IDROENERGIA Alessandro Gibertini

L’energia è uno degli aspetti più importanti del nostro universo. Introduzione L’energia è uno degli aspetti più importanti del nostro universo. Introduzione Risorse idriche Il ciclo dell’acqua Energia potenziale e cinetica Le turbine L’alternatore L’induzione elettromagnetica Impianti idroelettrici Energia dal mare Conclusioni ENERGIA

Introduzione Il termine energia deriva dal greco energeia, usata da Aristotele nel senso di azione efficace, composta da en (en), particella intensiva, ed ergon (ergon), capacità di agire. L’energia è definita come la capacità di compiere lavoro In questa presentazione ci si soffermerà in particolare su come sia possibile ricavare energia dall’acqua Introduzione Risorse idriche Il ciclo dell’acqua Energia potenziale e cinetica Le turbine L’alternatore L’induzione elettromagnetica Impianti idroelettrici Energia dal mare Conclusioni

Risorse idriche Introduzione Risorse idriche Il ciclo dell’acqua Acqua salata 97,2% Acqua dolce 2,8% ACQUA Ghiaccio 77,4% Acqua di superficie e acqua contenuta nell’atmosfera 0,5% Acqua sotterranea 22,1% ACQUA DOLCE Laghi e acquitrini 96,2% Atmosfera 3,3% Fiumi ACQUA SUPERFICIALE E ATMOSFERICA Introduzione Risorse idriche Il ciclo dell’acqua Energia potenziale e cinetica Le turbine L’alternatore L’induzione elettromagnetica Impianti idroelettrici Energia dal mare Conclusioni Introduzione

Il ciclo dell’acqua Introduzione Risorse idriche Il ciclo dell’acqua Energia potenziale e cinetica Le turbine L’alternatore L’induzione elettromagnetica Impianti idroelettrici Energia dal mare Conclusioni

Capacità di compiere lavoro Energia potenziale e cinetica ENERGIA Introduzione Risorse idriche Il ciclo dell’acqua Energia potenziale e cinetica Le turbine L’alternatore L’induzione elettromagnetica Impianti idroelettrici Energia dal mare Conclusioni Capacità di compiere lavoro Energia potenziale Energia cinetica U=mgh=Ph K=½ mv2

Centrali idroelettriche Energia potenziale e cinetica Introduzione Risorse idriche Il ciclo dell’acqua Energia potenziale e cinetica Le turbine L’alternatore L’induzione elettromagnetica Impianti idroelettrici Energia dal mare Conclusioni Energia potenziale Energia cinetica Centrali idroelettriche Energia elettrica

Energia meccanica di rotazione Energia potenziale e cinetica Introduzione Risorse idriche Il ciclo dell’acqua Energia potenziale e cinetica Le turbine L’alternatore L’induzione elettromagnetica Impianti idroelettrici Energia dal mare Conclusioni Energia potenziale Energia cinetica Turbine Energia meccanica di rotazione Alternatore Energia elettrica

Le turbine Ruota dotata di pale che viene messa in rapida rotazione quando investita dalla massa d’acqua. Introduzione Risorse idriche Il ciclo dell’acqua Energia potenziale e cinetica Le turbine L’alternatore L’induzione elettromagnetica Impianti idroelettrici Energia dal mare Conclusioni indirizza la portata in arrivo alla girante regola la portata mediante organi di parzializzazione provoca una trasformazione parziale o totale in energia cinetica dell'energia di pressione posseduta dalla portata Distributore trasforma l'energia potenziale e/o cinetica dell'acqua in energia meccanica resa sull'albero motore. Girante

Le turbine Turbina Pelton Turbina Francis Introduzione Risorse idriche Il ciclo dell’acqua Energia potenziale e cinetica Le turbine L’alternatore L’induzione elettromagnetica Impianti idroelettrici Energia dal mare Conclusioni Turbina Francis

Le turbine Turbina Kaplan vs. Pelton Introduzione Risorse idriche Il ciclo dell’acqua Energia potenziale e cinetica Le turbine L’alternatore L’induzione elettromagnetica Impianti idroelettrici Energia dal mare Conclusioni

L’alternatore Rotore Statore L'alternatore è composto da due elementi: il rotore e lo statore. Introduzione Risorse idriche Il ciclo dell’acqua Energia potenziale e cinetica Le turbine L’alternatore L’induzione elettromagnetica Impianti idroelettrici Energia dal mare Conclusioni Rotore fatto ruotare da un albero motore che gli trasmette l'energia meccanica è un elettromagnete che produce un campo magnetico in movimento Statore avvolge il rotore e ha il compito di generare energia elettrica.

L’induzione elettromagnetica La configurazione più semplice di un alternatore è una spira rettangolare vincolata a ruotare intorno ad un asse perpendicolare alle linee del campo magnetico in cui è immersa. La rotazione della spira ne provoca il continuo cambiamento di orientazione rispetto alla direzione del campo magnetico, generando una forza elettromotrice indotta. fem=-DF/Dt Introduzione Risorse idriche Il ciclo dell’acqua Energia potenziale e cinetica Le turbine L’alternatore L’induzione elettromagnetica Impianti idroelettrici Energia dal mare Conclusioni B S Spira dell’alternatore a a=0 a=180°0

Impianti idroelettrici 1. sistema di raccolta dell'acqua Introduzione Risorse idriche Il ciclo dell’acqua Energia potenziale e cinetica Le turbine L’alternatore L’induzione elettromagnetica Impianti idroelettrici Energia dal mare Conclusioni 2. una conduttura forzata 3. una turbina che trasforma l'energia potenziale in energia meccanica 4. un generatore che converte l'energia meccanica in elettrica 5. un sistema di controllo e regolazione della portata dell'acqua

Impianti idroelettrici Impianti a deflusso regolato Introduzione Risorse idriche Il ciclo dell’acqua Energia potenziale e cinetica Le turbine L’alternatore L’induzione elettromagnetica Impianti idroelettrici Energia dal mare Conclusioni Impianti ad accumulo o a serbatoio

Energia dal mare vento differenze di densità differenze di temperatura l’attrazione gravitazionale del Sole e della Luna Introduzione Risorse idriche Il ciclo dell’acqua Energia potenziale e cinetica Le turbine L’alternatore L’induzione elettromagnetica Impianti idroelettrici Energia dal mare Conclusioni - le onde, movimenti oscillatori ed irregolari; - le correnti, movimenti costanti; - le maree, movimenti periodici.

Energia dalle onde Le onde sono provocate dall’attrito che il vento incontra scorrendo sull’acqua. Introduzione Risorse idriche Il ciclo dell’acqua Energia potenziale e cinetica Le turbine L’alternatore L’induzione elettromagnetica Impianti idroelettrici Energia dal mare Conclusioni Onde di oscillazione Onde di traslazione propagazione della forma e del movimento dell’onda; traiettorie circolari diametro inversamente proporzionale alla profondità vicino alla costa, traiettorie ellittiche a causa dell’attrito con il fondale rallentamento della base dell’onda mentre la parte più superficiale continua nella sua corsa a velocità invariata fino a formare il frangente

Il progetto “Pelamis” struttura semisommersa lunga 150 m 4 sezioni cilindriche snodabili di diametro 3,5 m unite tramite giunti a cerniera, al cui movimento indotto dalle onde si oppone un ariete idraulico che pompa olio ad alta pressione attraverso un motore idraulico. Il motore idraulico aziona il generatore che produce così elettricità. Introduzione Risorse idriche Il ciclo dell’acqua Energia potenziale e cinetica Le turbine L’alternatore L’induzione elettromagnetica Impianti idroelettrici Energia dal mare Conclusioni

Clic sull’immagine per riprodurre il filmato Il progetto “Pelamis” un sistema di ancoraggio costituito da galleggianti, pesi e cavi che lo mantengono in posizione 5-10 km dalla costa in acque profonde da 50 a 100 m. 40 Pelamis, distribuiti su di una superficie di 1 km2 possano produrre l’energia sufficiente a 20000 famiglie. Introduzione Risorse idriche Il ciclo dell’acqua Energia potenziale e cinetica Le turbine L’alternatore L’induzione elettromagnetica Impianti idroelettrici Energia dal mare Conclusioni Clic sull’immagine per riprodurre il filmato

Il PowerBouy sfrutta una boa per catturare e convertire l’energia delle onde in elettricità a basso costo e pulita. viene sfruttato il movimento verticale delle onde che spingono la boa ciclicamente verso l’alto e poi in basso. le sollecitazioni meccaniche vengono convertite in energia elettrica tramite un sofisticato sistema che aziona il generatore. la potenza generata viene trasmessa alla terraferma tramite un sistema di cavi sottomarini. Introduzione Risorse idriche Il ciclo dell’acqua Energia potenziale e cinetica Le turbine L’alternatore L’induzione elettromagnetica Impianti idroelettrici Energia dal mare Conclusioni

Energia dalle maree MAREE Introduzione Risorse idriche Il ciclo dell’acqua Energia potenziale e cinetica Le turbine L’alternatore L’induzione elettromagnetica Impianti idroelettrici Energia dal mare Conclusioni Oscillazione periodica del livello del mare provocate dall’attrazione gravitazionale esercitata dal Sole e dalla Luna e dalla forza centrifuga MAREE

Energia dalle maree Introduzione Risorse idriche Il ciclo dell’acqua Energia potenziale e cinetica Le turbine L’alternatore L’induzione elettromagnetica Impianti idroelettrici Energia dal mare Conclusioni Centrale di marea: estuario sbarrato in direzione del mare con una diga artificiale. La tecnica energetica sfrutta il dislivello tra l’alta marea e la bassa marea: la cosiddetta ampiezza di marea.

Energia dalle correnti sono masse d’acqua in movimento lungo percorsi quasi costanti CORRENTI Introduzione Risorse idriche Il ciclo dell’acqua Energia potenziale e cinetica Le turbine L’alternatore L’induzione elettromagnetica Impianti idroelettrici Energia dal mare Conclusioni superficiali profonde Orizzontali ascendenti discendenti Verticali

Energia dalle correnti Le turbine per lo sfruttamento delle correnti marine possono essere ad asse orizzontale o ad asse verticale. Le turbine ad asse orizzontale sono più adatte alle correnti marine costanti, come quelle presenti nel Mediterraneo. Le turbine ad asse verticale sono più adatte alle correnti di marea per il fatto che queste cambiano direzione di circa 180° più volte nell'arco della giornata. Introduzione Risorse idriche Il ciclo dell’acqua Energia potenziale e cinetica Le turbine L’alternatore L’induzione elettromagnetica Impianti idroelettrici Energia dal mare Conclusioni turbina ad asse orizzontale simile a quelle installate nella centrale di Hammerfest in Norvegia e a Lynmouth in Inghilterra,

Conclusioni Alcuni dati interessanti……… Introduzione Risorse idriche Il ciclo dell’acqua Energia potenziale e cinetica Le turbine L’alternatore L’induzione elettromagnetica Impianti idroelettrici Energia dal mare Conclusioni l'energia idroelettrica rappresenta, infatti, oltre il 18% della produzione di energia elettrica mondiale, nonostante venga sfruttato solo il 10% delle risorse idriche tecnicamente utilizzabili. solo la costruzione di una diga sul fiume Congo consentirebbe di produrre tanta energia elettrica quanta se ne consuma in Italia in un anno l’energia ottenibile dallo sfruttamento dalle correnti marine di tutto il mondo è quasi pari alla attuale richiesta energetica mondiale. le forti correnti marine che attraversano lo Stretto di Messina hanno una potenzialità energetica pari a quella prevista dalla grande centrale idroelettrica in costruzione in Cina sul Fiume Azzurro: circa 15.000 MW.

Conclusioni Vantaggi: sfrutta fonti continuamente rinnovabili; non inquina, non produce calore o gas nocivi; i costi di produzione non risentono del costo del petrolio; è una tecnologia ormai consolidata, affidabile e flessibile; le centrali di produzione possono raggiungere un’efficienza del 90%, il massimo rendimento tra tutte le tecnologie di conversione e sono in grado di rispondere in un tempo limitato (secondi) ai cambiamenti di domanda. Introduzione Risorse idriche Il ciclo dell’acqua Energia potenziale e cinetica Le turbine L’alternatore L’induzione elettromagnetica Impianti idroelettrici Energia dal mare Conclusioni

Conclusioni Svantaggi: l'inquinamento acustico. Questo problema è comunque facilmente risolvibile tramite accorgimenti tecnici; impatto visuale del sito; impatto relativo alla variazione della quantità dell'acqua con ripercussioni sull’ecosistema acquatico; con l’invaso si trasforma un ambiente di acque correnti in un ambiente di acque ferme; Introduzione Risorse idriche Il ciclo dell’acqua Energia potenziale e cinetica Le turbine L’alternatore L’induzione elettromagnetica Impianti idroelettrici Energia dal mare Conclusioni