ISTITUTO PROFESSIONALE “ F.S. CABRINI “ TARANTOAnno scol.2010/11

ENERGY : SOURCE AND PRODUCTION

ORDER PLEASE!Primary or secondary?

Energy sources are the result of a longtransformation process that starts with sunlight: in fact, aside from geothermal power and energy from uranium, all sources can be traced back to energy coming from the sun.

Primary energy sources are potentialenergy resources found directly in nature: thesun, wind, rivers, mountain lakes, the tides,the heat of the Earth, coal, natural gas, oil,uranium, biomass

Secondary energy sources are the resultof transformations made by people throughtechnological innovations to make primaryenergy sources more affordable andfunctional to their own needs.

Primary, yes. but…renewable ornon-renewable?

Renewable sources are always available,and never run out: nature keeps on producingthem. The sun, the wind, the water in riversand lakes, the tides and waves, the heat ofthe Earth, and biomass never run out. Theywill last as long as our planet does.Non-renewable sources have very longregeneration times: in fact, once they areused, they are considered spent, becausethey cannot be renewed on a “human”timescale. Examples of this are fossil fuels(oil, natural gas, coal), which formed overthe course of millions upon millions of years.Uranium was born with our planet itself. Theavailability of these resources, althoughgreat, is thus limited. That is why we arenow seeking to differentiate the sourcesthat are used, leaving room for renewablesources

QUALI FONTI USIAMO PER PRODURREL’ENERGIA ELETTRICA?

■ Carbone - 42% ■ Gas Naturale - 21% ■ Acqua - 15% ■ Nucleare - 14% ■ Petrolio - 5% ■ Rinnovabili - 3%

Fonte: EIA, International Energy Outlook 2010

L’attuale produzione mondiale di energia elettrica è basata per il 68% circa sull’uso dei combustibili fossili. Una previsione: nel 2035, i combustibili fossili continueranno a coprire la maggior parte della domanda mondiale dienergia elettrica (65% circa). A livello mondiale, il carbone seguito dal gas naturale - resterà, infatti, la fonte dominantenella generazione elettrica fi no al 2035. Questo ha, e avrà, ripercussioni sulle emissioni di gas serra.

Future low-impact,high-performanceProspects

Today, research on energy issues has twogreat objectives: producing electricity fromtraditional fuels with practically no CO2emissions, and developing high-efficiencytechnologies that will make it possible, rightaway, to maximize the use of the sources ofrenewable energy, while meeting increasinglysignificant energy needs.

Politica energetica “20, 20, 20” dell’UE.Entro il 2020 gli Stati membri dovranno:1. aumentare del 20% lo sviluppo e l’utilizzo delle energie rinnovabili;2. aumentare del 20% l’efficienza energetica, riducendo i consumi;3. ridurre del 20% le emissioni di gas a effetto serra, anche attraverso le tecnologie “pulite” applicate al carbone;4. incrementare l’utilizzo dei biocarburanti nei trasporti.

Le Fonti Energetiche Rinnovabili, FER, (solare termico, fotovoltaico, eolico,..) stanno vivendo una stagione di grande sviluppo a livello mondiale, assumendo un peso sempre maggiore nella produzione energetica. Queste fonti energetiche, oltre ad essere inesauribili, sono ad impatto ambientale nullo in quanto non producono né gas serra né scorie inquinanti da smaltire.

Negli ultimi anni la quota mondiale percentuale di energia prodotta tramite queste fonti è molto aumentata, (come si vede nel grafico qui sotto che descrive la crescita dell’eolico in Italia negli utlimi anni); sulla base di questo trend le fonti rinnovabili di energia nei prossimi 10 anni avranno una crescita senza paragoni, in modo particolare per l’eolico ed il solare.

Il grafico descrive la crescita dell’eolico in Italia negli ultimi anni

Interessanti sono anche i numeri del fotovoltaico, ad esempio, in Italia nel 2009 sono stati installati 730 MWp, in Francia 185 MWp, in Germania 3000; questi possono essere considerati dei risultati di incremento eccezionali, se si considera che in tutto il mondo nell’anno 2008 l’installato fotovoltaico aveva raggiunto i 5.600 MWp.

La regione italiana con una maggiore produzione di energia eolica è la Puglia, da sempre all’avanguardia nel campo delle rinnovabili, e in special modo proprio dello sfruttamento del vento per la creazione di energia pulita

THE WIND AND THE WIND FARMS

The wind’s kinetic energy can betransformed into:

■ mechanical energy: for centuries,people have harnessed the wind to drivehydraulic pumps and turn their windmills;

■ electricity: a relatively recent acquisition.The first wind plant was built in 1887-88 in the United States: since then,technology has made giant leaps forward..

Special farms

Wind farms consist of a number of wind turbines connected to one another and to the electricity distribution grid. The wind rotates the blades on these modern windmills, which convert kinetic energy directly into electric energy.

Ecco gli elementi che costituiscono un aerogeneratore:1. la torre sostiene le pale e la navicella;2. il rotore (le pale vere e proprie) è fi ssato allanavicella tramite un mozzo e trasforma l’energiacinetica del vento in energia meccanica. Leattuali turbine eoliche hanno un rotore a trepale, che permette di ridurre la superfi cie dellesingole pale senza diminuire l’area complessivache sono in grado di spazzare. Le pale siorientano diversamente a seconda della velocitàdel vento e in attesa della corrente d’ariaassumono una posizione di taglio, anziché rimanerenella confi gurazione di arresto;3. la navicella è montata in cima alla torre e contiene,tra gli altri: il moltiplicatore di giri chetrasforma la rotazione lenta delle pale in unapiù veloce; il generatore elettrico che trasformal’energia meccanica in energia elettrica amedia tensione (centinaia di V); il sistema dicontrollo.A terra è invece collocato il trasformatore che innalzala tensione (migliaia di V) dell’energia elettricagenerata nella navicella prima di immetterlanella rete di distribuzione.

L’energia a casa mia.Le mini-pale

Gli impianti eolici di piccola taglia (da 1 a 200kW con un’altezza che varia da 2 a 60 metri)possono essere installati sui tetti o a terra anche dai singoli cittadini. Sono utili per imbarcazioni,camper, piccole utenze isolate, abitazioni, esercizi commerciali, aziende agricole, piccole e medieimprese. La connessione alla rete elettrica nazionale non è indispensabile: gli impianti di piccola taglia lavorano, infatti, anche in modalità stand alone rifornendo utenze isolate.

L’offshore

L’energia eolica off shore viene prodotta da turbineinstallate in mare aperto. Nelle zone di bassa e mediaprofondità le turbine vengono poggiate o fissate alfondale marino. Nelle zone di alto fondale (oltre i 50m di profondità) si punta invece a realizzare piattaformegalleggianti opportunamente ancorate. I vantaggidell’off shore sono legati al ridotto impatto visivo e allamaggiore capacità produttiva grazie a condizioni divento più costante. Si contrappongono però i maggioricosti di progettazione, costruzione e manutenzione: gliimpianti, infatti, devono resistere non solo al vento maanche alle onde e sono più difficilmente raggiungibili.

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La Puglia è la prima regione in Italia a ottenere grandi risultati nel settore eolico con una potenza istallata di 1158 MVA (mega volt ampere)Entro il 2020 investimenti e impianti sono destinati a crescere in misura notevole.

PARCHI EOLICI IN PUGLIA

MARTINA FRANCA

TRICASE

PRACTICAL SECTION PRACTICAL SECTION

Qual è l’obiettivo? Dimostrare che dall’energia del vento si ottiene lavoro meccanico.Cosa occorre?• 1 girandola. Per costruirne una...• 1 asta leggera e resistente.• 1 vecchio secchiello di plastica o un altrocontenitore cilindrico di almeno 20 cm di diametro.• 1 punteruolo o altro attrezzo appuntito per bucareil secchiello.• Nastro adesivo.• 1 piccola scatola di latta o un altro oggetto leggeroda riempire.• 1 spago sottile.• 1 phon.

Il vento solleva-pesi

Cosa fare?Fase A. Costruire1. Fissare l’asta leggera all’asse attorno al qualeruota la girandola, in modo tale che forminoinsieme un unico “rotore” come nel disegno.2. Forare, facendo attenzione, il secchiello dai duelati e infi lare l’asse attraverso il cilindro per renderestabile la turbina che abbiamo costruito.Attenzione! L’asse orizzontale deve uscire oltreil cilindro dal lato opposto della girandola.3. Fissare la scatola di latta allo spago e fissare lospago all’estremità dell’asse opposta alla girandola.4. Accendere il phon e mettere in moto la girandola.Fase B. Osservare e rispondereCosa accade quando la girandola si mette in moto?Cosa succede se si soffi a sulla girandola da varie distanze?Cosa succede se si riempie la scatola o, in altre parole,variando il peso cosa capita?Fase C. Tirare le sommeLa turbina produce energia meccanica che mette inmoto l’asse. Quest’ultimo, ruotando, solleva il peso.Se il peso aumenta è necessario collocarsi più vicinoalla turbina per sollevarlo.