Spring 2004 Fonti rinnovabili- I GCM Lecture X.

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1 Spring 2004 Fonti rinnovabili- I GCM Lecture X

2 Fonti di energia rinnovabili
ossia che non si esauriscono usandole. Energia solare (il sole sorge tutti i giorni..) Biomasse (crescono di nuovo..) Ciclo idrico (pioverà sempre..) Eolico ( i venti si formano continuamente per effetto della radiazione solare ) Correnti oceaniche (dovute al sole come i venti) Maree (effetto dell’attrazione lunare) Geotermiche (sorgenti di calore pressochè inesauribili dal magma profondo della terra) A.A. 2007/8

3 Bilancio energetico Ricordiamo che all’equilibrio termico terra-sole circa il 30% della radiazione solare viene riflesso e il 70% viene riemesso dalla terra come radiazione termica Un po’ di energia viene assorbita e serve per riscaldare aria e suolo generare piogge e venti generare le correnti oceaniche determinare la fotosintesi A.A. 2007/8

4 The Renewable Budget A.A. 2007/8

5 Spiegazione dello schema
La radiazione incidente è pari ad una potenza di 1741015 W che è il famoso 1370 W/m2 per (R2)=area esposta al sole 30% viene riflesso direttamente indietro (onde corte) da nubi,artmosfera,suolo 47% serve a riscaldare aria,terra,acque 23% serve all’evaporazione dell’acqua, precipitazioni ecc A.A. 2007/8

6 (cont.) 0.21% va in venti,onde,convezione,correnti
ossia circa 100 volte meno che per il ciclo dell’acqua 0.023% è immagazzinato come energia chimica nelle piante via fotosintesi Il totale della bioenergia è 401012 W Gli esseri umani (6 miliardi ) x 100 W = 0.61012 W pari a solo 1.5% della bioenergia totale Tutto questo (bioattività, venti, clima, ecc) finisce in calore e viene rinviato nello spazio Eccetto una piccola quantità trattenuta nei combustibili fossili A.A. 2007/8

7 L’ Energia Potenziale mgh , il calore latente di evaporazione
Il ciclo dell’acqua Le energie coinvolte: L’ Energia Potenziale mgh , il calore latente di evaporazione A.A. 2007/8

8 Valutazioni Per fare evaporare un grammo di acqua occorrono 2444 J (calore latente di evaporazione) è la ragione per cui l’ambiente umido sembra più fresco.. 23% dell’energia solare finisce nel ciclo dell’acqua. Per innalzare un g di acqua oltre la troposfera (10000 m) sono necessari mgh = (0.001 kg)(10 m/s2)(10,000 m) = 100 J In conclusione > 96% dell’energia coinvolta viene usata per l’ evaporazione ; < 4% va in energia potenziale A.A. 2007/8

9 Piove… Quando l’acqua ricondensa in nuvole il calore latente viene restituito e subito irraggiato nello spazio Quando piove, l’energia potenziale di gravità viene restituita quasi completamente come energia cinetica, e alla fin fine in calore Un pochino di energia potenziale però rimane disponibile , nel caso in cui la pioggia cade su un terreno più elevato del livello del mare da cui l’acqua è partita le centrali idroelettriche usano questo piccolo residuo di energia, che è poi lo stesso che fa muovere le correnti e i fiumi le dighe lungo i fiumi non fanno altro che concentrare questa energia potenziale A.A. 2007/8

10 Ulteriori valutazioni
La Figura 5.1 ci dice che ca. 401015 W di potenza solare finiscono in evaporazione dell’acqua corrispondenti a ca. 1.61010 kg /sec di evaporazione! Si può calcolare che corrisponderebbero a 3.5 mm di evaporazione da tutte le superfici oceaniche al giorno. A questa massa totale viene trasferita una energia potenziale gravitazionale pari a : mgh = (1.61010 kg)(10 m/s2)(2000 m) = 3.21014 J ogni secondo Un paese grande come gli USA per es però ha accesso a circa il solo 2,5% del totale A.A. 2007/8

11 Esempi Grand Coulee, Washington state, Fiume Columbia
107 m e un flusso di > 6,000 m3/s ogni metro cubo (1000 kg) ha en. potenziale mgh = (1000 kg)(10 m/s2)(110 m) = 1.1 MJ a 6,000 m3/s, pertanto 6 GW di potenza Un impianto nucleare ha solitamente 1–2 GW 11 altre grandi centrali idro negli USA con 1–2 GW Nel mondo le più grandi: Brasile (Paranà) 13 GW- Venezuela (Guri) 10GW –Cina (YangTse) 18 GW (in costr) A.A. 2007/8

12 Importanza decrescente
A.A. 2007/8

13 Tabella 1 Domanda di energia primaria consumo per fonti (valori percentuali) e aree geografiche (anno 2003) Aree Petrolio % Gas naturale % Carbone % Nucleare % Idro-elett% Nord America ,1 25,2 22,5 7, ,9 America Centro Sud ,5 21,2 3,8 1,0 27,5 UE ,2 17,9 12,5 6,6 Ex URSS, Bulgaria, Romania, Turchia ,8 50,8 19,3 5,3 4,9 Medio oriente ,4 47,0 2, ,7 Africa ,2 20,1 32,4 1, ,3 Asia e Pacifico ,1 10,7 44,9 3, ,7 MONDO ,3 23,9 26,5 6, ,1 A.A. 2007/8

14 Tabella 2 Produzione di energia idroelettrica in Italia (GWh/10)
Imp < 10 MW Imp > 10 MW Totale In Italia 136 grandi dighe (> 1 Mmetri cubi) e 65 minori A.A. 2007/8

15 E in futuro?? Le risorse possibili nel mondo sono già largamente sfruttate E le dighe hanno i loro problemi: il problema dei sedimenti pone limiti di durata di 50–200 anni, dopo di che la diga diventa un potenziale disastro e un sito ingombrante e fastidioso. problemi ambientali disastri incombenti spesso su centri popolosi In conclusione la idroelettricità non è in grado di risolvere i problemi energetici dell’umanità A.A. 2007/8