Le fonti di energia pulita, rinnovabile ed alternativa

Fonti di energia Le fonti di energia presenti in natura ed usufruibili dall’uomo sono essenzialmente di due tipi: rinnovabili acqua sole vento calore della terra biomassa Idrogeno (come vettore) non rinnovabili petrolio gas naturale carbone uranio (e altri elementi radioattivi) Glossario: www.energia-ecologia.net/vademecum.html

Il consumo energetico da parte dei Paesi emergenti quali India e Cina, oggi in pieno sviluppo, è destinato ad aumentare considerevolmente, mentre le riserve di energia fossile e nucleare disponibili a livello mondiale diventano sempre più scarse Termico solare: nel 2004 in Cina è stato installato il 78%, in Europa il 9%, in Turchia e in Israele insieme l'8% e nel resto del mondo il 5% La Germania copre, con il 47%, la quota maggiore del mercato del calore solare europeo, seguita da Grecia (14%), Austria (12%), Spagna (6%) e Italia (4%)

fotovoltaico eolico termoelettrico Superficie necessaria alla città di New York per produrre il 60% del proprio fabbisogno elettrico fotovoltaico eolico termoelettrico © Nicola Armaroli CNR-ISOF, Bologna

Il problema dela diluizione Valori di densità di potenza di alcune tecnologie energetiche FOSSILI: 1000-10000 W/m2 FOTOV. 20-60 W/m2 IDRO 10-50 W/m2 EOLICO 10-50 W/m2 BIOMASSE 0.1-1.2 W/m2

La situazione in Italia Fonte ENEA 2006 La situazione in Italia Offerta di energia primaria da fonti non rinnovabili: Petrolio: 54% Gas: 30% Combustibili solidi: 7% Rinnovabili: 9% Import energia elettrica: 6%

La situazione in Italia Fonte ENEA 2006 La situazione in Italia Offerta di energia primaria da fonti rinnovabili: Biomasse: 52% Idroelettrico: 42% Geotermico: 5% Eolico, solare e maree: 1%

La situazione in Italia Fonte ENEA 2006 La situazione in Italia Energia elettrica da fonti rinnovabili: Idroelettrico: 85 % Geotermico: 8 % Biomasse: 3 % RSU: 2 % Eolico: 2 % Fotovoltaico: 0,05 %

Costi ambientali indiretti : Costi diretti : Alternative... - energia solare: ~ 1,05 Euro/kWh - carbone: ~ 0,26 Euro/kWh Produrre energia... solo con tecnologie tradizionali bassi costi industriali, ma alti costi ambientali oppure anche con fonti rinnovabili costi ambientali più bassi, ma alti costi industriali Costi ambientali indiretti : globali (incerti) gas climalteranti (CO2, CH4, CFC, ecc.) locali cambiamento d’uso del suolo inquinamento (NOx, SO2, O3, PST, CO, ecc.) perdita di produttività danni ai beni materiali danni alla salute

Le fonti di energia rinnovabile: - non dipendono da combustibili le cui riserve sono limitate La fonte di energia rinnovabile più sfruttata è l’energia idroelettrica; altre fonti rinnovabili sono l’energia da biomassa, l’energia solare, l’energia dalle maree, l’energia dalle onde e l’energia eolica L’energia da biomassa non esclude il pericolo dell’effetto serra Quasi il 99% dell’energia presente sul nostro pianeta proviene dall’esterno e soprattutto dal sole, sottoforma di radiazione; il resto è dato dall’energia derivante dall’attrazione gravitazionale della luna; il modesto 1% di energia prodotta dal nostro pianeta nasce dal suo interno e si manifesta come vulcanismo, geotermìa ed energia nucleare

In Italia per soddisfare il fabbisogno energetico, nel 2004 si sono consumate ≈ 185 Mtep di energia, utilizzando diverse fonti primarie. In tab. sono specificate le quantità d’energia per singola fonte (1 tep = 10 Mega kcal)         Fonti primarie utilizzate (Ktep)  petrolio metano  carboni   rinnovabili nucleare totali.ktep  97.046  58.128    13.305    12.601     4.120    185.200  52,4%    31,39%      7,18%      6,8%     2,23%    100% Fonti secondarie dalla trasformazione delle fonti primarie (Ktep) En. elettrica En. termica  Carburanti Usi non energetici  Perdite  totali.ktep 53.586   64.166   43.746   11.320  12.381 185.200 29% 34,6% 23,6% 6,1%  6,7%  100%

Energia dal sole: termico e fotovoltaico L'energia solare è la fonte di energia primaria per eccellenza Ogni anno il sole irradia sulla terra ≈ 19.000 Giga tep (tonnellate equivalenti petrolio) mentre la domanda annua di energia è ≈ 8 Giga tep Si rammenti che tutta l'energia che utilizziamo, compresa quella prodotta dai combustibili fossili ha origine dall'irradiamento solare L’energia solare può essere utilizzata sia in modo diretto (solare termico) che in modo indiretto (solare fotovoltaico)

Energia dal sole: termico e fotovoltaico I pannelli solari sono stati i primi ad essere installati, costano poco e servono quasi esclusivamente per l’acqua calda sanitaria Poiché si raffreddano facilmente, nel serbatoio viene posta una resistenza elettrica per sopperire alle carenze energetiche e aumentare l’efficienza

Energia dal sole: termico e fotovoltaico “globo solare” per usi domestici Concentratori a parabola da 30 Kw “forno solare” per ceramica

Energia dal sole: termico e fotovoltaico Esempio di impianto a concentratori parabolici. Su questo schema l’ENEA sta sviluppando il progetto Archimede Massimo rendimento da tubi sottovuoto in cui circola un fluido con alto calore specifico

www.ecoworldhotel.com/mdm/ita/dettagli_news.php?id=628 L'impianto solare previsto dal progetto è in costruzione nella centrale Enel di Priolo Gargallo (Siracusa) e sarà ad altissima efficienza grazie all'integrazione di un ciclo combinato a gas con un innovativo impianto solare termodinamico, totalmente a sali fusi, basato su una tecnologia innovativa L'operatività dell'impianto è prevista per il 2010 ed incrementerà la potenza della centrale di circa 5 MW. Ciò consentirà di produrre energia elettrica aggiuntiva di fonte solare, capace di soddisfare il fabbisogno annuale di 4.500 famiglie, con un risparmio di circa 2.400 tonnellate di petrolio all'anno e minori emissioni di anidride carbonica per circa 7.300 tonnellate all'anno

TORRE SOLARE Un nuovo modo di produrre energia rinnovabile La Torre Solare funziona secondo gli stessi principi di una qualsiasi canna fumaria: si tratta di una torre cava all’interno come un tubo. 
Alla base c’è una serra, una specie di fascia circolare che copre una notevole superficie di terreno. L’aria della serra, riscaldata dal sole, sale per il camino grazie a due fenomeni fisici (che funzionano come i "motori" della torre): 1) l’aria sale per un processo di convezione (il fenomeno per cui l’aria calda va verso l'alto) 2) l’aria sale per una differenza di pressione tra la base e la cima della Torre (in cima la pressione è minore e quindi l’aria viene "succhiata verso l’alto")

www.enviromission.com.au/ Questa torre è in costruzione in Australia da EnviroMission. Si tratta di una struttura da 50 MW in grado di fornire energia a 100 mila appartamenti, utilizzando i collettori solari disposti nella piattaforma circolare alla base. Lavorando come una gigantesca serra, l'impianto riscalda l'aria utilizzando le radiazioni solari e la fa convergere nella torre, dove una schiera di turbine sono in grado di produrre energia sfruttando il movimento dell'aria

Mentre sale nel camino, l’aria calda accelera fino a raggiungere velocità anche di 70 Km/h. 
Questo flusso di aria in movimento fa girare una pluralità di turbine eoliche (posizionate alla base interna del camino) che generano elettricità: le turbine trasformano l’energia cinetica dell’aria in energia elettrica come una qualsiasi pala eolica Il procedimento è facilitato dalla assoluta costanza, sia in direzione che in intensità, del vettore velocità La differenza principale rispetto alle pale eoliche tradizionali è che la LifeGate Solar Tower presenta un indiscutibile vantaggio: funziona anche in assenza di vento, 24 ore su 24, sette giorni su sette, generando un massimo di energia proprio durante le ore più calde della giornata quando c'è il picco di consumo Come può funzionare anche di notte? Grazie al "gradiente barico" (il differenziale di pressione), e grazie al calore accumulato durante il giorno nel terreno coperto dalla serra La maggior efficienza della torre si ottiene scegliendo una zona ad alto irraggiamento solare, aumentando l'altezza della torre e l'estensione della serra A Manzanares, Spagna, nel 1981 gli ingegneri tedeschi Bergermann e Partner hanno realizzato una struttura alta circa 200 m, rimasta operativa per 7 anni, con una potenza elettrica di 50 kW www.enertop.it/energia-alternativa-tecnologie/energia-alternativa-torresolare.html

Solare fotovoltaico L'effetto fotovoltaico consiste nella trasformazione della luce in energia elettrica Nel secolo scorso si scoprì che era possibile trasformare direttamente l'energia solare in energia elettrica tramite una cella elettrolitica senza passare per processi termodinamici. La prima applicazione commerciale si ebbe nel 1954: i laboratori Bell (USA) realizzarono la prima cella fotovoltaica utilizzando il silicio monocristallino

Solare fotovoltaico Fotovoltaico in Europa : dal 1999 sono stati avviati programmi per incentivare la diffusione del fotovoltaico, che hanno portato il mercato a crescere del 40% all'anno In Italia il mercato del fotovoltaico sta avendo uno sviluppo importante grazie alla legge "conto energia" dell'agosto 2005

Solare fotovoltaico

Solare fotovoltaico Questi dispositivi, anche se molto sofisticati, offrono ancora rendimenti modesti A causa delle caratteristiche intrinseche ai materiali costituenti, solo una piccola parte dello spettro solare viene realmente assorbita Le efficienze tipiche dei moduli al silicio di tipo commerciale variano attorno al 12-15%, con costi ≈ 5 €/W

ENERGIA SOLARE: sistemi a concentrazione (CALORE → ELETTRICITÀ) Collettori  parabolici Collettori  a  disco  con motore  termico Torri  solari

Solare fotovoltaico Vantaggi: - Completamente rispettoso dell’ambiente - Sfrutta una forma d’energia molto delocalizzata il che permette di produrre energia là dove serve - Non dipende da alcuna forma primaria di energia Produce una forma di energia di tipo “nobile” Svantaggio: - i costi ancora troppo alti per un utilizzo diffuso (il costo alto è intrinseco al metodo di produzione (crescita cristallina)

Solare fotovoltaico Sono state sviluppate tecnologie alternative a quella del silicio Per es. sono state sviluppate celle solari con una tecnica chiamata a film sottile * che permette un forte abbassamento dei costi di produzione senza ridurre l’efficienza * Rif it.wikipedia.org/wiki/Modulo_fotovoltaico www.kensan.it/articoli/Fotovoltaico_Film_sottile.php Vantaggi della tecnologia a film sottili: - ogni strato ha uno spessore micrometrico - si può costruire una macchina in cui entra il vetro ed esce il modulo completo - con questa tecnologia si arriva a un costo di produzione di ≈ 0,6 € / W

Schema base modulo fotovoltaico Riduzione di produttività del fotovoltaico in base all’orientamento

www.eusd.it/blog/

www.fierabolzano.it/klimaenergy2010/