Università degli Studi di Perugia
Facoltà di Ingegneria
Corsi di laurea specialistica in Ingegneria
Meccanica e per l’Ambiente e il Territorio
Corso di Impatto ambientale
Modulo b) Aspetti energetici
prof. ing. Francesco Asdrubali
a.a. 2007/08
Introduzione al corso
Risorse, consumi
Scenari energetici
Impatto ambientale
Modulo b) Aspetti energetici (CFU 5)
• OBIETTIVI:
• Fornire i principi base in materia di energetica.
Descrivere i principali indicatori energetici ed inquadrare
la situazione energetica a livello mondiale e nazionale.
Descrivere le caratteristiche delle risorse energetiche
convenzionali rinnovabili ed alternative. Fornire criteri di
valutazione tecnico-economica dei principali processi di
conversione energetica. Descrivere i principali impieghi
dell’energia nei diversi settori ed i relativi interventi di
risparmio energetico.
Impatto ambientale
Modulo b) Aspetti energetici (CFU 5)
• CONTENUTI:
• Definizione delle grandezze e degli indicatori energetici. Il panorama
energetico mondiale e nazionale: stime, riserve, scenari futuri.
• Combustibili fossili: carbone, petrolio, gas naturale. Combustibili
nucleari. La centralizzazione dell’energia: reti elettriche e curve di
carico; costo, valore e prezzo dell’energia; produzione e
distribuzione centralizzata di calore.
• Cogenerazione e teleriscaldamento. Impianti motori termici e
nucleari: schemi di impianto, tecnologie, dimensionamento, cicli e
rendimenti termodinamici. Idrogeno e celle a combustibile.
• Impieghi civili dell’energia. Impiego dell'energia nel settore dei
trasporti. Interventi di risparmio energetico e di uso razionale
dell’energia.
• Fonti energetiche rinnovabili: classificazione, valutazione, tecnologia
(idroelettrico, geotermico, solare, eolico, biomasse, rifiuti).
•
•
•
PREREQUISITI:
Nozioni di termodinamica applicata e di trasmissione del calore.
E’ pertanto necessario avere sostenuto gli esami di Fisica tecnica 1 e 2
(meccanici) e Fisica tecnica (Ambiente e territorio).
•
•
TESTI CONSIGLIATI:
G. COMINI, G. CORTELLA, G. CROCE, Energetica generale, IV edizione,
SGE Editoriali, Padova 2005
F. ASDRUBALI, Fonti Energetiche Rinnovabili, Editore Morlacchi, Perugia,
2005.
•
•
(A. SPENA, Fondamenti di energetica, Vol.I, Edizioni CEDAM, Roma 1992)
•
•
Rapporti nazionali e internazionali su Energia e Ambiente
Altri testi integrativi messi a disposizione dal docente
•
•
MODALITÀ DI VERIFICA DEL PROFITTO:
La verifica del profitto consiste in un colloquio orale della durata di circa 30’.
Consumo mondiale di energia per fonti, anno 2004
(IEA)
11 059 Mtep
Gas naturale; 20,90%
P etro lio ; 34,30%
Nucleare; 6,50%
Idro elettrico ; 2,20%
B io masse e RSU;
10,60%
A ltro **; 0,40%
Carbo ne; 25,10%
Consumo mondiale di energia per aree
geografiche, anno 2004 (IEA)
11 059 Mtep
China; 14,70%
Asia**; 11,70%
OECD; 49,80%
America Latina; 4,40%
Africa; 5,30%
Europa-non OECD; 0,90%
Ex Unione Sovietica; 8,90%
M edio-Oriente; 4,30%
Indicatori energetici
• Consumo di energia pro capite all’anno
(kWh/persona anno)
• Intensità energetica (tep/$)
• Intensità elettrica (tep/$)
• Intensità petrolifera (tep/$)
• Penetrazione elettrica (%)
• Rapporto riserve/produzione R/P (anni)
Il problema della stima delle riserve
Il rapporto riserve/produzione
L’attendibilità
delle previsioni
LE CAUSE DELL’ EFFETTO SERRA
100
100
8
90
90
14
Suoli agricoli; 1
80
80
70
70
60
60
50
50
40
77
40
Deforestazione
Cemento
Chmica
30
30
Negozi
N2O
CH4
HFC
CO2
20
20
10
10
Abitazioni
Automobili
0
0
1
1
Aerei
acqua di scarico
discariche
Riso e altro
Bestiame e concime
Suoli agricoli
Energia per agricoltura
Deforestazione
Estrazione altra energia
Estrazione e raffinazione
Miniere di carbone
Altre Industrie
Cemento
Chmica
Carta e Stampa
Macchinari
Metalli
Acciaio
Altre combustioni
Negozi
Abitazioni
Treni e navi
Automobili
SCENARI FUTURI - RISCALDAMENTO GLOBALE
Scenar i f ut ur i
4
1- Scenario Stabile
3,5
Emissioni costanti pari a quelle emesse nel
2000
3
2- Tecnologie pulite
Scenario con crescita demografica zero e
sviluppo economia e servizi e impiego di
tecnologie pulite
2,5
°C
2
3 – Mix di fonti energetiche
Rapida crescita demografica ed economica,
impiego di tecnologie più efficienti e pulite,
equilibrio nell’ impiego fra diverse fonti
energetiche
1,5
1
4. Differenziazione tra le regioni
0,5
Drastica differenziazione tra lo sviluppo
demografico ed economico delle diverse
regioni
0
1900
1950
1
2000
2
2050
3
2100
4
SCENARI FUTURI IEA World Energy Outlook 2007
• scenario di riferimento per il 2030
•
•
•
•
•
•
•
•
•
di qui al 2030 saranno necessari 270 miliardi di dollari, dei quali il 70/80 % nel settore
della produzione energetica,
tra il 2005 e il 2030 la domanda di energia crescerà del 50 % rispetto a quella attuale
(70 % di richiesta dai soli Paesi in via di sviluppo);
l’emissione di CO2 crescerà dell’1,7 % all’anno, raggiungendo i 40 miliardi di
tonnellate nel 2030, cioé il 55 % in più delle emissioni del 2005;
i combustibili fossili mantengono le loro posizioni ed il consumo di petrolio passa da
84 milioni di barili/giorno del 2005 a 116 milioni nel 2030
cresce il consumo di carbone, ma più lentamente di quello del gas naturale.
Aumenterà fortemente la quantità di gas liquefatto trasportato via mare, anziché con
oleodotti ed il gas liquefatto rappresenterà nel 2030 il 15 % del mercato totale del
gas.
le energie rinnovabili crescono rapidamente, ma rappresentano sempre una
percentuale modesta sul totale (diverse, com’è noto, le previsioni dell’Unione
Europea),
resta quasi costante il mercato delle biomasse;
per il biofuel sono attualmente (2005) coltivati 14 milioni di ettari, pari all’1 % del
terreno coltivabile in tutto il mondo. La percentuale diverrà il 2 % nel 2030
l’energia nucleare passa da 368 GW nel 2005 a 416 GW nel 2030.
SCENARI FUTURI IEA World Energy Outlook 2007
• scenario alternativo (Alternative Policy Scenario ecologically drived):
• gli investimenti necessari saranno di 516 miliardi di dollari in meno;
• il consumo di petrolio al 2030 è di 103 miliardi di b/d anziché i 116
del precedente scenario e il 60 % di tale risparmio è dovuto al
biofuel;
• calano del 16 % le emissioni di CO2, dovute soprattutto all’aumento
dell’efficienza energetica (equivale all’attuale livello di emissione di
Stati Uniti e Canada insieme);
• i terreni coltivati a biocarburanti aumentano non al 2 % ma al 3,5 %
di terreni coltivabili in tutto il mondo;
• l’energia nucleare al 2030 è di 519 GW invece dei previsti 416; lo
sviluppo è previsto maggiormente in Asia, ma anche USA ed Europa
contribuiranno.
Consumi di energia per fonti in Italia, anno 2005
Importazioni nette energia
elettrica; 5,00%
Combustibili solidi; 9,00%
Fonti rinnovabili; 7,00%
Prodotti petroliferi; 43,00%
Gas Naturale ; 36,00%
Consumo di energia per settori in Italia, anno 2005
(Mtep)
usi non energetici e
bunkeraggi; 8,00%
agricoltura; 2,00%
trasporti; 30,00%
residenziale e terziario;
32,00%
industria; 28,00%
Consumo di energia per settore in Italia,
anni 1995 e 2002
1995
Solidi
7%
2002
Energia
elettrica
(import.)
5%
Solidi
7%
Rinnovabili
8%
Energia
elettrica
(import.)
5%
Rinnovabili
9%
Petrolio
48%
Petrolio
54%
Gas
26%
Gas
30%
LO STATO ATTUALE IN ITALIA
QUADRO ENERGETICO
ENEA: Rapporto Energia e Ambiente (Aprile 2007)
LO STATO ATTUALE IN ITALIA
ENEA: Rapporto Energia e Ambiente (Aprile 2007)
GSE – Gestore Sistema Elettrico (Aprile 2007)
Andamento nel tempo della produzione di energia primaria
da fonti rinnovabili in Italia
Biocombustibili,biomasse e rifiuti
Idraulica
Eolica
Geotermica
Solare
10000
Energia primaria [ktep]
1000
100
10
1
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
anno
1998
1999
2000
2001
2002
Flussi netti di energia elettrica sulla rete italiana