6. IL SISTEMA ENERGETICO risorse rinnovabili Ricerca, produzione, consumo, risparmio ENERGIA: è la parola chiave della società tecnologicamente avanzata. Gli effetti della produzione, dell’uso e dello spreco di energia sono, sempre negativi per l’ambiente in cui viviamo, fino a provocare modifiche del clima globale del pianeta. Dobbiamo non solo conoscere le tecnologie legate all’energia, ma anche imparare a mettere in pratica il risparmio energetico in ogni momento della giornata.

2. RISORSA Fonti rinnovabili Le fonti di energia sono sostanze e fenomeni naturali che l’uomo utilizza per ottenere diverse forme di energia. Vengono dette fonti primarie, se usate direttamente oppure fonti secondarie se devono subire trasformazioni. 2. RISORSA Fonti rinnovabili Provengono da elementi naturali in continuo rinnovamento: Sole, fonte primaria in assoluto, sfruttato in vari modi; vento, usato nei generatori eolici; biomasse, vegetali e materiali organici; acqua, usata nelle centrali idroelettriche; geotermie, solitamente legate a fenomeni vulcanici; maree, difficili da sfruttare.

CENTRALE IDROELETTRICA Produzione di energia da fonti rinnovabili 4. PRODOTTO 5. IMPATTO CENTRALE IDROELETTRICA Hydroelectric power station FONTE UTILIZZATA Acqua in caduta Acqua fluente PASSAGGI DI ENERGIA 1. Energia potenziale (acqua in bacino) 2. Cinetica (acqua in caduta) 3. Meccanica (turbina) 4. Elettrica (alternatore Vantaggi/Svantaggi Fonte rinnovabile, gratuita e non inquinante; buona la quantità di energia prodotta. Si può costruire solo in condizioni ambientali adeguate e il costo dell’impianto è elevato. Impatto ambientale non sempre positivo. L’acqua contenuta nel bacino idrico, sbarrato dalla diga, scende nelle condotte forzate che la convogliano nelle turbine. Le turbine mettono in moto gli alternatori che producono corrente elettrica. L’acqua dalle turbine finisce nel canale di scarico.

CENTRALE mareomotrice Produzione di energia da fonti rinnovabili 4. PRODOTTO 5. IMPATTO CENTRALE mareomotrice Tidal power station Chiuse: sbarramenti che aprono e chiudono gli spazi anteriori e posteriori della diga. Diga di sbarramento: manufatto in cemento armato o pietrame. FONTE UTILIZZATA Maree PASSAGGI DI ENERGIA 1. Cinetica (marea) 2. Meccanica (turbina) 3. Elettrica (alternatore Vantaggi/Svantaggi Produce una discreta quantità di energia, usa una fonte inesauribile e non inquinante. Necessita di ambienti adeguati, i costi di realizzazione sono molto elevati e forte l’impatto ambientale. Turbina a bulbo: ha la caratteristica di ruotare sia con l’acqua in entrata che in uscita. Alternatore: generatore di corrente prodotta grazie al fenomeno dell’induzione magnetica. Ciclo di funzionamento La foce del fiume viene sbarrata da una diga, sia anteriormente che posteriormente, è completata da due chiuse per favorire l’innalzamento naturale delle maree in tempi brevi. L’acqua passa attraverso le turbine a bulbo, che a loro volta sono accoppiate ad alternatori che producono la corrente elettrica.

Centrale solare a torre Produzione di energia da fonti rinnovabili Centrale solare a torre 4. PRODOTTO 5. IMPATTO solar tower power station FONTE UTILIZZATA Sole, in particolare il calore. PASSAGGI DI ENERGIA 1. Solare/termica (raggi solari) 2. Cinetica (vapore) 4. Meccanica (turbina) 5. Elettrica (alternatore Vantaggi/Svantaggi Introduzione di un accumulo termico per ovviare alla discontinuità solare e buon rendimento del ciclo termodinamico. Liquido trasportatore di calore, più sicuro e costi degli specchi in riduzione (materiali compositi, honeycomb, più leggeri, robusti ed economici. Negli impianti a torre, il campo solare è costituito da specchi piani (eliòstati) che inseguono il moto del Sole, concentrando i raggi solari su un ricevitore, montato in cima ad una torre, posizionata al centro dell’impianto. All’interno del ricevitore viene fatta circolare una miscela di sali fusi, che assorbe il calore e lo accumula in appositi serbatoi. Con il calore accumulato ad alta temperatura (565 °C), si produce vapore per alimentare un turbo-generatore.

Centrale fotovoltaica Produzione di energia da fonti rinnovabili 4. PRODOTTO 5. IMPATTO Centrale fotovoltaica Photovoltaic system FONTE UTILIZZATA Sole, in particolare la radiazione luminosa PASSAGGI DI ENERGIA 1. Energia luminosa 2. Energia elettrica Vantaggi/Svantaggi Fonte inesauribile, gratuita e pulita. Semplicità d’utilizzo e modularità dei sistemi. Esiste però una certa discontinuità della fonte e il costo dei componenti è ancora elevato. L’impianto fotovoltaico è un insieme di componenti che concorrono a captare e trasformare l’energia solare in energia elettrica. Quando i fotoni (particelle di energia del Sole) colpiscono una cella fotovoltaica, una parte di energia è assorbita dal materiale ed alcuni elettroni, scalzati dalla posizione nella struttura atomica, scorrono attraverso il materiale semiconduttore (silicio), producendo una corrente continua che viene commutata in alternata nell’inverter.

Centrale eolica Produzione di energia da fonti rinnovabili 4. PRODOTTO 5. IMPATTO Centrale eolica FONTE UTILIZZATA Vento PASSAGGI DI ENERGIA 1. Cinetica (vento) 2. Meccanica (rotore) 3. Elettrica (alternatore) VANTAGGI/SVANTAGGI Utilizza una fonte inesauribile, non inquina l’atmosfera, può produrre quote significative di energia. L’impianto occupa grandi spazi, provoca emissioni acustiche ed interferenze elettromagnetiche. Un impianto eolico e' costituito da un gruppo di aerogeneratori connessi fra loro elettricamente. Gli aerogeneratori sono costituiti da una navicella, alla quale e' connesso un rotore che gira e aziona un moltiplicatore di giri che a sua volta è collegato all’alternatore produce corrente elettrica.

Centrale geotermica Produzione di energia da fonti rinnovabili 4. PRODOTTO 5. IMPATTO Centrale geotermica FONTE UTILIZZATA Fluidi geotermici, soffioni boraciferi. PASSAGGI DI ENERGIA 1. Termica/cinetica (calore endogeno/vapore) 2. Meccanica (turbina) 3. Elettrica (alternatore) Vantaggi/Svantaggi Utilizza una fonte inesauribile e gratuita. Ha basso costo di produzione e discreta produzione. L’inquinamento atmosferico è limitato. Si può costruire solo laddove sono presenti i fluidi geotermici. Presenta anche un forte impatto ambientale, dovuto alle chilometriche tubazioni di superficie. Dal sottosuolo, i vapori sono convogliati nei vapordotti, ed inviati alla turbina, collegata all'alternatore che produce energia elettrica alternata. Il vapore uscente dalla turbina viene riportato alla stato liquido in un condensatore, mentre i gas incondensabili, vengono dispersi nell'atmosfera. La torre di raffreddamento consente di raffreddare l'acqua prodotta dalla condensazione.

Centrale a biogas Produzione di energia da fonti rinnovabili 4. PRODOTTO 5. IMPATTO Centrale a biogas FONTE UTILIZZATA Biomasse vegetali e animali PASSAGGI DI ENERGIA 1. Energia chimica potenziale (gas) 2. Energia chimica/termica (caldaia) 3. Cinetica (vapore) 4. Meccanica (turbina) 5. Elettrica (alternatore) VANTAGGI Non inquina nessun elemento del pianeta e consente la trasformazione dei rifiuti organici in biogas. I residui della fermentazione(digerito) si possono utilizzare come fertilizzanti. L’impianto biogas, generalmente recupera gas dalla fermentazione anaerobica delle biomasse (rifiuti organici), tramite un processo di conversione di tipo biochimico, che avviene in assenza di ossigeno e consiste nella demolizione, ad opera di microrganismi, di sostanze organiche complesse (lipidi, protidi, glucidi) contenute nei vegetali e nei sottoprodotti di origine animale. Produce un gas (biogas), costituito per il 50-70% da metano

IMPIANTI DI RECUPERO ENERGETICO 4. PRODOTTO 5. IMPATTO TERMOVALORIZZATORE Il termoutilizzatore o termovalorizzatore (inceneritore) è un impianto piuttosto complesso. Esso riceve rifiuti, li seleziona e li brucia, utilizzando il calore prodotto nella combustione per produrre vapore da utilizzarsi per azionare un gruppo turbo/alternatore per produrre corrente elettrica. Il vapore residuo, a bassa temperatura, può essere convogliato in una rete di teleriscaldamento e portare il calore nelle case. Vantaggi/Svantaggi Elimina rifiuti e contemporaneamente produce energia elettrica e riscaldamento domestico. Produce inquinamento atmosferico, riscaldamento dell’ambiente e problemi di rifiuti maleodoranti.

IMPIANTI DI RECUPERO ENERGETICO Cogenerazione - Teleriscaldamento 4. PRODOTTO 5. IMPATTO Cogenerazione - Teleriscaldamento Il teleriscaldamento è un sistema che permette di riscaldare le abitazioni sfruttando il calore residuo delle centrali termoelettriche, di impianti industriali e dei termovalorizzatori che altrimenti andrebbe disperso. L’acqua calda (a 90-120 °C) viene trasportata attraverso una rete di tubazioni, isolate termicamente, e giunge fino agli edifici allacciati. Qui, tramite un apparecchio, detto scambiatore di calore, installato al posto della caldaia, cede il proprio calore all’impianto condominiale e consente di riscaldare gli ambienti e fornire acqua calda per gli impieghi domestici. Una volta ceduto il calore, l’acqua, scesa a 65-70 °C, ritorna in centrale. Vantaggi/Svantaggi Recupera energia termica che andrebbe dispersa, Si risparmia combustibili e si riduce l’inquinamento dell’aria. La realizzazione della rete di tubazioni crea notevoli disagi alla circolazione.

GREEN VISION 6. CONTROLLO 4. IL FUTURO DELL’ENERGIA L’IDROGENO Energie rinnovabili Processo di elettrolisi, per ricavare l’idrogeno dall’acqua. 4. IL FUTURO DELL’ENERGIA L’IDROGENO Schema della reazione di fusione nucleare. Modello di reattore per fusione nucleare ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor). Schema di cella a combustibile per motori di automobili.