energia da fonti rinnovabili

L’ energia
Pag. 3
Le fonti di energia e lo schema 4 - 5
I grafici (acqua / energia)
6- 8
Le ruote e il mulino ad acqua
9 - 10
La centrale termoelettrica
11 - 13
I tipi di turbine
14 - 16
La centrale idroelettrica
17- 20
Il campo a specchi
21 - 23
Il teleriscaldamento
24 - 26
Stop agli sprechi
27- 28
La macchina a vapore
29 - 30
I pannelli solari
31- 33
La centrale geotermica
34- 36
La centrale nucleare
37 - 43
Gli accordi internazionali
44
Il WWF
45
La bibliografia e sitografia
46
Oltre all’energia fornita dai raggi del sole, l’uomo ha imparato a
sfruttare anche il vento, l’acqua e altri elementi che si trovano nel
sottosuolo da milioni di anni: carbone, petrolio, gas naturale e uranio
trasformando queste fonti primarie in elettricità.
L’ energia è la capacità di un corpo di compiere un lavoro.
Indice
Fonti non
rinnovabili
Fonti
rinnovabili
Acqua
Vento
Maree
Geotermia
Biomassa
Sole
Combustibili
fossili
Petrolio
Metallo
Carbone
Reazioni nucleari
Indice
Impiego acqua:
distribuzione in % dell’ acqua prelevata per settore
90
80
70
60
50
40
agricoltura
30
idustria
20
10
uso domestico
A
US
Sv
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0
Indice
Italia: offerta di energia indicata per settore di produzione
(dati in GWh - anno 2004)
250.000
200.000
150.000
100.000
50.000
0
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Offerta di energia primaria nel mondo.
(fonte: IEA Renewables Information 2003)
40%
35%
30%
25%
20%
15%
10%
5%
0%
EN
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.
EN
Indice
La ruota
E’ stata la prima ad essere
costruita ed è rimasta la
più comune.
Sfrutta l’ energia cinetica
dell’ acqua che preme sulle
pale e le mette in
movimento.
E’ stata introdotta verso il
1750.
Funziona con la forza dell’
energia cinetica dell’acqua
e del peso dell’ acqua in
caduta.
Ruote ad acqua
I mulini sorgono sulle rive
dei fiumi, dove esiste un
dislivello d’ acqua: un
canale artificiale convoglia
l’acqua sulla ruota a pale
che cattura l’energia
naturale e acquista forza
rotatoria.
Il mulino era impiegato
per i lavori più faticosi e
ripetitivi, come:
 macinare cereali
 schiacciare olive
 battere metalli
 sollevare ed
azionare meccanismi.
Indice
Mulino ad acqua in frazione
Gozzolina (Castiglione D/St.)
Nella centrale termoelettrica il vapore entra
nella turbina e trascina i rotazione
l’alternatore , che genera la corrente.
Il vapore passa nel condensatore dove
viene convertito in acqua che viene poi
iniettata nel sottosuolo per rifornire le falde
acquifere. Prima di essere condensato nel
condensatore o nella torre di refrigerazione,
il vapore può essere usato per il
riscaldamento di case vicine alla centrale o
per le serre.
Nelle centrali elettriche alimentate a carbone fossile, il combustibile viene polverizzato, brucia,
mescolato ad aria preriscaldata e iniettato nella camera di combustione di una caldaia che
contiene tubi in cui scorre l’acqua.
La camera di combustione, o focolare, è la struttura più grande della centrale.
Le pareti interne sono rivestite da una serie di tubi a serpentina (che si sviluppano per un totale
in diversi chilometri) nei quali scorre acqua che raggiunge il massimo calore possibile con il
calore che si sviluppa dalla combustione e si trasforma in vapore surriscaldato ed ad alta
pressione.
Un impianto di depurazione filtra i gas di scarico in modo da trattenere la maggior quantità
possibile di ceneri prima d disperderli nell’atmosfera, attraverso una ciminiera
Nelle centrali moderne, gli impianti di depurazione sono progettati ponendo particolare cura
all’estrazione delle scorie che contengono zolfo perchè molto nocive per l’ ambiente .
Il vapore generato dalla caldaia
viene inviato a una turbina che
trasforma l’energia termica in
energia meccanica.
Il vapore che ha mosso la turbina e
dalla quale esce viene condensato e
rimandato nella tubazione della
caldaia.
La condensazione del vapore
richiede grandi quantità di acqua di
raffreddamento ( circa 230000 m3
l’ora)che può essere prelevata da
un fiume o da un lago vicini alla
centrale e può essere riciclata.
Il riciclaggio viene operato nelle
torri di raffreddamento che
disperdono nell’atmosfera il vapore
residuo ma richiedono una quantità
d’acqua per sopperire a quella
persa per evaporazione.
Indice
Turbina Pelton:
è usata nelle
centrali di alta
montagna, dove si
possono sfruttare
grandi salti d’
acqua.
Non è immersa nell’
acqua ed ha una
turbina ad asse
Distributore
verticale.
Turbina Kaplan:
Viene usata nelle centrali
fluviali costruite nelle zone
pianeggianti, dove il fiume
viene sbarrato con una
diga e funziona con un
salto d’ acqua anche molto
piccolo.
Girante
E’ formata da un grosso
supporto a forma di fungo,
con un mozzo centrale
dove sono inserite da 4 a 8
pale, per ottenere il
massimo rendimento.
Turbina Francis:
Viene usata nelle centrali di media
montagna.
La ruota funziona completamente
immersa nell’acqua.
La turbina Francis è ad asse
verticale.
Girante e distributore
La girante è una ruota d’ acciaio
con molte pale; al centro c’è il
mozzo per il collegamento all’
alternatore.
Nelle centrali
termoelettriche
moderne, alle
turbine a vapore o
a gas sono collegati
direttamente i rotori
dei generatori
elettrici, gli
alternatori , che
trasformano in
energia elettrica
quella meccanica,
prodotta dalle
turbine.
La turbina è una macchina motrice rotante che converte in energia meccanica l’ energia
cinetica di un fluido in movimento.
L’elemento essenziale è la girante, o rotore, che può essere costituita da un’ elica o da una
ruota dotata di alette o pale variamente sagomate che vengono mosse da getti d’ acqua.
Il distributore è un organo fisso da cui l’ acqua esce a forte velocità;
L’energia meccanica acquisita dalla girante viene trasmessa a un albero motore utilizzato
per azionare una qualsiasi macchina, un compressore, un generatore elettrico, o un’
elica.
Indice
Le centrali idroelettriche sono
state il primo genere di
impianto a essere progettate
per la produzione di energia
elettrica a livello industriale.
L’ energia primaria può
provenire dal flusso di un
corso d’ acqua (centrali ad
acqua fluente) o dal salto
che l’ acqua, accumulata in
un bacino naturale compie
(centrale a serbatoio).
Sempre, prima di arrivare alla
centrale, l’acqua viene fatta
passare attraverso una diga
di sbarramento, che crea un
salto di diversa dimensione a
seconda delle condizioni
ambientali.
La turbina installata nella
centrale e che effettua la
conversione dell’energia
idraulica in meccanica,
dipende dal tipo di centrale.
Numerose istallazioni sono comuni alle centrali idroelettriche, per convogliare e controllare il
movimento dell’ acqua e sono:




canali di presa
condotte forzate
camere di carico o di scarico
apparecchi di controllo della rapidità di flusso e della portata idrica
La centrale
idroelettrica,
collegata ad una
diga sul fiume sul
quale è stata
costruita, ne utilizza
la forza e la portata
d’acqua.
Nel 1963 fu ultimata la costruzione della
diga del Vajont, che avrebbe dovuto
sostenere una centrale idro-elettrica per la
produzione di 150 Mw di elettricità.
Le perizie geologiche erano contrastanti:
una parte del bacino che sarebbe stato
formato con la diga, sul monte Toc,
chiamato così dalle popolazioni locali
perché soggetto a frane non dava
garanzie di sicurezza.
Facendo prove d’ invaso, cioè
riempiendo e svuotando la diga, si aprì
una frana che cadendo nel bacino sollevò
un’ onda gigantesca (50 milioni di m3
d’acqua) che cancellò due paesi dalle
carte geografiche e la morte di circa 2200
persone.
Indice
Diga del Vajont
La centrale campo a
specchi o eliostati ,
permette di ottenere
con il sole temperature
di circa 500 gradi , che
scaldano l’acqua di
una caldaia per
produrre vapore .
In Sicilia , ne è stata
costruita una nel 1980.
La centrale è formata
da tre parti principali:
il campo a specchi
la torre con la caldaia
l’ edificio della centrale
Campo a specchi
È una superficie molto
ampia in cui sono stati
installati centinaia di
eliòstati, cioè grandi
pannelli rivestiti di
specchi piani.
Ogni eliòstato è regolato
da un meccanismo di
puntamento, comandato
da un calcolatore, per
seguire il sole e riflettere
il massimo del calore
alla caldaia.
Torre con caldaia
Centrale
È l’edificio che contiene la turbina a vapore accoppiata
con l’alternatore per produrre energia meccanica elettrica
È un traliccio alto anche 100
m, alla cui sommità è installata
una caldaia dove circola l’
acqua da trasformare in
vapore
Ogni eliòstato viene
puntato contro il sole , in
modo che ne rifletta il
calore e la luce
esattamente sulla caldaia .
Il calore concentrato porta
l’acqua contenuta nella
caldaia a temperature
elevate da 400 a 500 C° e
la fa evaporare.
Il vapore inviato nella
turbina accoppiata con
l’alternatore, genera
corrente elettrica che,
tramite linee di alta
tensione verrà portata alla
distribuzione.
Indice
Il teleriscaldamento
è un sistema di
produzione del
calore prodotto nei
termoutilizzatori o
in altri tipi di centrali
di cogenerazione.
Con il
teleriscaldamento:
 si limita il prelievo
di fonti energetiche
non rinnovabili
(petrolio, carbone)
 si sostituiscono
caldaie vecchie
spesso poco sicure e
non efficienti
 si riduce
l’inquinamento
dell’aria
La termovalorizzazione è il
processo che allo stesso tempo
permette di:
 smaltire i rifiuti
 produrre energia elettrica
 recuperare calore.
Il calore può essere usato per
le industrie o distribuito, dopo
avere riscaldato l’acqua,
attraverso reti di riscaldamento
a distanza
La termovalorizzazione è
possibile mediante i
termoutilizzatori, gli
inceneritori che garantiscono:
 elevate rese energetiche
 riduzione delle emissioni
gassose
 limitato impatto ambientale.
Cogenerazione == produzione combinata di
elettricità e calore .
L’ uso di questo calore può avvenire nell’ industria
siderurgica, cartaria, per il teleriscaldamento domestico, per
usi igienico – sanitari
Il teleriscaldamento è possibile sfruttando una rete di
tubature sotterranee.
Attraverso canalizzazioni progettate e realizzate a tale
scopo, il vapore raggiunge abitazioni, negozi, scuole, uffici
ecc. dove viene sfruttato per usi domestici sostituendosi
alle tradizionali caldaie a metano o a gasolio
Bruciando rifiuti si ottiene energia
Con questo metodo si distribuisce acqua calda o vapore
nelle case.
È una soluzione nuova impiegata a Parigi, Monaco,
Copenaghen.
In Italia esistono diversi impianti di cogenerazione e
teleriscaldamento a Brescia, Como, Modena, Reggio
Emilia, ecc.
Cogenerazione e teleriscaldamento sono applicabili alle
centrali termoelettriche a carbone,a centrali con impianti
termoelettrici a metano che possono servire per riscaldare
anche pochi quartieri abitati.
Indice
Il consumo e la produzione di energia hanno un impatto importante sull’
ambiente,contribuiscono agli squilibri del clima e alla distruzione degli
ecosistemi, con effetti sulla salute umana.
I consumi di energia sono in progressivo aumento.
L’ Agenzia Internazionale dell’ Energia (IEA) sostiene che fino al 2030 la
richiesta di energia nel mondo aumenterà dell’1,7% ogni anno.
Se le politiche energetiche non si orienteranno rapidamente verso l’utilizzo
di energie rinnovabili, piuttosto che verso i combustibili fossili (come il
petrolio e il carbone ), si prevede che le emissioni di inquinanti come
l’anidride carbonica aumenteranno significativamente e dall’1,8%
raggiungeranno i 38 miliardi di tonnellate entro il 2030.
I maggiori responsabili di questo aumento dei consumi sono i trasporti
anche se il consumo di elettricità ha un peso significativo perché si
utilizzano sempre più apparecchiature che, per funzionare, dipendono
dall’energia elettrica.
Trasporti:
potenziare i trasporti pubblici, usare meno l’automobile e
controllarne l’efficienza (motore, pneumatici, stile di guida)
Impianti termici:
isolare muri, solai, controllare i serramenti, inserire doppi vetri,
regolare ragionevolmente il termostato, far controllare, secondo
norma, periodicamente la caldaia e le apparecchiature elettriche.
Elettrodomestici:
scegliere la classe (A, AA) o modelli a basso consumo
energetico con il Marchio Italiano di Qualita’. Forniscono garanzie
sull’uso ridotto nel consumo elettrico se usati seguendo i consigli
del produttore che rimanda alle normative europee.
Illuminazione:
preferire lampade fluorescente o a “risparmio energetico” a
lampade ad incandescenza o alogene
Indice
Le macchine a vapore forniscono
lavoro sfruttando il movimento
alternativo di uno stantuffo che si
sposta all’interno di in cilindro nel
quale si espande il vapore
surriscaldato.
L’importanza storica della macchina
a vapore è enorme in quanto la
rivoluzione industriale fu possibile
solo grazie all’invenzione che fornì il
primo metodo per produrre energia
indipendentemente dalla disponibilità
di venti e corsi d’acqua.
Oggi è utilizzata raramente.
Nella caldaia il vapore entra nel cilindro attraverso una valvola di immissione che si chiude per
aumentare la pressione dello stantuffo che attraversa il cilindro.
Viene aperta una valvola che provoca la fuoriuscita del vapore mentre viene riaperta quella di
immissione che spinge all’interno altro vapore
Alla fine il vapore rimasto viene compresso in attesa dell’inserimento di altro vapore> il moto
alternativo dello stantuffo e` convertito in rotatorio con un albero a gomiti azionato da un sistema di
biella / manovella.
La macchina a vapore è stata `pensata` dal tecnico inglese Newcomen che nel 1705 scoprì la
forza del vapore e applicò la sua invenzione ad una macchina che venne poi perfezionata da Watt.
Nel tempo questa invenzione fu usata per scopi industriali nel settore tessile e per muovere i primi
veicoli a vapore: dal battello alle locomotive.
Indice
Energia solare: energia raggiante prodotta nel sole per
effetto di reazioni nucleari e` trasmessa alla terra sotto
forma di radiazioni elettromagnetiche .
La fotosintesi consente lo sviluppo della vita vegetale, del
ciclo dell’acqua cui sono associate le precipitazioni e della
circolazione dei venti.
L’energia solare accumulata negli oceani dà luogo a
variazioni di temperatura, a venti che possono essere
sfruttati per produrre energia meccanica trasformabile in
elettricità.
I COLLETORI A PANNELLO
Per sfruttare la radiazione solare si ricorre a impianti a
pannelli solari, o collettori solari.
L’ energia ottenuta può essere usata sottoforma di calore
per riscaldare un gas o un fluido.
Esistono due tipi fondamentali di collettori: a pannello e a
concentrazione.
Energia solare
Alcuni sistemi a energia solare prevedono che le strutture degli edifici vengano
progettate in modo da sfruttare l’energia raccolta sia per il riscaldamento che per
il raffreddamento. Nel progetto di questa casa uno "spazio solare" funge da
collettore di calore in inverno (con gli schermi solari aperti) e da intercapedine in
estate (a schermi chiusi).
Le cisterne d’acqua servono a incamerare durante il giorno il calore necessario
durante la notte.
I pannelli solari vengono installati sul tetto degli edifici.
Un pannello solare è composto da una superficie metallica che si riscalda per
effetto della radiazione solare; il calore e` ceduto a un liquido termovettore che
circola in una serpentina e successivamente trasferito al sistema utilizzatore, ad
esempio l’ acqua dell’ impianto di riscaldamento domestico.
I collettori a pannello sono in grado di riscaldare i fluidi fino a circa 80 C.
Indice
La centrale geotermica sfrutta l’energia cinetica del vapore intrappolato nel sottosuolo ed e`
costruita su un` area detta AREA GEOTERMICA.
Il getto di vapore che esce dal sottosuolo viene inviato nella centrale per mezzo di vapordotti.
Nella centrale ci sono le turbine a vapore collegate ad un generatore di corrente.
All` esterno vi sono> il condensatore, i trasformatori e la torre di refrigerazione .
E` un territorio particolare situato
in una zona di origine vulcanica
o soggetta a fenomeni sismici.
Nel sottosuolo esistono rocce
calde abbastanza vicine alla
superficie e, sopra di esse, due
strati di roccia impermeabili che
racchiudono uno strato di terra
permeabile: qui filtra e si deposita
l’acqua piovana.
ln questa caldaia naturale le
rocce riscaldano l’acqua fino a
trasformarla in vapore. Con
trivellazioni profonde dai mille ai
tremila metri si porta in superficie il
vapore la cui fuoriuscita e`
controllata da apposite valvole.
Sono tubature che portano il vapore dal luogo di estrazione fino alla
centrale.
Ogni segmento di tubo è lungo circa qualche chilometro,
L’andamento a zig-zag è reso necessario dalla dilatazione termica dei tubi
dove scorre il vapore con temperatura compresa tra i 150 e i 260C°.
È un edificio con una zona dove il vapore entra nella turbina e
trascina in rotazione l’ alternatore che genera la corrente.
Il vapore passa per il condensatore dove viene convertito in acqua
che poi viene iniettata nel sottosuolo per rifornire la falda acquifera.
Nelle centrali termoelettriche e geotermiche e`
una torre di cemento alta anche circa 100 m.
che serve per raffreddare l’acqua proveniente
dal condensatore evitando così l’inquinamento
termico dei fiumi.
L’interno della torre è cavo e nelle fondamenta
sono presenti delle aperture per assicurare
meglio la circolazione dell’ aria.
L’acqua calda arriva alla torre attraverso una
tubatura e viene distribuita in tubazioni
secondarie, con molti fori, che la fanno cadere
a pioggia dall’altezza di 12 m. raffreddandola.
Il vapore acqueo, satura l’interno della torre e
comincia a salire, creando una forte corrente
ascensionale.
L’aria esterna più fredda, viene aspirata alla
base della torre, incontra il vapore acqueo e
ne abbassa la temperatura a 25 C’.
L’acqua raffreddata dal serbatoio esce nella
torre per ritornare nell’ ambiente.
Si origina in questo caso una forma di
inquinamento termico a causa del calore
ceduto all' atmosfera tramite il vapore che
viene immesso.
Indice
L’energia nucleare tiene unita la parte interna dell’atomo
cioè il nucleo.
Per ricavare energia dal nucleo dell’ atomo esistono due
procedimenti per >
 fissione (= DIVISIONE) di un nucleo dell’ uranio
 fusione (=UNIONE) di nuclei leggeri dell’ idrogeno (=
SOLE).
LA FISSIONE DELL’ URANIO
L’ uranio 235 è uno degli elementi più pesanti esistenti in
natura.
Un neutrone “ sparato” contro il nucleo lo divide in
frammenti e libera altri due neutroni.
La somma delle masse dei due frammenti e dei neutroni è
leggermene minore della massa del nucleo di uranio di
partenza perchè nella reazione si è sviluppata una grande
quantità di calore e si è generata una reazione a catena.
Cilindri di
uranio
Edificio con il reattore
L’ edificio è un enorme cilindro di cemento armato.
Il reattore collocato al centro è un cilindro di acciaio inossidabile.
All’ interno del reattore si trova il “nocciolo”, cioè l’ insieme degli
elementi di combustibile contenenti l’ uranio e le barre di controllo per regolare la reazione a catena
della fissione atomica.
Sala macchine
È simile a quella di una centrale termica con una turbina a vapore accoppiata a un alternatore con varia
potenza.
Nel reattore viene pompata dal basso l’acqua
che filtrando attraverso il combustibile di
uranio 235 assorbe il calore emesso dalla
fissione e si trasforma in vapore.
Questo viene inviato direttamente nella
turbina che trasferisce la propria forza
meccanica all’alternatore che genera
corrente.
Il vapore che ha azionato la turbina è inviato
ad un condensatore e, ad una temperatura
inferiore, ritorna al nocciolo del reattore.
Le centrali elettronucleari sospendono la
produzione di energia una volta l’anno: il
reattore viene fermato, si apre la calotta per
estrarre gli elementi di combustibile “esauriti”
Questi sono altamente radioattivi e vengono
conservati per 3-5 mesi in appositi contenitori
e trasferiti poi nei più vicini impianti di
ritrattamento.
Condensatore
Gli impianti di rigenerazione estraggono il
plutonio.
Ogni anno si producono molte tonnellate di
materiali di scarto dette scorie radioattive.
Sono sostanze solide o liquide non più utilizzabili,
ma ancora radioattive, che devono essere collocate
in luoghi sicuri .
In passato si preparavano dei contenitori a tenuta
stagna e si affondavano negli oceani oppure le
scorie venivano affondate nel terreno a grande
profondità, in cave di sale o miniere.
Tuttavia questi sistemi non sono del tutto
sicuri : i materiali sepolti possono liberare
radioattività in seguito ad eventi naturali,
come terremoti.
Ancora oggi non è stata trovata una
soluzione soddisfacente al problema e
grandi quantità di scorie nucleari si
accumulano in determinate zone della
Terra, in attesa di una soluzione riguardo
allo smaltimento definitiva.
La scoperta dell’ energia da fissione suscitò,
a partire dagli anni 50 entusiasmo.
I paesi industrializzati impegnarono ingenti
capitali nella costruzione di centrali
elettronucleari ma ben presto considerando i
rischi presenti e futuri derivanti dall’
utilizzazione di questa energia si mise un
freno all`utilizzo dell’energia atomica.
I rischi principali derivano dalla
radioattività diffusa intorno agli impianti, dai
fluidi contaminati dalla radiazioni che
periodicamente devono essere sostituiti e da
eventuali incidenti dovuti a cause tecniche
come già accaduto nella centrale di
Chernobyl.
Nube
di Chernobyl
Chernobyl
Indice
IL protocollo di Kyoto, firmato nel 1997 da 178
paesi, prevede una riduzione mondiale delle
emissioni dei gas responsabili dei cambiamenti
climatici.
Perché il protocollo entri in vigore è necessaria la
ratifica da parte della maggioranza dei Paesi aderenti
ma ancora oggi non tutti rispettano l’ accordo.
L’applicazione del protocollo di Kyoto, è l’obiettivo
minimo per affrontare a livello mondiale il problema
dell’inquinamento dell’aria.
L’obiettivo per l’ Italia è la diminuzioni del 6,5% delle
emissioni entro il 2050.
Dal 1990 al 1999 il nostro Paese ha aumentato del
5,4% le emissioni di gas a effetto serra. Se
continuerà in questo modo, le emissioni nel 2010
raggiungeranno i 615 milioni di tonnellate di anidride
carbonica mentre bisognerebbe ridurle di almeno
100 milioni.
In Italia il traffico stradale contribuisce per il 24%
all’apporto complessivo di gas serra.
Indice
Secondo il WWF è necessario mettere in discussione il modello consumistico dei Paesi
ricchi che consumano l’ 80% dell’ energia della terra con un utilizzo smodato dei combustibili
fossili che contribuiscono ad incrementare l’ effetto serra naturale.
E’ necessario attuare, a livello globale e nazionale, strategie di attività coerenti per:
 diminuire le emissioni dei gas nell’ atmosfera
 ridurre la dipendenza del petrolio
 sviluppare le fonti di energia rinnovabili
 migliorare l’ efficienza energetica
 innovare il sistema dei trasporti
Ritiene prioritari questi obbiettivi:
 l’ economia fondata sull’uso dell’ energia solare e
sull’ uso dell’ idrogeno
 lo sviluppo dell’ energia eolica
 la stabilizzazione dei consumi energetici
 il potenziamento delle centrali a metano a ciclo
combinato e con cogenerazione di elettricità e calore
 l’ utilizzo delle fonti rinnovabili di energia.
Indice
G.Paci “Il mondo della tecnica” Zanichelli
AAVV. “Prospettive “G. D’Anna.
www.isit100 .it
E.N.E.A._ Sviluppo Sostenibile
www.acquapotabile.it
T.C.I.”Intorno al mondo”
www.premioambiente.it
Omnia 2002- De Agostini Multimedia
www.wikipedia.it
Indice
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