Le fonti di energia pulita,
rinnovabile ed alternativa
Fonti di energia
• Le fonti di energia
presenti
in natura ed usufruibili
dall’uomo
sonorinnovabili
essenzialmente dinon rinnovabili
acqua
petrolio
due
tipi:
sole
vento
calore della
terra
biomassa
Idrogeno (come
vettore)
gas naturale
carbone
uranio (e altri elementi
radioattivi)
Glossario: www.energia-ecologia.net/vademecum.html
Il consumo energetico da parte dei Paesi emergenti quali India e Cina,
oggi in pieno sviluppo, è destinato ad aumentare considerevolmente,
mentre le riserve di energia fossile e nucleare disponibili a livello
mondiale diventano sempre più scarse
Termico solare: nel 2004 in Cina è stato
installato il 78%, in Europa il 9%,
in Turchia e in Israele insieme l'8%
e nel resto del mondo il 5%
La Germania copre, con
il 47%, la quota maggiore
del mercato del calore
solare europeo, seguita
da Grecia (14%),
Austria (12%),
Spagna (6%)
e Italia (4%)
Superficie necessaria alla citt
di New York per produrre il 60
del proprio fabbisogno elettri
fotovoltaico
eolico
termoelettrico
Il problema dela diluizione
Valori di densità di potenza di alcune tecnologie energetiche
FOSSILI: 1000-10000 W/m2
FOTOV. 20-60 W/m2
IDRO 10-50 W/m2
EOLICO 10-50 W/m2
BIOMASSE 0.1-1.2 W/m2
Fonte ENEA 2006
La situazione in Italia
Offerta di energia primaria da fonti
non rinnovabili:
–
–
–
–
–
Petrolio: 54%
Gas: 30%
Combustibili solidi: 7%
Rinnovabili: 9%
Import energia elettrica: 6%
Fonte ENEA 2006
La situazione in Italia
• Offerta di energia primaria da fonti rinnovabili:
– Biomasse: 52%
– Idroelettrico: 42%
– Geotermico: 5%
– Eolico, solare e maree: 1%
Fonte ENEA 2006
La situazione in Italia
• Energia elettrica da fonti
rinnovabili:
–
–
–
–
–
–
Idroelettrico: 85 %
Geotermico: 8 %
Biomasse: 3 %
RSU: 2 %
Eolico: 2 %
Fotovoltaico: 0,05 %
Costi diretti :
- energia solare: ~ 1,05
Euro/kWh
- carbone: ~ 0,26 Euro/kWh
Alternative.
..
Produrre energia...
• solo con tecnologie
tradizionali
Costi ambientali
indiretti
:
• globali (incerti)
•
– gas climalteranti (CO2,
CH4, CFC, ecc.)
locali
– cambiamento d’uso del
suolo
– inquinamento (NOx, SO2, O3,
PST, CO, ecc.)
– perdita di produttività
– danni ai beni materiali
– bassi costi
industriali, ma alti
costi ambientali
oppure
• anche con fonti
rinnovabili
– costi ambientali
più bassi, ma alti
costi industriali
Le fonti di energia rinnovabile:
- non dipendono da combustibili le cui riserve sono
limitate
La fonte di energia rinnovabile più sfruttata è l’energia
idroelettrica; altre fonti rinnovabili sono l’energia da
biomassa, l’energia solare, l’energia dalle maree,
l’energia dalle onde e l’energia eolica
L’energia da biomassa non esclude il pericolo
dell’effetto serra
Quasi il 99% dell’energia presente sul nostro pianeta
proviene dall’esterno e soprattutto dal sole,
sottoforma di radiazione; il resto è dato dall’energia
derivante dall’attrazione gravitazionale della luna; il
modesto 1% di energia prodotta dal nostro pianeta
In Italia per soddisfare il fabbisogno energetico, nel 2004 si sono consumate
≈ 185 Mtep di energia, utilizzando diverse fonti primarie. In tab. sono
specificate le quantità d’energia per singola fonte (1 tep = 10 Mega kcal)
Fonti primarie utilizzate (Ktep)
petrolio
metano
carboni
97.046
58.128
13.305
52,4%
31,39%
7,18%
nucleare
totali.ktep
12.601
4.120
185.200
6,8%
2,23%
100%
rinnovabili
Fonti secondarie dalla trasformazione delle fonti primarie (Ktep)
En. elettrica
53.586
29%
En. termica
Carburanti
Usi non
energetici
Perdite
totali.ktep
64.166
43.746
11.320
12.381
185.200
34,6%
23,6%
6,1%
6,7%
100%
Energia dal sole: termico e fotovoltaico
L'energia solare è la fonte di energia primaria per eccellenza
Ogni anno il sole irradia sulla terra ≈ 19.000 Giga tep (tonnellate
equivalenti petrolio) mentre la domanda annua di energia è ≈ 8 Giga
tep
Si rammenti che tutta l'energia che
utilizziamo, compresa quella prodotta dai
combustibili fossili ha origine
dall'irradiamento solare
L’energia solare può essere utilizzata sia in
modo diretto (solare termico) che in modo
indiretto (solare fotovoltaico)
Energia dal sole: termico e fotovoltaico
I pannelli solari sono stati i primi ad essere installati, costano poco e servono
quasi esclusivamente per l’acqua calda sanitaria
Poiché si raffreddano facilmente, nel serbatoio viene posta una resistenza
elettrica per sopperire alle carenze energetiche e aumentare l’efficienza
Energia dal sole: termico e fotovoltaico
“globo solare” per usi domestici
Concentratori a parabola da 30 Kw
“forno solare” per ceramica
Energia dal sole: termico e fotovoltaico
Esempio di impianto a concentratori parabolici.
Su questo schema l’ENEA sta sviluppando il
progetto Archimede
Massimo rendimento da tubi
sottovuoto in cui circola un
fluido con alto calore
specifico
L'operatività dell'impianto è prevista per il 2010 ed incrementerà la potenza della
centrale di circa 5 MW. Ciò consentirà di produrre energia elettrica aggiuntiva di
fonte solare, capace di soddisfare il fabbisogno annuale di 4.500 famiglie,
con un risparmio di circa 2.400 tonnellate di petrolio all'anno e minori
emissioni di anidride carbonica per circa 7.300 tonnellate all'anno
www.ecoworldhotel.com/mdm/ita/dettagli_news.php?id=628
L'impianto solare previsto dal progetto è in costruzione nella centrale Enel di Priolo
Gargallo (Siracusa) e sarà ad altissima efficienza grazie all'integrazione di un ciclo
combinato a gas con un innovativo impianto solare termodinamico, totalmente a
sali fusi, basato su una tecnologia innovativa
TORRE SOLARE
Un nuovo modo di produrre energia rinnovabile
La Torre Solare funziona secondo gli stessi principi di una qualsiasi
canna fumaria: si tratta di una torre cava all’interno come un tubo.
Alla base c’è una serra, una specie di fascia circolare che copre una
notevole superficie di terreno.
L’aria della serra, riscaldata dal sole, sale per il camino grazie a due
fenomeni fisici (che funzionano come i "motori" della torre):
1) l’aria sale per un processo di convezione (il fenomeno per cui
l’aria calda va verso l'alto)
2) l’aria sale per una
differenza di
pressione tra la base
e la cima della Torre
(in cima la pressione
è minore e quindi
l’aria viene "succhiata
verso l’alto")
www.enviromission.com.au/
Questa torre è in costruzione in Australia da EnviroMission. Si tratta di una
struttura da 50 MW in grado di fornire energia a 100 mila appartamenti,
utilizzando i collettori solari disposti nella piattaforma circolare alla base.
Lavorando come una gigantesca serra, l'impianto riscalda l'aria utilizzando le
radiazioni solari e la fa convergere nella torre, dove una schiera di turbine sono in
grado di produrre energia sfruttando il movimento dell'aria
Mentre sale nel camino, l’aria calda
accelera fino a raggiungere velocità
anche di 70 Km/h. Questo flusso di
aria in movimento fa girare una
pluralità di turbine eoliche
(posizionate alla base interna del
camino) che generano elettricità: le
turbine trasformano l’energia
cinetica dell’aria in energia elettrica
come una qualsiasi pala eolica
Il procedimento è facilitato dalla
assoluta costanza, sia in direzione
che in intensità, del vettore velocità
La differenza principale rispetto alle
pale eoliche tradizionali è che la
LifeGate Solar Tower presenta un
indiscutibile vantaggio: funziona
anche in assenza di vento, 24 ore su
24, sette giorni su sette, generando
un massimo di energia proprio
durante le ore più calde della
giornata quando c'è il picco di
consumo
Come può funzionare anche di notte?
Grazie al "gradiente barico" (il
differenziale di pressione), e grazie al
calore accumulato durante il giorno
nel terreno coperto dalla serra
La maggior efficienza della torre si
ottiene scegliendo una zona ad alto
irraggiamento solare, aumentando
l'altezza della torre e l'estensione della
serra
A Manzanares, Spagna, nel 1981 gli
ingegneri tedeschi Bergermann e
Partner hanno realizzato una struttura
alta circa 200 m, rimasta operativa
per 7 anni, con una potenza elettrica
di 50 kW
www.enertop.it/energia-alternativa-tecnologie/energia-alternativa-torresolare.html
Solare fotovoltaico
L'effetto fotovoltaico consiste nella trasformazione della
luce in energia elettrica
Nel secolo scorso si scoprì che era possibile trasformare
direttamente l'energia solare in energia elettrica tramite
una cella elettrolitica senza passare per processi
termodinamici. La prima applicazione commerciale si ebbe
nel 1954: i laboratori Bell (USA) realizzarono la prima
cella fotovoltaica utilizzando il silicio monocristallino
Solare fotovoltaico
Fotovoltaico in
Europa : dal 1999 sono
stati avviati programmi
per incentivare la
diffusione del
fotovoltaico, che hanno
portato il mercato a
crescere del 40%
all'anno
In Italia il mercato del
fotovoltaico sta avendo
uno sviluppo
importante grazie alla
legge "conto energia"
dell'agosto 2005
Solare fotovoltaico
Solare fotovoltaico
Questi dispositivi, anche se molto sofisticati,
offrono ancora rendimenti modesti
A causa delle caratteristiche
intrinseche ai materiali costituenti,
solo una piccola parte dello spettro
solare viene realmente assorbita
Le efficienze tipiche dei moduli al silicio di tipo commerciale
variano attorno al 12-15%, con costi ≈ 5 €/W
ENERGIA SOLARE: sistemi a concentrazione
(CALORE → ELETTRICITÀ)
Collettori parabolici
Collettori a disco con
motore termico
Torri solari
Solare fotovoltaico
Vantaggi:
- Completamente rispettoso dell’ambiente
- Sfrutta una forma d’energia molto
delocalizzata il che permette di produrre
energia là dove serve
- Non dipende da alcuna forma primaria di
energia
-Produce una forma di energia di tipo “nobile”
Svantaggio:
- i costi ancora troppo alti per un utilizzo diffuso
(il costo alto è intrinseco al metodo di produzione (crescita
cristallina)
Solare fotovoltaico
Sono state sviluppate tecnologie alternative a quella del silicio
Per es. sono state sviluppate celle solari con una tecnica
chiamata a film sottile * che permette un forte abbassamento
dei costi di produzione senza ridurre l’efficienza
* Rif it.wikipedia.org/wiki/Modulo_fotovoltaico
www.kensan.it/articoli/Fotovoltaico_Film_sottile.php
Vantaggi della tecnologia a film sottili:
- ogni strato ha uno spessore
micrometrico
- si può costruire una macchina in cui
entra il vetro ed esce il modulo
completo
- con questa tecnologia si arriva a un
costo di produzione di ≈ 0,6 € / W
Schema base modulo fotovoltaico
Riduzione di
produttività
del
fotovoltaico in
base
all’orientamen
to
Temperatura media globale
15,60
(oceani e superfici emerse) 1866-96
15,40
gradi Celsius
15,20
15,00
14,80
14,60
14,40
14,20
14,00
1860
1885
1910
1935
1960
1985
Fonte: Worldwatch Institute 1996
2010
www.eusd.it/blog/
www.fierabolzano.it/klimaenergy2010/