Fonti rinnovabili di energia

1 VOLTIMUM ITALIA  1 L’impiego di energie rinnovabili è in rapida  crescita nel mondo, determinato da: • considerazioni ambientali – inquinamento e rischi climatici legati ai combustibili fossili • considerazioni economiche – i costi dei combustibili fossili, non rinnovabili, non possono che crescere, mentre quelli delle fonti rinnovabili non possono che calare, con il progresso tecnologico e la diffusione su vasta scala FONTI RINNOVABILI DI ENERGIA VOLTIMUM ITALIA  2 Esempio di generazione  ed uso dell’energia elettrica Trasformazione di  energia elettrica in  energia  meccanica Lavoro svolto (sollevamento di un peso) Trasformazione di  energia solare o  altre in energia  elettrica

2 VOLTIMUM ITALIA  3 Fonti energetiche virtualmente inesauribili ed a basso impatto ambientale (energia ecologica) Sono originate dall’energia [produzione anno 2000] derivante da : • idroelettrica (idraulica,dalle maree, dalle correnti) [42.404 GWh] • geotermica, [4.705 GWh]  • eolico, [563 GWh] • solare termico, • solare fotovoltaico ,  [6 GWh] Tali forme di energia possono essere convertite attraverso opportune  tecnologie in energia utilizzabile (elettrica, termica, meccanica, chimica). Fonti rinnovabili di energia • biomasse [1.906 GWh] • biogas• rifiuti VOLTIMUM ITALIA  4 L'impiego di energie rinnovabili è in rapida crescita nel mondo, determinato da considerazioni ambientali (inquinamento ed i rischi climatici legati ai combustibili fossili)  ed economiche  (i costi dei combustibili fossili, non rinnovabili, non possono che crescere  “esaurimento”, mentre quelli delle fonti rinnovabili non possono che calare, con il  progresso tecnologico e la diffusione su vasta scala). Le energie rinnovabili•Sono prodotte localmente •Sono sicure e compatibili con l'ambiente •Sono l'energia del futuro sostenibile •Creano occupazione e sviluppo economico locale •Difendono il clima del pianeta 

3 VOLTIMUM ITALIA  5 “Energia pulita, illimitata e gratuita” Il sole ci manda ogni anno per m2 un’energia termica fra 1000 e 1500 kWh;  sono sfruttabili circa 350  ÷ 600 kWh Le fonti rinnovabili: Solare Termico VOLTIMUM ITALIA  6 L'effetto termico, sfrutta il riscaldamento dei corpi sottoposti alla radiazione solare (urti tra i  fotoni e gli atomi costituenti la superficie del corpo).  In Italia disponiamo di un irraggiamento di 3-4 KWh/m 2 /giorno nei tre mesi invernali, da 4 a 6  Kwh/m 2 /giorno nei mesi primaverili ed autunnali da 6 a 7 Kwh/m 2 /giorno nei mesi estivi Questa distribuzione dell’energia solare nei mesi dell’anno fa si che nel periodo che va  da aprile ad ottobre un impianto solare tipo per la produzione di acqua calda (1 m 2 /persona)  garantisce quasi totalmente il fabbisogno, mentre nei restanti mesi ne soddisfa una parte e va integrato con una fonte convenzionale.Il risparmio si ha sia in estate che in inverno e in totale si attesta a circa il 70% del fabbisogno e garantisce il ritorno dell’investimento in meno di 5 anni.Le tecnologie per utilizzare l'energia solare, per produrre acqua calda o per riscaldare gli edifici, sono quelle a bassa temperatura che comprendono i sistemi che usano un pannello solare per trasferire calore ad un liquido o all'aria.  Le fonti rinnovabili: Solare Termico

4 VOLTIMUM ITALIA  7 PANNELLI SOLARI Captazione dell’energia termica della radiazione  solare Tipo pannello : piastra composta da un fascio tubiero con copertura in cristallo e con serbatoio di accumulo. Produzione acqua calda: 80 litri/m 2 di pannello con  temperatura  50 ÷70°C (300 litri con superficie di  captazione di 3,6 ÷4 m 2 sufficiente per 3 persone. Il pannello solare è competitivo in diverse applicazioni  rispetto alle soluzioni tradizionali Impiego tipico • produzione di acqua calda sanitaria per uso domestico (principale uso dei pannelli solari) 4-6 m 2 di superficie captante montata sul tetto e un accumulo di 200-300 litri; nell’Europa del sud si utilizzano i boiler sul tetto in cui  la circolazione avviene senza bisogno della pompa ma per spinta naturale (effetto termosifone). • riscaldamento dell’ambiente (impianti funzionanti con liquido a base di acqua ed impianti  funzionanti ad aria). Gli impianti ad acqua sono costituiti da collettori solari piani sul tetto e boiler di accumulo nei vani tecnici. Gli impianti ad aria calda sono costituiti da pannelli solari in cui circola l’aria e che con la spinta dei ventilatori viene fatta circolare negli ambienti da riscaldare. • riscaldamento piscine scoperte e coperte Le fonti rinnovabili: Solare Termico VOLTIMUM ITALIA  8 L’utilizzo dell’energia solare per produrre energia elettrica attraverso il sistema  fotovoltaico viene attualmente applicato per piccoli calcolatori, orologi e gadget,  nelle telecomunicazioni, nella segnaletica terrestre e marittima, nell'alimentazione  elettrica di utenze isolate, cioè lontane dalla rete pubblica o difficilmente accessibili  come alpeggi, rifugi alpini, barche, camper e reti in isole minori.  Il sistema fotovoltaico è destinato a concretizzarsi nei paesi più industrializzati  attraverso la sua integrazione negli edifici (tetti e facciate fotovoltaiche), con relativa  immissione dell'energia elettrica prodotta in rete.  Le fonti rinnovabili: Fotovoltaico

5 VOLTIMUM ITALIA  9 Il sistema fotovoltaico consiste nella trasformazione diretta della radiazione solare in energia elettrica (corrente continua) mediante dispositivi a stato solido basati sui semiconduttori (celle fotovoltaiche).  Le fonti rinnovabili: Fotovoltaico La sviluppo della tecnologia ha portato alla  diminuzione dei costi dei moduli FV di circa 10 volte in 20 anni e da un aumento dei rendimenti, ma il prezzo  dei moduli e il costo del chilowattora prodotto sono ancora troppo elevati per consentirne la competitività commerciale. In Italia la potenza installata è di circa 16 MW VOLTIMUM ITALIA  10 APPLICAZIONI 1. Sistemi fotovoltaici collegati alla rete2. Impianti di telecomunicazioni, ripetitori televisivi e  telefonici, ponti radio, radar etc. 3. Alimentazione di cartelli pubblicitari4. Alimentazione di lampioni fotovoltaici5. Tempo libero (alimentazione camper e docce)6. Alimentazione di segnaletica stradale7. Elettrificazione rurale di case, villaggi, scuole,  alimentazione frigoriferi per uso domestico e medico 8. Sistemi di pompaggio per uso domestico, villaggi,  irrigazione, desalinizzazione, alimentazione potabilizzatori 9. Elettrificazione di dispensari e ospedali rurali Le fonti rinnovabili: Fotovoltaico

6 VOLTIMUM ITALIA  11 Tipo impianti  •isolati ( energia prodotta che alimenta direttamente un carico elettrico; la parte eccedente viene accumulata in apposite batterie per garantire la fornitura anche di notte o in condizioni meteorologiche sfavorevoli) •connessi ad una rete elettrica (energia prodotta viene trasformata in corrente alternata e la quota in esubero viene immessa in rete; è necessario un dispositivo di interfaccia con il distributore. E’ prevista la misurazione della energia prodotta ( costo annuo noleggio gruppo di misura € 30,99 ) e dell’energia prelevata. L’energia prodotta viene scambiata in rapporto paritario con l’energia prelevata dal distributore (fattura a conguaglio)  Le fonti rinnovabili: Fotovoltaico Utilizzo tipico: produzione di energia per coprire una parte del fabbisogno VOLTIMUM ITALIA  12 Dati di input: Località e latitudine, inclinazione del tetto, deviazione  azimutale, energia consumata annuale o importo fattura Dati di output: radiazione solare globale annua(kWh/mq/anno), potenza  di picco pannelli, energia elettrica immessa in rete, costo impianto, bilancio energetico ed economico annuale               L’installazione dei pannelli fotovoltaici viene finanziata periodicamente dal Governo e dalla Regione  con contributo a fondo perduto nell’ambito “Programma tetti fotovoltaici Le fonti rinnovabili: Fotovoltaico Parametri significativi per valutare la fattibilità Dimensioni: un pannello fotovoltaico per 1 KW occupa una superficie di 8  ÷10 m 2 Produzione:1 m 2 di moduli ha una produzione media giornaliera di 0,2 ÷0,3 kWh in inverno e  0,5 ÷0,6 in estate (varia da luogo a luogo).  Il costo per kWh per impianti connessi alla rete è pari a 0,2582  ÷ 0,5165 €/kWh Il costo di installazione  per KW ammonta per impianti tra 1 ÷5 kW a (8000 €+ IVA 10%), per  impianti tra 5  ÷ 20 kW il costo ammonta (6972,17 +5164,57/P €) Il costo di manutenzione annua è pari all’ 1% dell’investimentoLa durata di vita dell’impianto: 25 anniIn rete Internet sono disponibili applicativi per il dimensionamento degli impianti fotovoltaici (siti ENI, ENEL) 

7 VOLTIMUM ITALIA  13 I costi di produzione dell ’energia elettrica sono sufficientemente bassi da consentirne, in presenza  di tariffe che ne riconoscano il basso impatto ambientale, la diffusione nel mercato energetico. Le fonti rinnovabili: Eolico L’energia eolica utilizza l’energia cinetica del vento (fonte inesauribile ed ecologica) convertendola in energia meccanica (non richiede alcun tipo di combustibile) Essa può essere  utilizzata per il pompaggio, per usi industriali e per la generazione di energia elettrica.E’ una risorsa strategica per il futuro, una delle più apprezzate e maggiormente prese  in considerazioneL’eolico ha raggiunto un buon livello di maturità tecnologica ormai prossimo al pareggio con le fonti tradizionali, sia in termini di rendimenti che di costi. VOLTIMUM ITALIA  14 Una delle maggiori perplessità sulla installazione di centrali eoliche dipende dalle preoccupazione sull’impatto ambientale dei generatori eolici: • rilevante impatto visivo, occupazione del territorio, rumore, interferenze elettromagnetiche, effetti su flora e fauna; •non hanno alcun tipo di impatto radioattivo o chimico, non hanno emissioni nocive per l’uomo.  La parte del terreno non occupata dalle macchine può essere impiegata per altri scopi, come l’agricoltura e la pastorizia, senza alcuna controindicazione Le fonti rinnovabili: Eolico

8 VOLTIMUM ITALIA  15 La potenza degli aerogeneratori è la seguente:• macchine di piccola taglia (potenza 5-100 kW; diametro rotore 3-20 metri; altezza mozzo 10-20 metri); • macchine di media taglia (potenza 100-800 kW; diametro rotore 25-50 metri;• altezza mozzo 25-50 metri); • macchine di grande taglia (potenza 800-2500 kW; diametro rotore 55-70 metri;• altezza mozzo 60-80 metri). Sono efficenti sia con venti deboli e costanti, che con venti molto forti (intervallo della velocitàdel vento da 7 a 90 km/h La producibilità energetica è proporzionale al cubo della velocità del vento.Generano energia elettrica  tramite accoppiamento dell'aeromotore di un generatore a corrente continua oppure un generatore a corrente alternataLimite all’impiego : discontinuità della disponibilità di vento, disomogenea possibilità di sfruttamento nelle diverse aree geografiche e nelle diverse stagioni  Le fonti rinnovabili: Eolico VOLTIMUM ITALIA  16 Conviene invece in luoghi ventosi come i crinali appenninici, lungo le coste e in particolare in Sardegna. Le fonti rinnovabili: Eolico In Italia sono installati attualmente 700 MW grazie ad incentivi ed alle certificazioni verdi (obbligo dei produttori di immettere nella rete un quota del 2% da fonti rinnovabili per i nuovi impianti) I costi della produzione sono in diminuzioneIl costo per kW è pari a 4000 € Disomogenea possibilità di sfruttamento nelle diverse aree geografiche e nelle diverse stagioni (insolazione, vento ecc.). Nella  pianura  padana non è conveniente: alla stazione eolica di Ghedi (Bs) nel 70% dei giorni c’è assenza di vento.

9 VOLTIMUM ITALIA  17 Gli svantaggi invece sono riferibili ai costi d'impianto e di manutenzione (pi ù alti) e da difficoltà maggiori di collegamento  alla rete elettrica Le fonti rinnovabili: Eolico Gli impianti eolici possono poi classificarsi in base alla loro dislocazione sul territorio: impianti sulla terraferma ed impianti sul mare (off-shore).Gli off-shore sono impianti eolici costruiti e posizionati sul mare ad una distanza massima di 2 Km dalla costa (richiedono bassi fondali).  I vantaggi sono evidenti:• il vento è molto più uniforme e non risentedell'attrito terrestre; • non esistono problemi legati all'occupazione del territorio • ridotti vincoli di tipo paesaggistico per la maggioranza delle  coste.  VOLTIMUM ITALIA  18 Oltre ai grandi impianti, le cui potenzialità sono enormi, esiste poi la  possibilità della installazione di piccoli impianti, i cosiddetti “mini-wind”. Le fonti rinnovabili: Eolico Si possono alimentare soltanto certe utenze isolate (singolarmente o  abbinate ad altri sistemi (fotovoltaico, diesel).

10 VOLTIMUM ITALIA  19 Vantaggi: hanno un costo molto basso se non nullo Svantaggi: stagionalità e disseminazioni nel territorio (costo raccolta) Possiedono un potere calorifico pari circa ad un terzo di quello del petrolio. [Confronto con combustibili fossili dal punto di vista energetico : 1l di gasolio  ≈ 2,5kg di paglia 1m 3 metano  ≈ 3kg paglia 1m 3 GPL  ≈ 4kg  paglia] Le fonti rinnovabili: Energia da biomasse L’energia da biomasse è una forma di energia prodotta da materiali organici vegetali: legno, piante erbacee ed acquatiche, residui forestali, residui agricoli e industriali, rifiuti urbani. Esempi di biomasseFrasche, paglie, stocchi del mais, lolla di riso, ramaglie, potature di alberi da frutta, noccioli, gusci, vinacce, scarti agricoli, scarti di lavorazione delle olive, di produzione del legno, di coltivazioni erbacee, letame, residui dell'industria agro-alimentare. Ampia disponibilità in natura (pari al 15% dell'offerta energetica mondiale)Il loro sfruttamento, in sensibile aumento, permette di utilizzare materiali che sarebbero destinati alla distruzione.I processi di trasformazione prevedono la combustione, la gassificazione, carbonizzazione, la pirolisi (per produrre bio-olio), la fermentazione e la digestione anaerobica (per produrre gas), processi di conversione biochimica .  VOLTIMUM ITALIA  20 Un impiego diffuso delle biomasse comporta notevoli ricadute a livello economico, ambientale ed occupazionale, in quanto consegue: • la valorizzazione di residui agroindustriali• nuove opportunità di sviluppo per zone marginali e/o riduzione disurplus agricoli con sostituzione di colture tradizionali con colture energetiche • la possibilità di sviluppo di nuove iniziative industriali • un contributo nullo all'incremento del tasso di CO² in atmosfera  • l'autonomia energetica locale di aziende agricole o di lavorazioni del legno Sono reperibili in commercio per l’uso comune caldaie di piccola potenza sino a 30 kW (per singole abitazioni) e caldaie di media e grande potenza da 100 a 1000 kW per piccoli e medi complessi residenziali e artigianali, scuole, palestre.Accensione e alimentazione automatica ed un’autonomia per tutta la stagione se dotate di deposito di volumetria sufficiente Le fonti rinnovabili: Energia da biomasse

11 VOLTIMUM ITALIA  21 L'utilizzo di un cogeneratore alimentato dal biogas o dal metano ricavato, consente • la generazione di elettricità per esigenze locali o ceduta alla rete elettrica pubblica • la produzione di acqua calda da utilizzare sul posto o immettere in un sistema di condotte per servire utenze remote. Digestori a silos Le fonti rinnovabili: Biogas Il biogas è un gas naturale prodotto dalla decomposizione di rifiuti organici, sostanze vegetali, reflui dell’industria zootecnica; l’utilizzo  consente un recupero energetico. Il biogas deriva  dal processo di fermentazione anaerobica (in assenza di ossigeno) delle sostanze organiche presenti negli allevamenti zootecnici e dall’immondizia ammassata all'interno delle discariche.Moderne tecnologie ne consentono la produzione attraverso un processo di digestione accelerata dei rifiuti in celle chiuse (sistema anaerobico):i rifiuti organici e fanghi di depurazione vengono trasformati, senza emissione di odori, in un gas ricco di metano VOLTIMUM ITALIA  22 Il biogas da discarica La discarica è il tipico esempio di produttore di biogas: il caratteristico odore è frutto della produzione di "biogas“.Lo sfruttamento per la produzione di biogas consentirebbe, oltre ai benefici economici, minori volumi in discarica e minori costi di smaltimento.La realizzazione di un impianto di recupero con produzione di energia elettrica è economicamente fattibile in funzione della dimensione dell'invaso e del quantitativo stimato di biogas captabileI costi di produzione dell'energia elettrica sono elevati e la loro compatibilità economica non ètuttora affermata Il biogas da allevamenti zootecniciVantaggi: i reflui sono concentrati in un luogo preciso e sono prodotti di continuo, inoltre consente di depurare le acque di scarico riducendo il costo di smaltimento.Svantaggi: la produzione è abbastanza scarsa circa 1,2 m 3 di biogas all’anno  per kg di carne viva dell’allevamento.Sul fondo dei digestori si raccoglie una melma molto ricca di azoto e quindi utilizzabile come fertilizzante; sopra si raccoglie un gas con un 70% di metano e un 30% di anidride carbonica. La produzione è di 1 m 3 di gas al giorno per m 3 di  digestore.L’utilizzo del biogas è conveniente quando vi siano stalle  di grandi dimensioni (150-200 bovini) e in presenza di grosse porcilaie con circa 600-800 suini.  Le fonti rinnovabili: Biogas

12 VOLTIMUM ITALIA  23 E' un'energia pulita e rinnovabile; l'acqua non é sottratta all'ambiente (severi criteri di progettazione) e viene restituita a valle della centrale pulita ed ossigenata.I grossi impianti hanno un rilevante impatto ambientale e alterazioni sul clima Le fonti rinnovabili: Idroelettrico E’ stata la fonte rinnovabile più intensamente sfruttata in Italia.L'idroelettrico ha raggiunto valore molto elevato di utilizzo delle risorse. I grandi impianti idroelettrici sono infatti oramai quasi tutti realizzati ed i margini di un ulteriore sviluppo si possono avere nella realizzazione dei piccolo impianti (mini-hydro). L'acqua viene immessa in canali o condotte per la generazione dell'energia, meccanica ed elettrica. E' il lavoro meccanico dell'acqua che impone il movimento alla turbina che aziona il generatore. Mentre la forza motrice é rimasta immutata nel tempo, la tecnologia ha suggerito le soluzione alle diverse problematiche per cui per ogni salto d'acqua esiste la soluzione "ad hoc". VOLTIMUM ITALIA  24 MINI E MICRO CENTRALI IDROELETTRICHE Utilizzano convenientemente i piccoli salti d’acqua di  pianura o di montagna o la pressione degli acquedotti in  ambienti montani.  Si tratta di impianti caratterizzati da una lunghissima vita  utile, costi di esercizio minimi, ridottissimo impatto  ambientale  Sono la soluzione ideale per disporre di energia elettrica in  mancanza della rete elettrica pubblica Risolvono i problemi  di approvvigionamento energetico nei casi di case isolate,  rifugi alpini, alpeggi, missioni e villaggi Apportano un notevole contributo ecologico, evitando il  consumo di combustibili fossili e di idrocarburi,  responsabili in gran parte dell'inquinamento atmosferico e  dell'effetto serra.  Per conoscere la potenza resa da una Minicentrale  Idroelettrica è indispensabile conoscere i dati  fondamentali relativi al salto o dislivello realizzabile ed alla portata d'acqua disponibile Turbine Pelton Sono adatte per salti da 20m a 180m  e portate da 0,5 l/s a 100 l/s.  Le Turbine Banki o Flussi  Incrociati Sono adatte a salti da 7m a 60m e  portate da 20 l/s a 800 l/s..  Le fonti rinnovabili: Idroelettrico

13 VOLTIMUM ITALIA  25 E’ una macchina in grado di trasferire calore da un ambiente a temperatura più bassa ad un ambiente a temperatura più elevata. Tale apparecchiatura, tramite il fluido frigorigeno, preleva nel periodo invernale dall'ambiente esterno il calore naturale, fonte rinnovabile ed assolutamente gratuita. Il fluido frigorigeno viene compresso aumentando la sua temperatura cedendo calore all'ambiente da riscaldare.La reversibilità del sistema consente, nei periodi estivi, di utilizzare l'apparecchiatura per portare all'esterno il calore presente nelle abitazioni, raffreddando rapidamente gli ambienti.  Utilizzabile per refrigerazione congiuntamente al riscaldamento 1. Mediamente con 1 kWh di  energia elettrica si possono produrre 2  ÷ 6 kWh di energia  termica 2. La pompa di calore assicura: - Ventilazione e refrigerazione O - Riscaldamento La pompa di calore VOLTIMUM ITALIA  26 Espansione del fluido  tramite laminazione con  diminuzione di  temperatura e pressione Ritorno del fluido di  processo nelle condizioni  iniziali Condensazione del fluido  Cessione di calore da parte del fluido alla  sorgente calda  Compressione del fluido  con conseguente aumento  di temperatura e pressione Riqualificazione del  calore contenuto nel fluido  a fronte di una spesa di  lavoro Evaporazione del fluido Sottrazione di calore alla  sorgente fredda tramite un  fluido di processo FASI DEL CICLO OPERAZIONI SCHEMA DI FUNZIONAMENTO DELLA POMPA DI  CALORE Freddo Caldo La pompa di calore