L'Energia Eolica

ENERGIA IDROELETTRICA

ENERGIA DALL'OCEANO

ENERGIA DA BIOMASSE

ENERGIA DAI RIFIUTI

...per esempio quello di muovere la ruota di un mulino ad acqua, o una turbina idraulica di una centrale idroelettrica.

1. BIOGAS

Una massa di acqua in movimento possiede una certa quantità di energia, capace di compiere un lavoro:....

ENERGIA TERMICA dall'OCEANO

ENERGIA dalle ONDE

Gli oggetti che l’uomo costruisce e utilizza, così come i residui delle attività industriali, artigianali, agricole e dei consumi dei cittadini sono destinati, prima o poi, a diventare rifiuti.

Le BIOMASSE sono materie prime rinnovabili ricavate da scarti e residui di attività agricole, zootecniche e forestali, o da coltivazioni appositamente create.

Il loro contributo nella produzione di energia elettrica è molto alto nei Paesi più poveri o in via di sviluppo (80-90%) e piuttosto basso nei Paesi sviluppati (4%).

I rifiuti organici degli animali e gli scarti agricoli, sottoposti a fermentazione grazie all'azione di batteri anaerobici, producono dei liquami che vengono trasformati in gas detto BIOGAS, composto per il 60-70% da metano ed utilizzabile quindi sia come combustibile, che come carburante, che nelle centrali per produrre energia elettrica, specie nei Paesi in via di sviluppo come India e Cina.

I residui della fermentazione sono invece usati come FERTILIZZANTI.

1. Sfruttare il MOVIMENTO di STRUTTURE GALLEGGIANTI sistemate in mare aperto

Il PROGETTO PELAMIS, che prende il nome da un serpente di mare, è composto da una struttura articolata, formata da sezioni cilindriche semisommerse, unite tra loro da giunti oscillanti.

Collegando insieme molte di queste strutture si può costruire una “fattoria di onde”.

- essere utilizzati per produrre energia: la combustione ad alta temperatura (incenerimento) effettuata in TERMOVALORIZZATORI può fornire energia elettrica e termica.

I rifiuti possono avere diverse destinazioni:

- finire nelle discariche (quella peggiore)

- essere raccolti in maniera differenziata per essere riciclati, evitando l'estrazione di nuove risorse naturali

Negli oceani è immagazzinata una grande quantità di energia termica; ogni giorno essi assorbono dal Sole una quantità di energia pari a quella fornita da 250 miliardi di barili di petrolio.

I sistemi in grado di convertire l’energia termica dell’oceano in energia elettrica, sono chiamati in inglese Ocean Thermal Energy Conversion Systems.

Gli impianti OTEC però possono funzionare solo dove vi sia una significativa differenza di temperatura tra l’acqua di superficie e quella di profondità durante tutto l’anno: per questo sono indicate soltanto le regioni tropicali; sono inoltre ancora poco redditizi e risentono del corrosivo clima marino.

Lo sfruttamento dell'energia dell'acqua si ottiene in due modi:

2. grandi volumi di acqua: quelli dei fiumi che, anche se "cadono" da pochi metri, hanno

una grandissima forza.

Le onde,

generate dal vento che soffia

sulla superficie del mare, possono viaggiare per migliaia di chilometri senza perdite significative: le onde generate da una tempesta in mezzo all’Atlantico viaggeranno sino alle coste dell’Europa quasi senza perdere la loro energia. Questa enorme forza può essere sfruttata in 2 modi per

produrre energia elettrica.

2. OSCILLAZIONE di una COLONNA d'ACQUA, in inglese OSCILLATING WATER COLUMNS (OWC): impianti che generano elettricità sfruttando il movimento delle onde che entrano in una specie di pozzo o fossato appoggiato a scogliere.

Oltre che come combustibile nelle centrali elettriche è possibile usare le biomasse per ricavare:

1. BIOGAS

2. BIOETANOLO

3. BIODIESEL

ENERGIA da MAREE e CORRENTI MARINE

2. BIOETANOLO

3. BIODIESEL

I rifiuti utilizzati nei termovalorizzatori devono subire alcuni trattamenti per eliminare i materiali non combustibili (vetro, metalli, inerti) e la parte umida” (scarti alimentari e agricoli).

Il Combustibile Derivato dai Rifiuti (CDR) è un combustibile solido triturato secco, ottenuto dal trattamento dei rifiuti solidi urbani (RSU), raccolto generalmente in blocchi cilindrici denominati ECOBALLE.

1. grandi altezze di caduta: tramite condotte forzate che fanno precipitare l'acqua per centinaia di metri con getti violentissimi;

Solitamente, per le centrali idroelettriche, si costruiscono delle grandi dighe che sbarrano i fiumi e raccolgono le acque in

grandi bacini artificiali.

Le MAREE sono movimenti alterni e periodici di grandi masse di acqua, causati da fenomeni di attrazione della Luna e del Sole.

Questo "salto" d'acqua può essere usato per produrre energia elettrica.

Le centrali di questo tipo si chiamano MAREOMOTRICI. Quella della foto si trova in Francia, all'estuario del fiume Rance sulla Manica. Gli estuari sono molto adatti specie quando il dislivello delle maree raggiunge fino ai 13 mt.

È un combustibile a base alcolica prodotto dalla fermentazione e distillazione di biomasse ricavate sia da residui e scarti agricoli e alimentari, sia da coltivazioni apposite, soprattutto di mais, ma anche grano, canna da zucchero e altre ancora.

Per essere utilizzato va miscelato con della benzina; si ottengono due diversi carburanti:

- E10: formata dal 10% di etanolo e dal 90% di benzina, utilizzabile nei motori a benzina normali.

- E85: formata dall’85% di etanolo a dal 15% di benzina, utilizzabile in motori predisposti.

È un combustibile che può essere prodotto da oli vegetali (semi di mais, girasole, colza, soia, palma da olio...) e persino da grassi riciclati.

È sicuro e biodegradabile e può contribuire a ridurre l’inquinamento dell’aria.

Per essere utilizzato come carburante va miscelato con GASOLIO: una miscela formata dal 20% di biodiesel e dall’80% di gasolio, chiamata B20, può essere utilizzata normalmente nei motori diesel senza bisogno di modifiche.

Nell’aprile del 2008 è stato inaugurato nelle acque del Strangford Narrows d’Irlanda il SISTEMA SEAGEN, che, da ogni turbina, riesce a produrre la corrente elettrica necessaria per un anno a 1.100 abitazioni.

ENERGIA dai RIFIUTI

ENERGIA IDROELETTRICA

PRO

Procedimento per produrre

biodiesel dai semi di colza

- È rinnovabile e assolutamente pulita.

- Durante la notte, quando la domanda di energia è minore, l’acqua di alcuni impianti specializzati può essere pompata verso l’alto, per essere poi riutilizzata nei momenti in cui c’è bisogno di energia.

CONTRO

- è una risorsa rinnovabile

- meno rifiuti inviati alle discariche

- riduzione dell’inquinamento

del territorio e delle falde acquifere

- emissione di fumi non nocivi

- produzione di energia elettrica

- produzione di energia termica

ENERGIA dall'OCEANO

- È disponibile solo dove esistono fiumi e bacini idrici naturali o artificiali.

- I bacini artificiali possono avere un notevole impatto

ambientale, modificando l’equilibrio idrogeologico e gli

ecosistemi.

- In caso di incidenti alle dighe, si possono causare

gravi danni alle popolazioni.

PRO

CONTRO

- sono fonti rinnovabili e inesauribili

- anche se incostanti non dipendono dalle condizioni atmosferiche

- non inquinano

ENERGIA dalle BIOMASSE

- alti costi degli impianti

- rendimento energetico molto basso

- inquinamento se filtraggio dei fumi non funziona bene

- smaltimento ceneri residue (dal 10 al 30% del prodotto iniziale)

- resistenza delle popolazioni all'installazione dei

termovalorizzatori nel proprio territorio

PRO

CONTRO

- alti costi degli impianti e della loro manutenzione

- rendimento energetico molto basso

- possono danneggiare l'ecosistema marino

- sono fonti rinnovabili.

- permettono di riutilizzare

rifiuti e scarti

- non sono responsabili

dell'effetto serra

- contribuiscono a ridurre

l'inquinamento da CO2

CONTRO

- possono soddisfare solo parzialmente il fabbisogno energetico.

- le coltivazioni necessitano di enormi estensioni di terreno,

sottratto alle coltivazioni destinate all'alimentazione, i cui

prodotti aumentano quindi di prezzo

- possono determinare un aumento delle deforestazioni

Le centrali idroelettriche a pompaggio hanno anche un bacino a valle nel quale viene raccolta l'acqua utilizzata per far girare la turbina (invece che restituirla in alveo) ed il loro ...

...generatore di corrente può funzionare anche come motore il quale, durante la notte, pompa l'acqua del bacino inferiore in quello superiore per riutilizzarla il giorno successivo.

ENERGIA GEOTERMICA

Se le acque piovane o dei fiumi si infiltrano nel suolo permeabile, fino ad incontrare lo strato impermeabile e caldo, esse si riscaldano.

La temperatura che queste acque raggiungono può variare da soli 50'÷60'C fino ad alcune centinaia di gradi.

Un giacimento geotermico nasce dove la crosta terrestre comprende delle zone calde relativamente vicine alla superficie, là dove si trova del magma (massa di minerali e di gas ad alta temperatura).

I fluidi a bassa temperatura sono adatti per il riscaldamento di edifici e di serre.

Quelli invece ad alta temperatura, che si trasformano in vapore, possono essere utilizzati nelle centrali geotermoelettriche.

Nel 1904 a Larderello (Pisa) Piero Ginori Conti installò il primo generatore elettrico mosso dal vapore di un soffione.

ENERGIA EOLICA

ENERGIA SOLARE

PRO

- È gratuita, inesauribile, diffusa in

tutto il mondo.

- Non inquina e non produce residui.

- È adatta anche per usi di tipo

domestico (pannelli solari e

fotovoltaici sui tetti delle case).

ENERGIA SOLARE

L’energia del vento, o eolica, è stata sfruttata sin dai tempi più antichi, per navigare e per muovere le pale dei mulini utilizzati per macinare i cereali.

CONTRO

- È una fonte discontinua: non è disponibile di notte e

quando è nuvoloso.

- Gli impianti solari sono ancora costosi.

- Per produrre grandi quantità di elettricità è necessario

coprire grandi aree con pannelli fotovoltaici o specchi.

La macchina che trasforma l’energia del vento in energia elettrica è il generatore eolico.

ll componente essenziale di un generatore eolico è il rotore, costituito da un certo numero di pale che, girando grazie al vento, azionano un generatore elettrico.

- I generatori di piccola taglia hanno rotori del diametro di 12÷20 m e una potenza variabile da 20 a 100 kW. Sono utilizzati generalmente da piccole aziende industriali o agricole che si trovano in zone isolate.

- Le macchine di media taglia hanno potenze dai 100 ai 1000 kW e rotori del diametro di 20÷50 m.

- Le macchine di grande taglia hanno una capacità da 1000 a 4000 kW (da 1MW a 4MW) e rotori del diametro da 50 a oltre 100 m.

CARATTERISTICHE DELL'ENERGIA SOLARE

PRODUZIONE DI CALORE A BASSA TEMPERATURA

Abbiamo già visto che:

L'energia solare è una fonte di energia inesauribile e rinnovabile, ma presenta alcune difficoltà nel suo utilizzo perché:

ENERGIA EOLICA

PRO

- L’energia del vento è

gratuita, inesauribile,

non produce residui e

non inquina.

I settori di applicazione riguardano la produzione di acqua calda da utilizzare sia per usi sanitari, soprattutto nelle abitazioni,...

Per la produzione di calore a basse temperature (cioè inferiori ai 100'C) vengono utilizzati pannelli solari piani o collettori solari che funzionano sfruttando il principio dell’effetto serra.

CONTRO

- il vento ha, di solito, una bassa potenza e un’intensità irregolare, può cambiare di direzione o mancare del tutto

- Solo alcune località sono adatte all’utilizzo dell’energia

eolica.

- Gli impianti sono ancora costosi e necessitano di ampie

superfici

- è intermittente e variabile, in quanto è legata all'alternarsi del giorno e della notte e al variare delle stagioni: non è ancora stato inventato un modo efficiente per accumularla nei momenti di massima produzione per utilizzarla nei momenti in cui essa è scarsa.

Possiamo sfruttare

l'energia solare in 3 modi:

1. produzione di calore a bassa temperatura

2. produzione di calore ad alta temperatura

3. conversione fotovoltaica

...ed è necessario integrare l’impianto ad energia solare con quelli tradizionali a combustibile, che entra in funzione in caso di necessità.

...che●per il riscaldamento di case, uffici, scuole e per usi agricoli e industriali, anche se spesso, nella stagione invernale, il calore solare non è sufficiente allo scopo...

- non è diffusa uniformemente, alcune zone della terra sono più favorite rispetto ad altre perché vengono maggiormente colpite dall'irraggiamento solare.

I generatori più moderni sono silenziosi e producono solo un lieve sibilo.

Il terreno sottostante può essere impiegato per l’agricoltura e la pastorizia.

Finora, venivano installati su dorsali ventosi, in cima a colline o sulle coste del mare, creando perplessità dal punto di vista del paesaggio.

Più aerogeneratori collegati insieme formano le wind-farm (fattorie del vento), vere e proprie centrali elettriche.

Tra due aerogeneratori va mantenuta una distanza di cinque-dieci volte il diametro delle pale.

Per evitare possibili interferenze sulle telecomunicazioni o la formazione di campi elettromagnetici bisogna mantenere le giuste distanze fra l’aerogeneratore e ponti radio, apparati di navigazione aerea e televisori.

PRODUZIONE DI CALORE AD ALTA TEMPERATURA

CONVERSIONE FOTOVOLTAICA

Anche detto SOLARE TERMODINAMICO, comprende due differenti tecnologie per raggiungere temperature superiori ai 500'C con le quali produrre vapore per generare energia elettrica:

Gli impianti fotovoltaici producono corrente continua,

i nostri dispositivi però utilizzano corrente alternata: occorre quindi un inverter che trasformi la corrente da continua ad alternata.

1. IMPIANTI A TORRE

La piastra è formata da materiali semiconduttori come il silicio; ogni cella, un quadrato di 10 cm di lato, fornisce una potenza di 1,5 watt: per ottenere potenze superiori è necessario collegare più celle tra loro, a formare un modulo; più moduli formano un pannello, più pannelli una stringa, più stringhe un campo.

Le celle fotovoltaiche, o pile solari, trasformano direttamente l’energia luminosa dei raggi solari in energia elettrica, grazie a quello che chiamiamo EFFETTO FOTOELETTRICO, per il quale una piastra metallica, esposta alla luce, emette cariche elettriche (elettroni).

I problemi di questo impianto sono le dimensioni eccessive della torre solare e la difficoltà di concentrare le radiazioni solari sul ricevitore alla sua sommità.

Questo impianto è costituito da centinaia di specchi piani che inseguono il moto del Sole e riflettono i suoi raggi su di un ricevitore montato in cima a una torre.

2. IMPIANTI A COLLETTORI PARABOLICI LINEARI

I costi però sono superiori rispetto agli impianti di terra (fondamenta più costose e protezione dagli effetti corrosivi di sale e acqua).

Attualmente le turbine eoliche sono appoggiate al fondo del mare, a profondità limitate. Sono allo studio turbine galleggianti installate su siti marini molto profondi, sfruttando le stesse tecnologie delle piattaforme petrolifere.

Hanno iniziato a diffondersi gli impianti eolici offshore, installati in mare aperto, ad alcuni chilometri dalla costa. Presentano numerosi vantaggi:

- in mare c’è molto spazio libero;

- c’è una maggiore quantità di vento, che soffia in maniera più continua e con maggiore intensità;

●- non ci sono vincoli legati al paesaggio;

●- non ci sono problemi legati al rumore.

SISTEMI ISOLATI

Gli impianti fotovoltaici sono molto utili quando occorra fornire elettricità ad abitazioni lontane dalla rete di distribuzione elettrica, come quelle sulle isole minori, o quelle situate in zone montane e nelle riserve naturali. È necessario però immagazzinare una parte dell’energia elettrica prodotta durante il giorno per utilizzarla di notte: a questo scopo si utilizzano generalmente degli accumulatori al piombo.

SISTEMI COLLEGATI ALLA RETE

Sono impianti stabilmente collegati alla rete di distribuzione elettrica. Nelle ore in cui il generatore fotovoltaico non è in grado di produrre l’energia necessaria a coprire la domanda di elettricità,

la rete fornisce l’energia richiesta. Viceversa, se il sistema fotovoltaico produce energia elettrica

in più, la parte eccedente viene trasferita alla rete.

Questa tecnologia è attualmente la più avanzata per la produzione di energia elettrica dal sole.

Da circa 20 anni sono in funzione in California, nel deserto del Mojave, nove grandi impianti termoelettrici solari di questo tipo.

In Italia è stato realizzato il Progetto Archimede, ideato dal prof. Rubbia (Premio Nobel per la Fisica), che andrà ad incrementare di 20 Megawatt la potenza dell’impianto termoelettrico di Priolo Gargallo (Siracusa), sito scelto grazie all'alta insolazione annuale.

Le fonti RINNOVABILI sono

quelle che la natura fornisce sempre e liberamente:

SOLE

ACQUA

VENTO

MATERIALE ORGANICO

Sono ILLIMITATE nel tempo

FONTI DI ENERGIA RINNOVABILI