Sistemi per lenergia

Note lessicali in relazione al corso Dispositivo. Oggetto(materiale o immateriale) utilizzato per compiere una determinata funzione. Sistema. Insieme di dispositivi connessi (nel rispetto della compatibilità fisica e funzionale) e coordinati (in ambito spazio-temporale) in grado di perseguire un dato obiettivo.

Note lessicali in relazione al corso Processo. Sequenza temporale di attività (denominate anche fasi) mediante le quali si persegue un dato obiettivo (normalmente produttivo). Particolare tipo di sistema. Struttura. Complesso degli elementi costitutivi di un sistema (considerati nei loro rapporti ed interdipendenza). Impianto. Insieme di dispostivi connessi, nel rispetto della compatibilità fisica e funzionale, strutturalmente in grado di produrre un bene (materiale o immateriale). Infrastruttura. Complesso degli impianti che cosentono e condizionano unattività.

La terra è un sistema a risorse finite Per raggiungere lobbiettivo di uno sviluppo sostenibile occorre minimizzare lo sfruttamento delle risorse di base : energia materie prime ambiente (inteso come territorio geograficamente, socialmente ed economicamente definito)

ENERGIA MATERIE PRIME (carbone, petrolio, ecc.) AMBIENTE (gas serra, residui, ecc.)

Sviluppo sostenibile Azioni (comportamento) nello spazio e nel tempo in grado di assicurare le necessarie risorse allumanità presente e futura.

Risorse naturali Sono i materiali esistenti in natura potenzialmente utili a produrre merci e soddisfare bisogni. Sono beni economici in quanto hanno le caratteristiche di : limitatezza, accessibilità e utilità. Laccessibilità e lutilità dipendono dal progresso tecnologico che ne rende possibile lestrazione e la trasformazione.

Variabilità delle risorse nel tempo Modifica delle necessità umane che portano a valutare diversamente le risorse. Sostituzione di una materia prima con unaltra per ottenere lo steso prodotto. Sintesi di nuovi materiali.

Definizioni date da UN e WEC Risorsa è la concentrazione naturale di materiali solidi, liquidi o gassosi nella o sulla crosta terrestre in forma tale che lestrazione da essa di materie prime sia potenzialmente ed effettivamente realizzabile. Possono essere : - Identificate (posizione, quantità e qualità note per evidenza fisica supportata da misurazioni strumentali); - Non ancora scoperte (ipotetiche o supposte) Si definisce riserva la quota di risorsa identificata dalla quale il materiale utile può essere economicamente estratto al momento della determinazione (condizioni economiche attuali e tecnologie disponibili)

riserve Non sfruttabili possibili probabili accertate Attuale sfruttamento sconosciute conosciute Esplorazioni favorevoli Aumento di concentrazione Classificazione risorse

Energia - Fonte Dato un sistema fisico esiste una funzione energia E = f(a i (t)) delle variabili di stato a i (t) osservabili che non dipende dal tempo. Più intuitivamente : un sistema fisico contiene energia se potenzialmente può compiere lavoro. Un sistema fisico contenente energia è una fonte se è possibile rendere, almeno in parte, lenergia, in esso contenuta, disponibile in quantità e con caratteristiche adatte allutilizzazione da parte delluomo. In altre parole se si controlla.

FONTI DI ENERGIA MECCANICA TERMICA RADIANTE CHIMICA NUCLEARE Sole Animali, vento, cadute dacqua Biomasse, combustibili fossili Calore endogeno Materie fissili

USI DELLENERGIA TERMICA ELETTRICA MECCANICA Riscaldamento Illuminazione Supporto allinformazione Tratta- mento della materia Trasporti RADIANTE

Il comportamento più naturale sarebbe quello di disporre di una fonte di energia e utilizzarla o convertirla direttamente nella forme dellenergia richiesta per luso finale. Nella maggior parte dei casi questo non si fa. Con le tecnologie oggi disponibili è preferibile effettuare una serie di trasformazioni che producono vettori energetici intermedi fino ad ottenere quello più adatto per luso finale. Lesempio più evidente è quello del vettore elettrico. Vettori energetici

Vettore elettrico s s t t r r V Q Q I d P H E H = f( I,1/d) E = g(V,1/d) g

fonti trasformazioni usi fin. T M L E H 2H 2 FC elettricaelettrica te r m ic a m ec ca ni ca radiante fluido dinamica endogena nucleare chimica

Principali elementi caratterizzanti un sistema per lenergia Fonte : energia disponibile in natura che, mediante controllo, può essere resa disponibile nelle forme dellutilizzazione finale. Utilizzatore : sistema fisico che permette di ottenere il bene finale atto a soddisfare i bisogni. Vettore: sistema fisico che permette il trasferimento e la conversione della forma dellenergia. Accumulo : sistema fisico in grado di conservare e scambiare energia con un altro sistema.

Sistema energetico fonte utilizzazione Trasformazione della forma dellenergia Trasformazione del vettore Collettazione Trasporto Distribuzione Accumulo infrastruttura funzioni

Intensità energetica i = w/q dove : W energia necessaria per produrre la quantità q. La quantità q può essere un dato prodotto, un servizio o il PIL di una data area. Il dato è abbastanza stabile sul brve-medio termine. Da cui : w = i q dove q è la quantità prodotta con lintensità i. Questa formula può essere utilizzata per la previsione dei consumi energetici sul medio termine. Mentre : q = W/i può essere utilizzata per le previsioni economiche a breve termine

Intensità energetica E dipendente : - dalle tecnologie utilizzate per la produzione di beni e servizi - dallefficienza delle trasformazioni energetiche dalle fonti primarie alla forma utile per la produzione di beni e servizi

Breve storia dellenergia

Uomo Sole M T L fonti usi finali Caratteristica delle fonti : - Sole : periodica (periodicità dovuta al moto degli astri,quindi non controllabile), con una componente aleatoria dovuta alla nuvolosità, sono grossolanamente controllabili gli usi finali mediante schermi. - Uomo : controllabile.

Uomo Sole M T L Combustibile fonti usi finali fuoco prometeo

Caratteristiche della fonte: - controllabile nel tempo, nello spazio - accumulabile - trasportabile

Uomo Sole M T L E Combustibile Animali Calore endogeno fonti usi finali Cadute dacqua Vento

Capacità di lavoro degli animali AnimalePeso [kg]Potenza [W] Uomo7080 Asino Bue Cavallo Il rendimento energetico di un uomo o di un cavallo che lavorano per tutto il periodo giornaliero è di circa il 13%.

fonti usi finali Uomo Sole M T L Combustibile Animali Vento Cadute dacqua Calore endogeno T macchina a vapore WATT 1745

Impianto con macchina di Watt

………..

Innovazioni Introduzione di un vettore energetico intermedio (vettore termico) : luso finale non è direttamente collegato alla fonte (energia sotto forma meccanica) Si ottiene energia meccanica da un combustibile La trasformazione energetica può avvenire in località diversa da quella della fonte ( la fonte ha energia accumulabile) Si possono costruire macchine di potenza sempre più grande ( aumento della produttività)

Correlazione tra produttività e potenza Intensità energetica i = W/q Dove : W energia utilizzata per produrre la quantità q Produttività p = q/t Dove: q quantità prodotta nel tempo t Potenza P = W/t Considerando che q = W/i si ottiene p = (1/i) P Nota : è immediato che per aumentare la produttività occorre incrementare la potenza e diminuire lintensità energetica ( miglioramento del processo e delle trasformazioni energetiche)

Uomo Sole M T L Combustibile (en. pot. chimica ) Animali Calore endogeno fonti usi finali T E pila Volta 1800 Vento Cadute dacqua

1800 Volta presenta la pila a Napoleone

Illuminamento Lilluminamento artificiale è una costante richiesta dellumanità ed è iniziato con il fuoco Tanto più lumanità si aggrega e si trasferisce in spazi più strutturati ( città), tanto più la vita sociale chiede illuminamento, prima per gli interni e quindi per gli spazi esterni ( strade, piazze, …) La richiesta di energia sottoforma radiante nel visibile è stata elemento motore per lo sviluppo dellindustria dellenergia ( petrolio, gas, energia elettrica)

Uomo Sole M T L E Combustibile Animali Calore endogeno fonti usi finali T E M lampadina Edison 1882 Vento Cadute dacqua

Edison Un completo sistema di distribuzione dell'elettricità deve essere sviluppato, e poiché io debbo competere col gas esso deve essere commercialmente efficiente ed economico, e la rete dei conduttori deve essere capace di alimentazioni da vari punti. Io debbo immaginare un sistema per misurare l'elettricità, come si misura il gas, in modo che io possa misurare la quantità di elettricità usata da ciascun consumatore. Questi misuratori... debbono essere economici da costruire, di facile lettura e manutenzione. Mezzi e metodi debbono essere escogitati per mantenere un uguale voltaggio in ogni punto del sistema. Le lampade vicine alle dinamo debbono ricevere la medesima corrente delle lampade più lontane. Il bruciamento e la rottura di lampade non deve influire su quelle che rimangono efficienti nel circuito, e mezzi debbono essere impiegati per impedire violente fluttuazioni di corrente.

Edison Uno dei maggiori problemi era di costruire dinamo più efficienti e più grandi di quanto fosse stato fatto. Molti avevano stabilito che la resistenza interna dell'armatura dovesse essere uguale alla resistenza esterna; ma io mi misi in mente che avevo bisogno di vendere tutta la elettricità che producevo e non dovevo perderne nelle macchine: e perciò feci la resistenza interna piccola, ed ebbi disponibile per la vendita il 90% della energia prodotta. Oltre tutti questi molti altri elementi dovevano essere inventati o perfezionati, come artifici per impedire correnti eccessive, interruttori, sostegni di lampade, candelabri, e tutti i dettagli indispensabili per realizzare un sistema completo di illuminazione elettrica, che potesse competere con successo col sistema a gas. Tale era il lavoro da compiere nella prima parte del Il compito era enorme, ma noi mettemmo i nostri soldati alla ruota, ed in un anno e mezzo avemmo un sistema di illuminazione elettrica che fu un successo.

Edison Una questione che si riferisce a questo sistema è stata spesso fatta. Perché fissai 11 0 volt come tensione normale per la lampada a filamento di carbone? La risposta è che io basai il mio avviso sul meglio che potessi per ridurre il costo del rame, e le difficoltà che si incontravano per costruire lampade a voltaggio elevato. Pensai che 110 volt fossero sufficienti per assicurare lo sviluppo commerciale del sistema; e 110 volt è ancora il voltaggio normale ….

Thomas Alva Edison was born in Milan, Ohio in The picture is from Edison, nellarco della sua vita, presentò più di 1600 brevetti

Macchina di Watt e alternatore : sistema Edison

TEM L Combustibile PREFERENZA AL VETTORE ELETTRICO per PRATICITA DUSO

Mobilità

Altre fonti M T L E Combustibile Calore endogeno fonti usi finali T M E Cadute dacqua Stato della tecnologia a metà del 900

Altre fonti T L E Combustibile Calore endogeno fonti usi finali T M E Materie fissili T fissione nucleare Fermi 1942 M Cadute dacqua

Enrico Fermi works with an electronic control for a neutron chopper during his Argonne days.

TEM T PREFERENZA AL VETTORE ELETTRICO per UTILIZZO ENERGIA NUCLEARE Materie fissili

solare fonti usi finali L E Combustibile Eolico,cadute dacqua, ….. Calore endogeno T M E materie fissili T M T Stato attuale

Economia dellenergia

STRATIFICAZIONE DEI SISTEMI ECONOMIA POLICY PROCESSO INFORMAZIONE

Il bene energia Lenergia è un bene in grado di soddisfare un numero sempre crescente di bisogni. E, da tempo, talmente indispensabile da essere considerata una commodity. E talmente rilevante, per la nostra società, la disponibilità e laccesso a questa risorsa da assurgere ad elemento di pubblica utilità.

Il prodotto energia Se si considera il carbone, la benzina, il gasolio,lolio combustibile è, comunemente, immediato parlare di prodotti Per il metano è già un po meno immediato parlare di prodotto, anzi, per molti, è assimilabile più ad un servizio Lenergia elettrica per i più è un servizio e non un prodotto : questo aspetto è stato trattato dalla Comunità Europea che nel 1986 ha definito lenergia elettrica un prodotto Considerare lenergia un prodotto è fondamentale per definire e strutturare il mercato della stessa, in particolare il libero mercato che è diventato obiettivo prioritario in ambito Comunitario

Il servizio per lenergia E il rendere disponibile lenergia allutenza in maniera sicura e di adeguata qualità E il rende possibile allutenza laccesso alla risorsa Condizione necessaria per un libero mercato dellenergia e/o per espletare un servizio di pubblica utilità è laccesso non discriminatorio alle infrastrutture energetiche ( TPA) dei soggetti che interagiscono nel mercato, produttori ed utenti.

Decreto Bersani 79/99 Ha recepito la Direttiva Europea 96/92 CE Decreto Letta 164 / 2000 Ha recepito la Direttiva Europea 98/30/CE. La liberalizzazione dei mercati

Direttiva 2003/54/CE considerazioni Perché la concorrenza funzioni occorre che laccesso alla rete sia fornito senza discriminazioni, in modo trasparente e a prezzi ragionevoli. (riduzione delle barriere infrastrutturali) I clienti dellenergia elettrica dovrebbero poter scegliere liberamente il loro fornitore …….. essi dispongano di un diritto reale ed effettivo di scegliere il loro fornitore. (libertà) Gli stati membri possono designare un fornitore di ultima istanza. (tutela)

Il contesto di policy europeo La decisione del Consiglio Europeo del 6 ottobre 2006 inerente gli Orientamenti strategici comunitari per la coesione economica, sociale e territoriale ( ), punta a realizzare una stretta sinergia tra le tre dimensioni: economica, sociale ed ambientale Lintegrazione tra crescita e tutela dellambiente viene confermata della nuova politica europea in materia energetica che mira a: 1. realizzare un vero mercato interno dellenergia agendo in particolare su due fattori: una maggiore indipendenza dei soggetti che gestiscono le reti da quelli che producono energia e lo sviluppo delle interconnessioni come fattore indispensabile per la creazione di un mercato comune; 2. accelerare il passaggio ad uneconomia a basse emissioni di carbonio, agendo sullo sviluppo delle fonti rinnovabili, sulla diversificazione del mix di fonti, sulla ricerca nel campo delle tecnologie energetiche in grado di abbattere le emissioni della produzione di energia; 3. dotarsi di un Piano per lefficienza energetica di impatto multisettoriale, con la proposta di un nuovo accordo internazionale per il raggiungimento di obiettivi quantitativi comuni entro il 2020.