Energie

Introduzione

Fino agli anni settanta le uniche fonti energetiche sfruttate a pieno erano quelle non rinnovabili (per esempio: carbone, petrolio e altri idrocarburi) per il basso costo, per l'alta resa e per la facilità d'impiego, rispetto a quelle rinnovabili che potevano essere sfruttate solo in alcuni luoghi, spesso distanti dai punti reali di utilizzo. Poi a seguito della crisi petrolifera si cercò di svilupparle, abbassandone i costi, aumentandone la resa e la versatilità d'impiego. Ora queste tecnologie sono ad un buon livello di resa, però i costi ancora alti ne rallentano l'impiego, nonostante alcuni governi diano degli incentivi a chi le sviluppa e a chi le impiega ( pannelli fotovoltaici e pannelli solari).

Le fonti rinnovabili sono:

Acqua: energia idroelettrica e degli oceani

Atomi: energia nucleare

Sole: energia solare

Terra: energia geotermica

Vento: energia eolica

Energia Idroelettrica

L'energia idroelettrica, è stata sfruttata fin dall'antichità, non per produrre energia elettrica, ma per muovere macine o telai. Il funzionamento delle moderne centrali idroelettriche, non è molto diverso dal sistema usato in tempi passati, oggi si mette in pratica molto più in grande. Nelle centrali, vi è un bacino di raccolta, dal quale l'acqua, viene fatta scendere a valle in condotte forzate, di diametro sempre minore, e viene utilizzata per muovere le turbine collegate ad alternatori. Un altro tipo di centrale è formata da due serbatoi, uno a monte e l'altro a valle , in cui quando serve molta energia, l'acqua cade dal serbatoio a monte da quello a valle, mentre di notte l'acqua viene pompata da quello a valle, a quello a monte.

Energia dagli oceani

Gli oceani consentono di essere sfruttati in vari modi: sia per le maree, sia per le correnti. L'energia delle maree, sfrutta il divario tra le maree, per produrre elettricità. Le caratteristiche per piazzare un tale impianto sono: un bacino in cui intrappolare la marea abbastanza ampio e profondo e con un'imboccatura stretta, un divario di circa 4/5 metri tra le due maree e un retroterra che giustifichi l'investimento. Quando la marea sale l'acqua è costretta a passare all'interno dello sbarramento, dove muove le turbine a bulbo che producono energia; quando la marea ha raggiunto il massimo le turbine funzionano da pompe, facendo entrare acqua nel bacino, per poter riempirlo (in questa fase si consuma il 5% dell'energia prodotta). In seguito la marea scende creando un nuovo dislivello che aziona le turbine; infine viene pompata fuori l'acqua per ricreare il dislivello necessario, in attesa dell'alta marea. Per sfruttare le correnti marine, vi è un progetto ancora in fase sperimentale che consisterebbe nell'installare una serie di turbogeneratori, ancorati al fondo, al centro della corrente del golfo, che lambisce le coste della Florida: il flusso costante della corrente consentirebbe di rifornire i centri turistici della costa

Energia nucleare

L'energia nucleare per le sue caratteristiche non è una fonte energetica rinnovabile perché avviene una combustione; però la grande quantità di uranio disponibile e l'inquinamento quasi nullo, in caso di un corretto trattamento delle scorie, la pongono in questa categoria. In una centrale nucleare, viene trasformata l'energia di legame tra i nucleoni di alcuni elementi chimici pesanti in energia termica, che viene convertita in energia meccanica e mediante alternatori in energia elettrica. La reazione di fissione nucleare avviene nel nocciolo, oltre ad essere circondato da schermi protettivi, è circondato da apparecchiature di controllo e di raffreddamento. L'energia termica prodotta dal nocciolo viene catturata da un circuito chiuso d'acqua che attraverso scambiatori di calore riscalda altra acqua che viene trasformata in vapore e utilizzata per muovere le turbine.

Energia solare

Solare fotovoltaico

Il fotovoltaico è una tecnologia che consente di trasformare direttamente la luce solare in energia elettrica, sfruttando il cosiddetto effetto fotovoltaico. Questo effetto si basa sulla proprietà che hanno alcuni materiali semiconduttori opportunamente trattati (fra cui il silicio, elemento molto diffuso in natura), di generare direttamente energia elettrica quando vengono colpiti dalla radiazione solare, senza l'uso di alcun combustibile. Il dispositivo più elementare capace di operare tale conversione è la cella fotovoltaica che è in grado di produrre circa 1/1,5 Watt di potenza quando è investita da una radiazione di 1000 W/m² (condizioni standard di irraggiamento). Molte celle assemblate e collegate tra di loro in una unica struttura formano il modulo fotovoltaico. Un modulo fotovoltaico tipo è costituito da 36 celle, ha una superficie di circa mezzo metro quadrato ed eroga, in condizioni ottimali tra 40 e 50 W. Un insieme di moduli, connessi elettricamente tra loro, formano il campo fotovoltaico che, insieme ad altri componenti meccanici, elettrici ed elettronici, consente di realizzare i sistemi fotovoltaici. Il sistema fotovoltaico, nel suo insieme, capta e trasforma la radiazione solare incidente e la rende disponibile per l'utenza sotto forma di energia elettrica. Nonostante la maturazione della tecnologia sia testimoniata dalla diminuzione dei costi dei moduli FV di circa 10 volte in 20 anni e da un aumento dei rendimenti, il prezzo attuale dei moduli è di 4-5 dollari per Watt di picco e il costo del chilowattora prodotto intorno a 0,15 dollari, sono ancora troppo elevati per consentirne la competitività commerciale. Il loro rendimento (dal 10 al 13%) ha consentito comunque la diffusione del fotovoltaico - inizialmente impiegato solo per applicazioni spaziali e in piccoli calcolatori, orologi e gadget - nelle telecomunicazioni, nella segnaletica terrestre e marittima, nell'alimentazione elettrica di utenze isolate e di reti in isole minori. Il fotovoltaico risolve efficacemente i problemi di elettrificazione rurale nei paesi in via di sviluppo. Il grande sviluppo del fotovoltaico dovrà tuttavia concretizzarsi nei paesi più industrializzati attraverso la sua integrazione negli edifici (tetti e facciate fotovoltaiche), con relativa immissione dell'energia elettrica prodotta in rete. La capacità mondiale di produzione di celle fotovoltaiche alla fine del 1997 è stata di circa 125 MW di potenza (in Europa circa 30 MWp) con una crescita del 43% rispetto all'anno precedente. Si prevede che tale valore sarà più che raddoppiato per l'anno 2000. In Italia si produce circa 2 MWp/anno di fotovoltaico e la potenza installata è di circa 16 MW.

Solare termico

Le tecnologie per utilizzare l'energia solare per produrre calore sono di tre tipi: a bassa, media ed alta temperatura. Le tecnologie a bassa temperatura comprendono i sistemi che usano un pannello solare per riscaldare un liquido o l'aria, con lo scopo di trasferire il calore solare per produrre acqua calda o riscaldare gli edifici. Il rendimento dei pannelli solari è aumentato del 30 % nell'ultimo decennio, rendendo varie applicazioni nell'edilizia, nel terziario e nell'agricoltura commercialmente mature e competitive. Nel mondo sono installati oltre 30 milioni di metri quadri di pannelli solari di cui 3 milioni nell'Unione europea. In Italia l'applicazione dei pannelli solari per scaldare l'acqua è poco diffusa. Nel 1994 sono stati installati circa 10.000 m² contro i 98.000 m² installati in Austria. Le tecnologie a media e alta temperatura sono relative a sistemi a concentrazione parabolici lineari o puntuali. I concentratori parabolici lineari sono utilizzati in un impianto di oltre 350 MW costruito in California. Impianti con collettori parabolici puntuali o a disco sono stati sviluppati in Germania, Stati Uniti, Israele e Australia. I recenti sviluppi tecnologici fanno prevedere un rilancio applicativo di questa tecnologia sia per la generazione di energia elettrica sia per la produzione di calore di processo per l'industria chimica. In Italia, l'esperienza di maggior rilievo nel solare termico a media temperatura è stata realizzata agli inizi degli anni ottanta con la costruzione della più grande centrale solare del mondo ad Adrano in provincia di Catania. L'impianto, chiamato Eurelios, era costituito da una torre centrale alla sommità della quale era posta la caldaia riscaldata dalla radiazione riflessa da un campo di specchi. La centrale aveva la potenza di 1 MW.

Nella tabella è riportato il costo di vari impianti a pannelli solari per uso domestico:

Nella tabella sono indicati i risparmi e le riduzioni di emissioni di un impianto di 4m² di pannelli solari termici, per il consumo di una famiglia tipo di 4 persone, abitante in una località dell'Italia centrale (insolazione 4,6 kWh/m²)

Energia Geotermica

L'energia geotermica consente di sfruttare il calore prodotto dalla terra per produrre energia elettrica. La possibilità di impiantare centrali geotermiche è strettamente collegata alla situazione geologica del pianeta ed è quindi limitata a quelle aree in cui il calore si manifesta a profondità non eccessive e quindi accessibili a costi moderati. Nei tipi più vecchi di centrali geotermiche vennero impiegate le turbine a vapore indiretto: il vapore in uscita dal pozzo veniva usato per riscaldare acqua naturale attraverso uno scambiatore di calore; con questo sistema si evitava il rischio di deterioramento per corrosione ma si perdeva parte del calore fornito dal pozzo. Oggi questo tipo di impianto è pressoché abbandonato. Attualmente si ricorre all'uso di turbine collegate al pozzo e ai vapori provenienti dal sottosuolo. In questi casi la temperatura raggiunge i 250°, con produzione di energia a buon rendimento. Per limitare il più possibile gli effetti corrosivi e di deposito si sono trovate varie soluzioni: nel caso di vapori geotermici contenenti alte percentuali di sostanze corrosive, quali i composti del cloro, si procede al lavaggio del vapore con soluzioni chimiche appropriate.

Altro sistema adottato è quello detto a vapore da flash di acque calde geotermiche, che, rispetto al tipo precedente, presenta alcuni vantaggi quali minori rischi di corrosione, ma anche svantaggi quali turbine più complesse e perdite di pressione.

Energia eolica

I generatori eolici o aerogeneratori convertono direttamente l'energia cinetica del vento in energia meccanica, che può essere quindi utilizzata per il pompaggio, per usi industriali e soprattutto per la generazione di energia elettrica. La tecnologia per lo sfruttamento dell'energia dal vento è tra quelle che hanno ormai raggiunto la maturità commerciale. Alla fine del 1997, nel mondo erano installati oltre 7.000 MW di potenza (4.400 in Europa) e le prospettive per i prossimi anni sono molto interessanti: si prevede una crescita del mercato di 11.500 MW aggiuntivi entro il 2002 (un giro di affari di oltre 20.000 miliardi di lire), la metà dei quali sono previsti nel nostro continente. A livello mondiale l'industria eolica sta crescendo con un tasso annuale del 25%. In Italia, la crescita è stata più lenta che nel resto d'Europa, ma oggi possiamo contare circa 100 MW installati (alla fine del '95 erano solo 22). Le previsioni di investimento nel settore sono tuttavia considerevoli; esistono, infatti, progetti di centrali eoliche per 720 MW, che potranno usufruire delle tariffe incentivate previste dal CIP 6/92.