Spring 2004 Fonti rinnovabili- I GCM Lecture X

Fonti di energia rinnovabili ossia che non si esauriscono usandole. Energia solare (il sole sorge tutti i giorni..) Biomasse (crescono di nuovo..) Ciclo idrico (pioverà sempre..) Eolico ( i venti si formano continuamente per effetto della radiazione solare ) Correnti oceaniche (dovute al sole come i venti) Maree (effetto dell’attrazione lunare) Geotermiche (sorgenti di calore pressochè inesauribili dal magma profondo della terra) A.A. 2007/8

Bilancio energetico Ricordiamo che all’equilibrio termico terra-sole circa il 30% della radiazione solare viene riflesso e il 70% viene riemesso dalla terra come radiazione termica Un po’ di energia viene assorbita e serve per riscaldare aria e suolo generare piogge e venti generare le correnti oceaniche determinare la fotosintesi A.A. 2007/8

The Renewable Budget A.A. 2007/8

Spiegazione dello schema La radiazione incidente è pari ad una potenza di 1741015 W che è il famoso 1370 W/m2 per (R2)=area esposta al sole 30% viene riflesso direttamente indietro (onde corte) da nubi,artmosfera,suolo 47% serve a riscaldare aria,terra,acque 23% serve all’evaporazione dell’acqua, precipitazioni ecc A.A. 2007/8

(cont.) 0.21% va in venti,onde,convezione,correnti ossia circa 100 volte meno che per il ciclo dell’acqua 0.023% è immagazzinato come energia chimica nelle piante via fotosintesi Il totale della bioenergia è 401012 W Gli esseri umani (6 miliardi ) x 100 W = 0.61012 W pari a solo 1.5% della bioenergia totale Tutto questo (bioattività, venti, clima, ecc) finisce in calore e viene rinviato nello spazio Eccetto una piccola quantità trattenuta nei combustibili fossili A.A. 2007/8

L’ Energia Potenziale mgh , il calore latente di evaporazione Il ciclo dell’acqua Le energie coinvolte: L’ Energia Potenziale mgh , il calore latente di evaporazione A.A. 2007/8

Valutazioni Per fare evaporare un grammo di acqua occorrono 2444 J (calore latente di evaporazione) è la ragione per cui l’ambiente umido sembra più fresco.. 23% dell’energia solare finisce nel ciclo dell’acqua. Per innalzare un g di acqua oltre la troposfera (10000 m) sono necessari mgh = (0.001 kg)(10 m/s2)(10,000 m) = 100 J In conclusione > 96% dell’energia coinvolta viene usata per l’ evaporazione ; < 4% va in energia potenziale A.A. 2007/8

Piove… Quando l’acqua ricondensa in nuvole il calore latente viene restituito e subito irraggiato nello spazio Quando piove, l’energia potenziale di gravità viene restituita quasi completamente come energia cinetica, e alla fin fine in calore Un pochino di energia potenziale però rimane disponibile , nel caso in cui la pioggia cade su un terreno più elevato del livello del mare da cui l’acqua è partita le centrali idroelettriche usano questo piccolo residuo di energia, che è poi lo stesso che fa muovere le correnti e i fiumi le dighe lungo i fiumi non fanno altro che concentrare questa energia potenziale A.A. 2007/8

Ulteriori valutazioni La Figura 5.1 ci dice che ca. 401015 W di potenza solare finiscono in evaporazione dell’acqua corrispondenti a ca. 1.61010 kg /sec di evaporazione! Si può calcolare che corrisponderebbero a 3.5 mm di evaporazione da tutte le superfici oceaniche al giorno. A questa massa totale viene trasferita una energia potenziale gravitazionale pari a : mgh = (1.61010 kg)(10 m/s2)(2000 m) = 3.21014 J ogni secondo Un paese grande come gli USA per es però ha accesso a circa il solo 2,5% del totale A.A. 2007/8

Esempi Grand Coulee, Washington state, Fiume Columbia 107 m e un flusso di > 6,000 m3/s ogni metro cubo (1000 kg) ha en. potenziale mgh = (1000 kg)(10 m/s2)(110 m) = 1.1 MJ a 6,000 m3/s, pertanto 6 GW di potenza Un impianto nucleare ha solitamente 1–2 GW 11 altre grandi centrali idro negli USA con 1–2 GW Nel mondo le più grandi: Brasile (Paranà) 13 GW- Venezuela (Guri) 10GW –Cina (YangTse) 18 GW (in costr) A.A. 2007/8

Importanza decrescente A.A. 2007/8

Tabella 1 Domanda di energia primaria consumo per fonti (valori percentuali) e aree geografiche (anno 2003) Aree Petrolio % Gas naturale % Carbone % Nucleare % Idro-elett% Nord America 40,1 25,2 22,5 7,4 4,9 America Centro Sud 46,5 21,2 3,8 1,0 27,5 UE -25 39.9 23,2 17,9 12,5 6,6 Ex URSS, Bulgaria, Romania, Turchia 19,8 50,8 19,3 5,3 4,9 Medio oriente 50,4 47,0 2,0 0,7 Africa 40,2 20,1 32,4 1,0 6,3 Asia e Pacifico 36,1 10,7 44,9 3,6 4,7 MONDO 37,3 23,9 26,5 6,1 6,1 A.A. 2007/8

Tabella 2 Produzione di energia idroelettrica in Italia (GWh/10) 1995 1998 1999 2000 2001 2002 2003 Imp < 10 MW 744 832 860 812 866 805 719 Imp > 10 MW 3034 3289 3676 3609 3815 3147 2948 Totale 3778 4121 4536 4421 4681 3952 3667 In Italia 136 grandi dighe (> 1 Mmetri cubi) e 65 minori A.A. 2007/8

E in futuro?? Le risorse possibili nel mondo sono già largamente sfruttate E le dighe hanno i loro problemi: il problema dei sedimenti pone limiti di durata di 50–200 anni, dopo di che la diga diventa un potenziale disastro e un sito ingombrante e fastidioso. problemi ambientali disastri incombenti spesso su centri popolosi In conclusione la idroelettricità non è in grado di risolvere i problemi energetici dell’umanità A.A. 2007/8