Corso di Impatto Ambientale Modulo A: Pianificazione Energetica Università degli Studi di Perugia Facoltà di Ingegneria Corso di Impatto Ambientale Modulo A: Pianificazione Energetica Ing. Giorgio Baldinelli a.a. 2011-12 Introduzione al corso

OBIETTIVI: Fornire agli allievi nozioni in materia di impatto ambientale dei sistemi energetici, di procedure di valutazione di impatto ambientale e di pianificazione energetica e sviluppo sostenibile. Illustrare i principali interventi di mitigazione degli impatti. CONTENUTI Introduzione al corso. Cambiamenti climatici, energia e ambiente. Qual’è il consumo di energia del pianeta? Cambiamenti climatici. Conferenza di Rio e Protocollo di Kyoto. Che cosa si può fare. Fonti energetiche rinnovabili. Energia nucleare. Centrali termoelettriche a “carbone pulito”. I Rigassificatori di gas naturale liquefatto. Termovalorizzazione dei rifiuti solidi urbani.

Segue contenuti Le interazioni fra i sistemi energetici e l’ambiente: impatto ambientale dei sistemi energetici, ruolo della produzione e distribuzione dell’energia sull’impatto ambientale, valutazione degli effetti ambientali e sanitari. L’inquinamento atmosferico: sorgenti, inquinanti, legislazione, tecniche per il controllo delle emissioni. L’inquinamento globale: piogge acide, ozono, effetto serra. Le conferenze internazionali e lo sviluppo sostenibile, la carta di Aalborg e i processi di Agenda 21. Emission trading, certificati verdi e certificati bianchi.

Segue contenuti L’inquinamento termico, acustico, luminoso, elettromagnetico. Valutazione, normativa, mitigazioni. La valutazione di impatto ambientale: legislazione, procedure, metodologie, contenuti e fasi. Altre procedure di valutazione di impatto: Life Cycle Assessment, Valutazione Ambientale Strategica. L’impronta ecologica. Applicazioni, esempi e casi di studio. Certificazioni ambientali di siti produttivi: EMAS La pianificazione energetica nazionale, regionale e comunale: normative, procedure, metodologie, contenuti e fasi. La gestione razionale delle risorse. La diversificazione delle fonti e l’incentivazione delle fonti energetiche rinnovabili e alternative. Applicazioni, esempi e casi di studio.

PREREQUISITI: Fisica tecnica 1 e 2. E’ inoltre consigliato avere sostenuto gli esami di Fonti Energetiche Rinnovabili e di Energetica Applicata. TESTO ADOTTATO Gino Moncada Lo Giudice, Francesco Asdrubali: “LA SFIDA DELL’ENERGIA Cambiamenti climatici, energia e ambiente in un mondo inquieto”, Franco Angeli, Milano 2007, pagg. 140, € 14,00, ISBN 978-88-464-9259-3. TESTI CONSIGLIATI C. Caputo L’impatto delle macchine sull’ambiente, Masson1998 B. Galletta et Al., Dal progetto alla VIA, Voll. 1 e 2, Franco Angeli, 1994 G. Cau, D. Cocco, L’impatto ambientale dei sistemi energetici, SGE Servizi Grafici Editoriali, 2002 P. Morris, R. Therivel, Methods of Environmental Impact Assessment, UCL Press Limited, 1995 MODALITÀ DI VERIFICA DEL PROFITTO: La verifica del profitto consiste in un colloquio orale della durata di circa 30’ (domande sulla parte teorica del corso).

Le interazioni tra i sistemi energetici e l’ambiente Sistemi di conversione energetica: impianti di generazione elettrica MCI per autotrazione Impianti termici civili e industriali Sistemi molto diversi per tipologia e configurazione, potenza (dai pochi kW dei MCI a centinaia di MW delle centrali termoelettriche), rendimenti (da 15-20 % piccoli MCI, dal 25% al 53% per le centrali elettriche, fino all’85-90% generatori energia termica)

Principale causa di impatto ambientale: impiego di combustibili fossili Ma anche i sistemi energetici che utilizzano fonti rinnovabili producono impatti di diversa natura

Classificazione degli impatti: Per componente ambientale interessata (aria, acqua, suolo, fauna, flora, paesaggio ecc) Per tipologia di emissioni inquinanti (solide, liquide, gassose, acustiche, termiche, ecc.)

Interazioni fra i sistemi di conversione dell’energia e l’ambiente Emissioni di materia: solide, liquide, gassose Emissioni di energia: calore, radiazioni (ionizzanti e non ionizzanti), rumore Altre interazioni: occupazione suolo, impatto visivo, altro

L’entità e l’importanza relativa delle diverse emissioni dipendono dal tipo di impianto e della tecnologia adottata Impianti termici e nucleari: emissioni di materia ed energia Impianti FER: impatti visivi, fauna e flora, ecosistemi

Emissioni gassose Sono la forma di interazione ambientale più rilevante e derivano dai processi di combustione Principali inquinanti: Ossidi di Zolfo (SOx) Ossidi di Azoto (NOx) Monossido di Carbonio (CO) Particolato Composti Organici Volatili (COV) Anidride Carbonica (CO2)

Altri inquinanti gassosi Acido cloridrico (HCl) Acido fluoridrico (HF) Ammoniaca (NH3) Metalli pesanti (Mercurio, Cromo) Diossine e furani

Andamento nel tempo delle emissioni CO2: sensibile aumento negli ultimi 20 anni (energia) SOX: diminuzione (combustibili) NOx: diminuzione (combustione) CO e altri: diminuzione meno marcata (compensazione) Fonti degli inquinanti: Il settore energetico (combustione e trasporti) è responsabile per oltre il 90% delle emissioni dei principali inquinanti (fatta eccezione per i COV)

Origine degli inquinanti: Composizione chimica del combustibile (esempio: tenore di zolfo, cloro, fluoro) Modalità di svolgimento del processo di combustione (eccesso d’aria, temperatura, fiamma)

Approcci per mitigazione impatto: Utilizzo di combustibili puliti Pre-trattamento del combustibile Riduzione della produzione di inquinante durante la combustione Post-trattamento dei prodotti della combustione Diluizione degli inquinanti allo scarico

Utilizzo combustibili puliti Impiego di combustibili intrinsecamente privi di sostanze quali zolfo, cloro, mercurio Esempio: gas naturale o olio combustibile BTZ Poco efficaci per controllo emissioni CO e NOx

Pre-trattamento combustibile Trattamento preliminare chimico e fisico Lavaggio carbone per riduzione particolato Desolforazione prodotti petroliferi Depurazione gas di sintesi negli impianti di gassificazione Poco efficaci per controllo emissioni CO e NOx

Riduzione della produzione di inquinante durante la combustione Impiego di tecnologie in seno alla combustione stessa Combustione letto fluido: aggiunta di sorbenti a base di calcio e magnesio per evitare SOx Iniezione di vapore in turbina a gas per ridurre NOx Combustione a più stadi

Post-trattamento dei prodotti della combustione Tecnologie a valle del processo di combustione Filtri (elettrostatici, a manica, ceramici) Desolforatori Denitrificatori

Diluizione degli inquinanti allo scarico Non è una tecnica di riduzione delle emissioni ma solo di mitigazione dei relativi effetti Anche la legislazione fa riferimento a fumi secchi e con un determinato tenore di ossigeno

Emissioni liquide Aspetto di crescente importanza per emanazione di normative più severe, scarsità risorse idriche, aumento produzione effluenti liquidi Problema che riguarda soprattutto centrali termoelettriche a vapore convenzionali, ma anche processi combustione letto fluido e gassificazione (meno importante per turbine a gas e MCI)

Fonti di consumo di acqua e di produzione di effluenti liquidi: Sistemi di raffreddamento (torri evaporative) Reintegro del generatore di vapore Lavaggio del generatore di vapore Sistemi di desolforazione (ad umido) Centrale da 320 MW a ciclo aperto: 30.000 – 40.000 m3/h acqua Si inserisce un sistema di trattamento delle acque (limiti di emissione Dlgs 152/99) Problema della temperatura degli scarichi

Emissioni solide Riguardano soprattutto sistemi energetici alimentati con combustibili solidi o idrocarburi pesanti Ceneri del combustibile Residui solidi prodotti dalla depurazione dei fumi (desolforazione) Composizione ceneri: ossidi di silicio, alluminio e ferro (80%), ossidi di calcio, magnesio, zolfo, potassio, sodio, fosforo, tracce di metalli pesanti

Centrale termoelettrica a carbone bituminoso da 320 MW: 10-12 t/h di ceneri, per un totale di 60.000-70.000 t/a Reimpiego delle ceneri: Cementifici Sottofondi stradali Manufatti per l’edilizia Discarica (letto fluido)

Emissioni termiche L’inquinamento termico può essere diretto (rilascio di fumi caldi) o indiretto (rilascio di sostanze che interferiscono con i meccanismi di scambio termico della Terra) L’inquinamento termico diretto può causare significative variazione del microclima locale (temperatura e umidità relativa dell’aria, temperatura dell’acqua)

Le emissioni di energia termica sono correlabili al rendimento dell’impianto: Q2/L = 1/η - 1 Un aumento del rendimento dell’impianto non solo consente di ridurre i consumi di combustibile e quindi le quantità di inquinanti prodotte, ma anche di ridurre la quantità di calore emessa Centrale termoelettrica a vapore da 320 MW: rendimento 40%, Q2 = 420 MW, portata d’acqua di 10/12 mc/s (incremento di 8-10 °C) per un ciclo aperto

Emissioni acustiche Problema di grande attualità, recentemente regolamentato da apposita legislazione (L.Q. 447/95) Principali fonti di rumore: Turbine a vapore Gruppi turboalternatore Ventilatori Sfiati vapore, tubazioni percorse da vapore Sistemi movimentazione carbone

Turbine a gas: Compressore Condotti aspirazione Scarico Generatori eolici Sistemi di mitigazione Alla sorgente/lungo il percorso/sul ricettore Attivi/passivi

Altre emissioni Inquinamento da campi elettromagnetici Inquinamento nucleare Occupazione suolo Alterazione ecosistemi Impatto visivo