L’energia Giorgio Giacomelli Università di Bologna Bologna 6/2/2006.

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1 L’energia Giorgio Giacomelli Università di Bologna Bologna 6/2/2006

2 Cibo, salute, ambiente dipendono dall’ energia
I quattro grandi problemi dell’umanità : Cibo, salute, ambiente, energia Cibo, salute, ambiente dipendono dall’ energia Per avere cibo, si consuma molta energia: fertilizzanti, macchinari, irrigazione, ecc. per produrre 1 kg di carne occorrono 7 litri di petrolio Per avere assistenza sanitaria, si consuma molta energia: ospedali, attrezzature, farmaci, trasporti, ecc; per costruire un computer occorrono ~200 litri di petrolio Le fonti di energia piu’ usate danneggiano l’ambiente: effetto serra, piogge acide, variazioni climatiche + Qualita’ della vita + Economia

3 PIL, vita e alfabetizzazione
PIL, aspettativa di vita e alfabetizzazione PIL, vita e alfabetizzazione

4 L’astronave Terra “passeggeri”: 6,2 miliardi che diventeranno 8
miliardi entro 20 anni l’ aumento è di 80 milioni all’ anno ogni minuto nascono 24 cinesi da V. Balzani

5 L’astronave Terra - risorse e rifiuti
manufatti lavorazione servizi uso risorse Sole L’astronave Terra non è isolata: riceve dal Sole, sotto forma di luce, la risorsa più importante: l'energia

6 Macchine combustione

7 Popolazione, energia e ambiente: un intreccio di problemi
Sull’astronave Terra il numero di “passeggeri” sta aumentando e quelli che già vi si trovano sono collocati in “classi” diverse. Tutti i passeggeri vogliono avere più energia. ~85% dell’energia proviene dai combustibili fossili E’ necessario diminuire il consumo dei combustibili fossili perché sono una risorsa “una tantum”, non rinnovabile ed il loro uso causa danni, forse irreparabili, all’ambiente.

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10 La potenza a ns. disposizione: gli “schiavi energetici”
TV Lavatrice

11 Automobile 350  1600

12 World primary energy consumption

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14 Proved oil reserves at end 2004

15 Proved natural gas reserves at end 2004

16 Proved coal reserves at end 2004

17 Consumi energetici nel 2003
Italia Mondo Petrolio % % Gas Carbone Rinnovabili Nucleare Importazioni (en.el.) Totale %193Mtep Consumo pro capite italiano: 3.3 tep/anno/persona Emissione CO2 = 2.4x193 Mt = 444 Mt CO2/anno

18 Energia elettrica Forma intermedia di energia – non inquina
Facile da trasportare Ruolo importante nel mondo moderno Domanda in aumento  raddoppio in anni Ore di punta: 10, 16 (con condizionatori ore 14) Urgente per l’Italia aumentare produzione migliorare la rete elettrica diversificare le fonti ridurre emissioni di CO2 (Kyoto) Blackout !

19 Energia elettrica in Italia (Dati 2002)
Domanda totale elettricità: 311 miliardi kWh Produzione energia elettrica (kWh x 109) Idrica 46.6 Termica 218.4 Geotermica 4.4 Eolica 1.4 Fotovoltaica 0.01 Importazione 51.5 Carbone 32.3 Gas 100.2 Olio combustibile 72.1 Rifiuti 1.4 Biogas 0.9 Consumo pro-capite di elettricità: 5017 kWh /abitante/anno Industria % Terziario % Domestico 22 % ~ kWh /abitante/anno

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24 L’idrogeno è un ottimo combustibile, perché quando brucia (combustione) libera energia formando solo acqua (niente gas serra, sostanze inquinanti, polveri ) : H2 + 1/2O2  H2O + energia MA… L’idrogeno non esiste sulla Terra: non ci sono pozzi o giacimenti di idrogeno. Questo significa che per usare l’idrogeno bisogna prima produrlo.

25 Fonti rinnovabili Energia solare Energia eolica Energia idrica Energia geotermica

26 Fonti di energia rinnovabili
Energia solare diretta Calore a bassa temperatura Calore ad alta temperatura Energia elettrica Energia chimica Energie solare indiretta Idroelettrica Eolica Biomasse Gradienti di temperatura (oceani) Energia geotermica Energia dalle maree

27 Eolico E’ la fonte rinnovabile ora piu’ promettente
M.Barbato, Foggia E’ la fonte rinnovabile ora piu’ promettente Grandi centrali eoliche nei paesi del nord Europa, nella California del sud, … Efficienza(Disponibilita’)< 20 % Inquinamento acustico Economicamente competitiva Potenza installata in Italia: 860 MW

28 Contributo alla produzione elettrica
Energia eolica - Le centrali o “fattorie” eoliche possono essere installate sulla terra (“onshore) o in mare (“offshore”). In Europa è installata una potenza eolica di MW (75% della potenza eolica mondiale) Ma l’efficienza media e’ ~ 20% Contributo alla produzione elettrica Danimarca 15% Germania 5%. Spagna 5% Italia 0,4%

29 Energia Solare Arriva dovunque, non costa, e’ rinnovabile,
basso inquinamento. Diluita nello spazio, giorno-notte, stagioni, nubi Pannelli solari termici: costo ok, “non in fase con l’uso” Pannelli fotovoltaici: produzione energia elettrica mediante celle silicio, costo elevato, “sono in fase con l’uso” Sistema fotovoltaico isolato connesso alla rete elettrica con inverters Basso rendimento (~10%)

30 Bavaria Solarpark 10 MegaWatt picco 3 siti
Mühlhausen: 6.3 MW 10 MegaWatt picco 3 siti m² (equiv. a 56 campi da calcio) 57600 pannelli solari Günching: 1.9 MW Minihof: 1.9 MW

31 Programma Tetti Fotovoltaici
Il Programma "Tetti fotovoltaici", è finalizzato alla realizzazione nel periodo , di impianti fotovoltaici di potenza da 1 a 20 kWp, su edifici pubblici e privati.

32 Solare termico 200 MegaWatt fine costruzione 2008 Diametro 6 km
Mildura, Australia 200 MegaWatt fine costruzione 2008 Diametro 6 km Altezza 1 km

33 Impianti fotovoltaici
Stand-Alone Grid-Connected

34 Tetto solare sopra il Dipartimento di Fisica dell’Università di Bologna

35 Caratteristiche dell’impianto
Inclinazione 30° Sud (Lat. Bologna 44.5°) 22 moduli piani Sup. totale m2 Potenza max 1.87 kWp (STC) Caratteristiche di un modulo BP585F 36 celle in silicio monocristallino Tensione massima18 V Corrente massima 4.72 A Potenza massima 85 Wp (STC) Sup m2 (0.52 m2 sensibili) 12.5 cm 12.5 cm

36 2 luglio 2003 23 febbraio 2003

37 (aprile) mensile

38 Tabella riassuntiva dati
2001 2002 2003 2004 Insolazione (kWh/m2) 1440 1350 1443 1310 Energia prodotta (kWh/m2) 157 141 158 145 Energia totale prodotta (kWh) 2180 1965 2185 2010 Dati esaminati: 1 Gen 01 – 31 dic 04 Precisione di misura  5% Rendimento = 150/1400 = 11% nubi 9-10%  Centrale da 100 MW elettrici  4.7 km2

39 Considerazioni su costi,futuro,inquinamento,…
Investimento~6000 €/kWhp + Protezioni (ringhiere,…) Esercizio-manutenzione ~5000 €/>20 anni Altri costi (tasse, …) ? Smantellamento finale ?? Costo finale ~0.4 euro/kWh se funziona per >20anni Costo energia elettrica ENEL: euro Restituisce “Costo in energia” in 4-5 anni Inquinamenti per produrre materiali utilizzati Maggiori produttori di pannelli Giappone, USA, UE In UE: Italia 7% , Germania 73% 1kWh prodotto da fotovoltaico risparmia ~1 kg di petrolio non fa emettere ~1-2 kg di CO2

40 Conclusioni Il problema energetico e’ un problema serio I combustibili fossili sono un regalo irripetibile della natura. Energie rinnovabili: contributo modesto in parte a causa dei limiti fisici che le caratterizzano Tetti fotovoltaici: iniziativa positiva, si deve migliorare il rendimento e la manutenzione Vanno utilizzate tutte le fonti energetiche Incentivare il risparmio energetico La scienza e la tecnica vanno usate per risolvere i grandi problemi, rimuovendo le “grandi paure” che abbiamo