produzione di calore geotermico nel mondo consente il risparmio di più di 100 milioni di barili di petrolio l’anno, con impatti enormi in termini di riduzione alle emissioni di CO2.

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Energia geotermica: geotermia a bassa entalpia La geotermia rappresenta pertanto una

delle fonti rinnovabili più promettenti, essendo già competitiva con le fonti fossili.

Gli ostacoli principali allo sviluppo di questa fonte sono da ricercarsi nella scarsa consapevolezza dell’opinione pubblica e nel costo elevato degli investimenti iniziali, il cui recupero richiede un orizzonte temporale piuttosto lungo.

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Energia geotermica: geotermia a bassa entalpia, costi indicativi

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Energie rinnovabili : costi

€c/kWh0

10

20

30

40

50

60

Gas naturale GeotermicoIdroelettrico basso salto

Eolico MT

CDR Eolico ATIdroelettrico grande salto

Biogas

Miniidro BiomasseFotovoltaico Fotovoltaico domes-

tico

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Sviluppi energetici globali:

Produzione di energia primaria nel mondo

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Sviluppi energetici globali:

Idroelettrico

Eolico

Fotovoltaico

Carbone

Gas naturale

Geotermico

Nucleare

Combustibili liquidi di origine fossile

0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45%

Contributo percentuale all'energia prodotta nel mondo

203020152007

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Sviluppi energetici globali:

Idroelettrico

Eolico

Fotovoltaico

Carbone

Gas naturale

Geotermico

Nucleare

Combustibili liquidi di origine fossile

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000

Energia prodotta nel mondo

203020152007

TWh/anno

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Conclusioni: Nonostante i grafici appena presentati

sembrino poco incoraggianti, le fonti rinnovabili rappresentano una realtà attuale ed in rapida espansione.

Diffondere questi dati presso l’opinione pubblica aumenterebbe la consapevolezza delle persone sulle tematiche energetiche globali ma soprattutto sulle fonti su cui puntare per il futuro energetico di un paese.

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Conclusioni:

Le tecnologie attualmente più promettenti per un futuro “rinnovabile” sono dunque le biomasse ed il geotermico a bassa entalpia.

Un interessante argomento di studio appare il fotovoltaico, che sta compiendo passi da gigante nello sviluppo di tecnologie con rendimenti sempre maggiori e costi ridotti.

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Conclusioni:

Attualmente non è possibile risolvere il problema energetico globale con un’unica fonte rinnovabile, ma un adeguato mix delle stesse, insieme ad una campagna di incentivi mirati può ridurre in maniera importante l’utilizzo delle fonti fossili.

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Grazie per l’attenzione!