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Sistemi per lenergia. Sviluppo sostenibile La terra è un sistema a risorse finite Per raggiungere lobbiettivo di uno sviluppo sostenibile occorre minimizzare.

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Presentazione sul tema: "Sistemi per lenergia. Sviluppo sostenibile La terra è un sistema a risorse finite Per raggiungere lobbiettivo di uno sviluppo sostenibile occorre minimizzare."— Transcript della presentazione:

1 Sistemi per lenergia

2 Sviluppo sostenibile La terra è un sistema a risorse finite Per raggiungere lobbiettivo di uno sviluppo sostenibile occorre minimizzare lo sfruttamento delle risorse di base : energia materie prime ambiente (inteso come territorio geograficamente, socialmente ed economicamente definito) Risorse

3 Energia Dato un sistema fisico esiste una funzione energia E=f(a i (t)) delle variabili di stato a i (t) osservabili che non dipende dal tempo. Un sistema fisico contenente energia è una fonte se è possibile rendere, almeno in parte, lenergia, in esso contenuta, disponibile in quantità e con caratteristiche adatte allutilizzazione da parte delluomo. In altre parole se si controlla.

4 ENERGIA MATERIE PRIME (carbone, petrolio, ecc.) AMBIENTE (gas serra, residui, ecc.)

5 Sviluppo sostenibile Azioni (comportamento) nello spazio e nel tempo in grado di assicurare le necessarie risorse allumanità presente e futura.

6 Risorse naturali Sono i materiali esistenti in natura potenzialmente utili a produrre merci e soddisfare bisogni. Sono beni economici in quanto hanno le caratteristiche di : limitatezza, accessibilità e utilità. Laccessibilità e lutilità dipendono dal progresso tecnologico che ne rende possibile lestrazione e la trasformazione.

7 Variabilità delle risorse nel tempo Modifica delle necessità umane che portano a valutare diversamente le risorse. Sostituzione di una materia prima con unaltra per ottenere lo steso prodotto. Sintesi di nuovi materiali.

8 Definizione data da UN e WEC Risorsa è la concentrazione naturale di materiali solidi, liquidi o gassosi nella o sulla crosta terrestre in forma tale che lestrazione da essa di materie prime sia potenzialmente ed effettivamente realizzabile. Possono essere : - Identificate (posizione, quantità e qualità note per evidenza geologica supportata da misurazioni strumentali); - Non ancora scoperte (ipotetiche o supposte) Si definisce riserva la quota di risorsa identificata dalla quale il materiale utile può essere economicamente estratto al momento della determinazione (condizioni economiche attuali e tecnologie disponibili)

9 riserve Non sfruttabili possibili probabili accertate Attuale sfruttamento sconosciute conosciute Esplorazioni favorevoli Aumento di concentrazione Classificazione risorse

10 USI DELLENERGIA TERMICA ELETTRICA MECCANICA Riscaldamento Illuminazione Supporto allinformazione Tratta- mento della materia Trasporti LUMINOSA

11 FONTI DI ENERGIA MECCANICA TERMICA RADIANTE CHIMICA NUCLEARE Sole Animali, vento, cadute dacqua Biomasse, combustibili fossili Calore endogeno Materie fissili

12 Il comportamento più naturale sarebbe quello di disporre di una fonte di energia e utilizzarla o convertirla direttamente nella forme dellenergia richiesta per luso finale. Nella maggior parte dei casi questo non si fa. Con le tecnologie oggi disponibili è preferibile effettuare una serie di trasformazioni che producono vettori energetici intermedi fino ad ottenere quello più adatto per luso finale. Lesempio più evidente è quello del vettore elettrico. Vettori energetici

13 fonti trasformazioni usi fin. T M L E H 2H 2 FC elettricaelettrica te r m ic a m ec ca ni ca radiante fluido dinamica endogena nucleare chimica

14 Vettore elettrico s s t t r r V Q Q I d P H E H = f( I,1/d) E = g(V,1/d) g

15 Intensità energetica i = w/q dove : W energia necessaria per produrre la quantità q. La quantità q può essere un dato prodotto, un servizio o il PIL di una data area. Il dato è abbastanza stabile sul brve-medio termine. Da cui : w = i q dove q è la quantità prodotta con lintensità i. Questa formula può essere utilizzata per la previsione dei consumi energetici sul medio termine. Mentre : q = W/i può essere utilizzata per le previsioni economiche a breve termine

16 Intensità energetica E dipendente : - dalle tecnologie utilizzate per la produzione di beni e servizi - dallefficienza delle trasformazioni energetiche dalle fonti primarie alla forma utile per la produzione di beni e servizi

17 Breve storia dellenergia

18 Uomo Sole M T L fonti usi finali

19 Uomo Sole M T L Combustibile fonti usi finali fuoco prometeo

20 Uomo Sole M T L E Combustibile Animali Calore endogeno fonti usi finali Cadute dacqua Vento

21 Uomo Sole M T L Combustibile Animali Vento Cadute dacqua Calore endogeno fonti usi finali T macchina a vapore WATT 1745

22 Innovazioni Introduzione di un vettore energetico intermedio (vettore termico) : luso finale non è direttamente collegato alla fonte (energia sotto forma meccanica) Si ottiene energia meccanica da un combustibile La trasformazione energetica può avvenire in località diversa da quella della fonte ( la fonte ha energia accumulabile) Si possono costruire macchine di potenza sempre più grande ( aumento della produttività)

23 Correlazione tra produttività e potenza Produttività p = q/t Dove: q quantità prodotta nel tempo t Potenza P = W/t Dove : W energia utilizzata nel tempo t per la produzione Considerando che q = W/i ( i intensità energetica) si ottiene p = (1/i) P Nota : è immediato che per aumentare la produttività occorre incrementare la potenza e diminuire lintensità energetica ( miglioramento del processo e delle trasformazioni energetiche)

24 Uomo Sole M T L Combustibile Animali Calore endogeno fonti usi finali T E pila Volta 1800 Vento Cadute dacqua

25 Illuminamento Lilluminamento artificiale è una costante richiesta dellumanità ed è iniziato con il fuoco Tanto più lumanità si aggrega e si trasferisce in spazi più strutturati ( città), tanto più la vita sociale chiede illuminamento, prima per gli interni e quindi per gli spazi esterni ( strade, piazze, …) La richiesta di energia sottoforma radiante nel visibile costituisce elemento motore per lo sviluppo dellindustria dellenergia ( petrolio, gas, energia elettrica)

26 Uomo Sole M T L E Combustibile Animali Calore endogeno fonti usi finali T E M lampadina Edison 1882 Vento Cadute dacqua

27 Edison Un completo sistema di distribuzione dell'elettricità deve essere sviluppato, e poiché io debbo competere col gas esso deve essere commercialmente efficiente ed economico, e la rete dei conduttori deve essere capace di alimentazioni da vari punti. Io debbo immaginare un sistema per misurare l'elettricità, come si misura il gas, in modo che io possa misurare la quantità di elettricità usata da ciascun consumatore. Questi misuratori... debbono essere economici da costruire, di facile lettura e manutenzione. Mezzi e metodi debbono essere escogitati per mantenere un uguale voltaggio in ogni punto del sistema. Le lampade vicine alle dinamo debbono ricevere la medesima corrente delle lampade più lontane. Il bruciamento e la rottura di lampade non deve influire su quelle che rimangono efficienti nel circuito, e mezzi debbono essere impiegati per impedire violente fluttuazioni di corrente.

28 Edison Uno dei maggiori problemi era di costruire dinamo più efficienti e più grandi di quanto fosse stato fatto. Molti avevano stabilito che la resistenza interna dell'armatura dovesse essere uguale alla resistenza esterna; ma io mi misi in mente che avevo bisogno di vendere tutta la elettricità che producevo e non dovevo perderne nelle macchine: e perciò feci la resistenza interna piccola, ed ebbi disponibile per la vendita il 90% della energia prodotta. Oltre tutti questi molti altri elementi dovevano essere inventati o perfezionati, come artifici per impedire correnti eccessive, interruttori, sostegni di lampade, candelabri, e tutti i dettagli indispensabili per realizzare un sistema completo di illuminazione elettrica, che potesse competere con successo col sistema a gas. Tale era il lavoro da compiere nella prima parte del Il compito era enorme, ma noi mettemmo i nostri soldati alla ruota, ed in un anno e mezzo avemmo un sistema di illuminazione elettrica che fu un successo.

29 Edison Una questione che si riferisce a questo sistema è stata spesso fatta. Perché fissai 11 0 volt come tensione normale per la lampada a filamento di carbone? La risposta è che io basai il mio avviso sul meglio che potessi per ridurre il costo del rame, e le difficoltà che si incontravano per costruire lampade a voltaggio elevato. Pensai che 110 volt fossero sufficienti per assicurare lo sviluppo commerciale del sistema; e 110 volt è ancora il voltaggio normale ….

30 TEM L Combustibile PREFERENZA AL VETTORE ELETTRICO per PRATICITA DUSO

31 Altre fonti M T L E Combustibile Calore endogeno fonti usi finali T M E Cadute dacqua

32 Altre fonti T L E Combustibile Calore endogeno fonti usi finali T M E Materie fissili T fissione nucleare Fermi 1942 M Cadute dacqua

33 TEM T PREFERENZA AL VETTORE ELETTRICO per UTILIZZO ENERGIA NUCLEARE Materie fissili

34 Altre fonti L E Combustibile cadute dacqua Calore endogeno fonti usi finali T M E materie fissili T M T

35 Principali elementi caratterizzanti un sistema per lenergia Fonte : energia disponibile in natura che, mediante controllo, può essere resa utilizzabile nelle forme dellutilizzazione finale Vettore: sistema fisico che permette il trasferimento e la conversione della forma dellenergia Utilizzatore : sistema fisico che permette di ottenere il bene finale atto a soddisfare i bisogni

36 Funzioni caratterizzanti il processo energetico fonte-untilizzazione Trasferimento (trasmissione e distribuzione) Conversione della forma Conversione del vettore Accumulo

37 Occorre accumulare per Trasferire lenergia,nelle varie fasi del processo energetico, dalla fonte allutilizzazione Sincronizzare la disponibilità dellenergia, nella forma richiesta, con lutilizzo

38 Sistema energetico fonte utilizzazione Trasformazione della forma dellenergia Trasformazione del vettore Trasporto Distribuzione Accumulo infrastruttura funzioni

39 Tecnica dellenergia

40 Filiera dellenergia Estrazione/Raccolta Collettazione Pretrattamento :produzione di vettori energetici Accumulo Trasporto Accumulo Trasformazione (materia/forma dellenergia):produzione di vettori energetici Accumulo Utilizzo (trasformazione finale nella forma utile) Recupero/collocazione ambientale residui

41 imposto da: –la diversa localizzazione delle aree di produzione e di utilizzo TRASPORTO -lelevato frazionamento degli apparati di uso finale DISTRIBUZIONE TRASFERIMENTO DELL ENERGIA

42 trasportando materia in cui lenergia è accumulata (ad es. combustibili) trasmettendo lenergia senza trasferimento di materia (ad es. alberi rotanti, linee elettriche) Il trasferimento dellenergia può essere effettuato:

43 energia contenuta nellunità di massa combustibili nucleari combustibili fossili accumulatori elettrochimici condensatori industriali kWh / kg H2H2

44 I principali trasferimenti di energia si effettuano: per ogni uso: trasportando combustibili –con mezzi discontinui (ad es navi) –con mezzi continui ( ad es. oleodotti) solo per usi elettrici: trasmettendo con elettrodotti

45 confronto tra: fonte rete elettrica trasporto combustibile trasmissione di energia elettrica

46 Raggio dazione Distanza massima cui è economicamente conveniente trasportare la merce. Dipende da: - modalità di trasporto - percorso possibile - efficienza della trasmissione

47 Alcuni esempi Combustibili solidi e liquidi ad alto potere calorifico non hanno limiti, in pratica si possono solo avere concorrenza in base alla struttura logistica presente o da realizzare. Combustibili gassosi : alcune migliaia di km se trasportati in gasdotti, come i combustibili liquidi se liquefatti. Energia elettrica : alcune migliaia di km. Energia meccanica : fino al centinaio di metri con alberi rotanti, fino ad alcuni km per le trasmissioni a fune e a nastro. Energia termica : alcune centinaia di m con acqua calda, alcuni km con vapore.

48 sistemi Isolati Interconnessi : con rete fisica con rete logistica Con accumulo Senza accumulo

49 CENTRALE RETE DI TRASMISSIONE E INTERCONNES. RETE DI DISTRIB.MT STAZIONE CABINAPRIMARIACABINA MT- BT RETE DI DISTRIB.BT CARICO RETE DI DISTRIB.PRIMARIA Struttura di un grande sistema

50 Schema di principio rete gas AP MPBP BBP s G

51 Infrastrutture per il trasporto dellenergia elettrica e del gas

52 Rete elettrica MT

53 Rete gas MP

54 Grandi reti per i combustibili

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58 Interconnessione di reti energetiche

59 distribuzione del calore cogenenerazione riduzione trasformatore Rete elettrica Rete gas Combustibili liquidi e solidi shipper interconnessione s s

60 Interconnessione di reti per lenergia Maggiore capacità di gestione della domanda della risorsa Riduzione delle riserve Maggiore sicurezza della disponibilità della risorsa per lutilizzatore finale Ridondanze impiantistiche Complessità Vantaggi Svantaggi


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