Corso di Pianificazione Energetica e Impatto Ambientale

Università degli Studi di Perugia
Facoltà di Ingegneria
Corso di Pianificazione Energetica
Ing. Giorgio Baldinelli
a.a. 2012-13
Introduzione al corso
• OBIETTIVI:
• Fornire agli allievi nozioni in materia di impatto
ambientale dei sistemi energetici, di procedure di
valutazione di impatto ambientale e di pianificazione
energetica e sviluppo sostenibile. Illustrare i principali
interventi di mitigazione degli impatti.
• CONTENUTI
• Introduzione al corso.
• Cambiamenti climatici, energia e ambiente.
• Qual’è il consumo di energia del pianeta?. Cambiamenti climatici.
Conferenza di Rio e Protocollo di Kyoto. Che cosa si può fare. Fonti
energetiche rinnovabili. Energia nucleare. Centrali termoelettriche a
“carbone pulito”. I Rigassificatori di gas naturale liquefatto.
Termovalorizzazione dei rifiuti solidi urbani.
Segue contenuti
• Le interazioni fra i sistemi energetici e l’ambiente:
impatto ambientale dei sistemi energetici, ruolo della
produzione e distribuzione dell’energia sull’impatto
ambientale, valutazione degli effetti ambientali e sanitari.
• L’inquinamento
atmosferico:
sorgenti,
inquinanti,
legislazione, tecniche per il controllo delle emissioni.
L’inquinamento globale: piogge acide, ozono, effetto
serra. Le conferenze internazionali e lo sviluppo
sostenibile, la carta di Aalborg e i processi di Agenda 21.
• Emission trading, certificati verdi e certificati bianchi.
Segue contenuti
• L’inquinamento
termico,
acustico,
luminoso,
elettromagnetico. Valutazione, normativa, mitigazioni.
• La valutazione di impatto ambientale: legislazione,
procedure, metodologie, contenuti e fasi. Altre procedure
di valutazione di impatto: Life Cycle Assessment,
Valutazione
Ambientale Strategica. L’impronta
ecologica. Applicazioni, esempi e casi di studio.
• Certificazioni ambientali di siti produttivi: EMAS.
• La pianificazione energetica nazionale, regionale e
comunale: normative, procedure, metodologie, contenuti
e fasi. La gestione razionale delle risorse. La
diversificazione delle fonti e l’incentivazione delle fonti
energetiche rinnovabili e alternative.
Applicazioni,
esempi e casi di studio.
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PREREQUISITI:
Fisica tecnica 1 e 2. E’ inoltre consigliato avere sostenuto gli esami di Fonti
Energetiche Rinnovabili e di Energetica Applicata.
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TESTO ADOTTATO
• G. Cau, D. Cocco, L’impatto ambientale dei sistemi energetici,
SGE Servizi Grafici Editoriali, 2002
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TESTI CONSIGLIATI
G. Moncada Lo Giudice, F. Asdrubali: “LA SFIDA DELL’ENERGIA
Cambiamenti climatici, energia e ambiente in un mondo inquieto”, Franco
Angeli, Milano 2007.
C. Caputo L’impatto delle macchine sull’ambiente, Masson1998
B. Galletta et Al., Dal progetto alla VIA, Voll. 1 e 2, Franco Angeli, 1994
P. Morris, R. Therivel, Methods of Environmental Impact Assessment, UCL
Press Limited, 1995
MODALITÀ DI VERIFICA DEL PROFITTO:
La verifica del profitto consiste in un colloquio orale della durata di circa 30’
(domande sulla parte teorica del corso).
Le interazioni tra i sistemi energetici e
l’ambiente
Sistemi di conversione energetica:
• impianti di generazione elettrica
• MCI per autotrazione
• Impianti termici civili e industriali
• Sistemi molto diversi per tipologia e
configurazione, potenza (dai pochi kW dei MCI a
centinaia di MW delle centrali termoelettriche),
rendimenti (da 15-20 % piccoli MCI, dal 25% al
53% per le centrali elettriche, fino all’85-90%
generatori energia termica)
• Principale causa di impatto ambientale:
impiego di combustibili fossili
• Ma anche i sistemi energetici che
utilizzano fonti rinnovabili producono
impatti di diversa natura
Classificazione degli impatti:
• Per componente ambientale interessata
(aria, acqua, suolo, fauna, flora, paesaggio
ecc)
• Per tipologia di emissioni inquinanti
(solide, liquide, gassose, acustiche,
termiche, ecc.)
Interazioni fra i sistemi di conversione dell’energia e
l’ambiente
• Emissioni di materia: solide, liquide, gassose
• Emissioni di energia: calore, radiazioni
(ionizzanti e non ionizzanti), rumore
• Altre interazioni: occupazione suolo, impatto
visivo, altro
• L’entità e l’importanza relativa delle
diverse emissioni dipendono dal tipo di
impianto e della tecnologia adottata
• Impianti termici e nucleari: emissioni di
materia ed energia
• Impianti FER: impatti visivi, fauna e flora,
ecosistemi
Emissioni gassose
• Sono la forma di interazione ambientale più rilevante e
derivano dai processi di combustione
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Principali inquinanti:
Ossidi di Zolfo (SOx)
Ossidi di Azoto (NOx)
Monossido di Carbonio (CO)
Particolato
Composti Organici Volatili (COV)
Anidride Carbonica (CO2)
Altri inquinanti gassosi
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Acido cloridrico (HCl)
Acido fluoridrico (HF)
Ammoniaca (NH3)
Metalli pesanti (Mercurio, Cromo)
Diossine e furani
Andamento nel tempo delle emissioni
• CO2: sensibile aumento negli ultimi 20 anni
(energia)
• SOX: diminuzione (combustibili)
• NOx: diminuzione (combustione)
• CO e altri: diminuzione meno marcata
(compensazione)
• Fonti degli inquinanti:
• Il settore energetico (combustione e trasporti) è
responsabile per oltre il 90% delle emissioni dei
principali inquinanti (fatta eccezione per i COV)
Origine degli inquinanti:
• Composizione chimica del combustibile
(esempio: tenore di zolfo, cloro, fluoro)
• Modalità di svolgimento del processo di
combustione (eccesso d’aria, temperatura,
fiamma)
Approcci per mitigazione impatto:
• Utilizzo di combustibili puliti
• Pre-trattamento del combustibile
• Riduzione della produzione di inquinante
durante la combustione
• Post-trattamento dei prodotti della
combustione
• Diluizione degli inquinanti allo scarico
Utilizzo combustibili puliti
• Impiego di combustibili intrinsecamente
privi di sostanze quali zolfo, cloro,
mercurio
• Esempio: gas naturale o olio combustibile
BTZ
• Poco efficaci per controllo emissioni CO e
NOx
Pre-trattamento combustibile
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•
Trattamento preliminare chimico e fisico
Lavaggio carbone per riduzione particolato
Desolforazione prodotti petroliferi
Depurazione gas di sintesi negli impianti di
gassificazione
• Poco efficaci per controllo emissioni CO e
NOx
Riduzione della produzione di inquinante
durante la combustione
• Impiego di tecnologie in seno alla combustione
stessa
• Combustione letto fluido: aggiunta di sorbenti a
base di calcio e magnesio per evitare SOx
• Iniezione di vapore in turbina a gas per ridurre
NOx
• Combustione a più stadi
Post-trattamento dei prodotti della
combustione
• Tecnologie a valle del processo di
combustione
• Filtri (elettrostatici, a manica, ceramici)
• Desolforatori
• Denitrificatori
Diluizione degli inquinanti allo scarico
• Non è una tecnica di riduzione delle emissioni
ma solo di mitigazione dei relativi effetti
• Anche la legislazione fa riferimento a fumi secchi
e con un determinato tenore di ossigeno
Emissioni liquide
• Aspetto
di
crescente
importanza
per
emanazione di normative più severe, scarsità
risorse idriche, aumento produzione effluenti
liquidi
• Problema che riguarda soprattutto centrali
termoelettriche a vapore convenzionali, ma
anche processi combustione letto fluido e
gassificazione (meno importante per turbine a
gas e MCI)
Fonti di consumo di acqua e di produzione di
effluenti liquidi:
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Sistemi di raffreddamento (torri evaporative)
Reintegro del generatore di vapore
Lavaggio del generatore di vapore
Sistemi di desolforazione (ad umido)
Centrale da 320 MW a ciclo aperto: 30.000 – 40.000 m3/h acqua
• Si inserisce un sistema di trattamento delle acque
(limiti di emissione Dlgs 152/99)
Problema della temperatura degli scarichi
Emissioni solide
• Riguardano soprattutto sistemi energetici
alimentati con combustibili solidi o idrocarburi
pesanti
• Ceneri del combustibile
• Residui solidi prodotti dalla depurazione dei fumi
(desolforazione)
• Composizione ceneri: ossidi di silicio, alluminio e
ferro (80%), ossidi di calcio, magnesio, zolfo,
potassio, sodio, fosforo, tracce di metalli pesanti
• Centrale termoelettrica a carbone bituminoso da
320 MW: 10-12 t/h di ceneri, per un totale di
60.000-70.000 t/a
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Reimpiego delle ceneri:
Cementifici
Sottofondi stradali
Manufatti per l’edilizia
Discarica (letto fluido)
Emissioni termiche
• L’inquinamento termico può essere diretto
(rilascio di fumi caldi) o indiretto (rilascio di
sostanze che interferiscono con i meccanismi di
scambio termico della Terra)
• L’inquinamento termico diretto può causare
significative variazione del microclima locale
(temperatura e umidità relativa dell’aria,
temperatura dell’acqua)
• Le emissioni di energia termica sono correlabili al
rendimento dell’impianto:
Q2/L = 1/η - 1
• Un aumento del rendimento dell’impianto non solo
consente di ridurre i consumi di combustibile e
quindi le quantità di inquinanti prodotte, ma anche di
ridurre la quantità di calore emessa
• Centrale termoelettrica a vapore da 320 MW:
rendimento 40%, Q2 = 420 MW, portata d’acqua di
10/12 mc/s (incremento di 8-10 °C) per un ciclo
aperto
Emissioni acustiche
• Problema
di
grande
attualità,
recentemente
regolamentato da apposita legislazione (L.Q. 447/95)
• Principali fonti di rumore:
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Turbine a vapore
Gruppi turboalternatore
Ventilatori
Sfiati vapore, tubazioni percorse da vapore
Sistemi movimentazione carbone
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Turbine a gas:
Compressore
Condotti aspirazione
Scarico
• Generatori eolici
• Sistemi di mitigazione
• Alla sorgente/lungo il percorso/sul ricettore
• Attivi/passivi
Altre emissioni
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Inquinamento da campi elettromagnetici
Inquinamento nucleare
Occupazione suolo
Alterazione ecosistemi
Impatto visivo