§1. Il Sole e i pannelli solari
Per energia solare si intende l'energia, termica o elettrica, prodotta sfruttando direttamente l'energia irraggiata dal Sole verso la Terra. Per il suo sfruttamento occorrono prodotti in genere di costo elevato che rendono l'energia solare notevolmente costosa rispetto ad altre fonti di energia.
Tre sono le tecnologie principali per trasformare in energia elettrica in energia del Sole:
• il pannello solare
• il pannello solare a concentrazione
• il pannello fotovoltaico
Con il termine pannello solare si intendono sistemi differenti di trasformazione dell’energia solare:
• il pannello solare termico, che usa l'energia del Sole per riscaldare dell'acqua o altro fluido, generalmente per il riscaldamento dell'abitazione o per l'acqua calda.
• il pannello solare fotovoltaico, che usa celle solari per convertire l'energia del Sole (radiazione elettromagnetica) in elettricità grazie all'effetto fotovoltaico.
Nel pannello solare a concentrazione gli specchi concentrano la luce sulla torre su un opportuno ricevitore che convoglia il calore in un grande serbatoio di acqua, che consente la produzione di vapore e quindi di energia elettrica.
§2. L’energia eolica
L'energia eolica è il prodotto della conversione dell'energia cinetica del vento in altre forme di energia (elettrica o meccanica). Oggi viene per lo più convertita in energia elettrica tramite una centrale eolica, mentre in passato l'energia del vento veniva utilizzata immediatamente sul posto come energia motrice per applicazioni industriali e pre-industriali (come, ad esempio, nei mulini a vento). Prima tra tutte le energie rinnovabili per il rapporto costo/produzione, è stata la prima forma di energia rinnovabile scoperta dall'uomo dopo il fuoco.
La nuova potenza installata in Italia è stata di 1100 megawatt, per la Francia di 950 e per il Regno Unito di 836. Questi tre paesi si collocano rispettivamente al sesto, settimo e ottavo posto con una potenza cumulata di 4850 megawatt (Italia), 3400 megawatt (Francia) e 3200 megawatt (Regno Unito).
In Italia, l'energia eolica è pensata tenendo presente sia una produzione centralizzata in impianti da porre in luoghi alti e ventilati, sia un eventuale decentramento energetico, per il quale ogni Comune italiano ha impianti di piccola taglia, composti da un numero esiguo di pale (1-3 turbine da 3 o 4 megawatt) con le quali genera in loco l'energia consumata dai suoi abitanti. Il tempo di installazione di un impianto è molto breve; fatti i rilievi sul campo per misurare la velocità del vento e la potenza elettrica producibile, si tratta di trasportare le pale eoliche e fermarle nel terreno. Il tempo di progettazione e costruzione di altre centrali (idroelettriche, termoelettriche, ecc.) è superiore a 4 anni. Tuttavia, la mancanza di una legge quadro o di un testo unico sulle energie eoliche, diversamente dall'energia solare, è considerata una delle cause della lenta diffusione della tecnologia rispetto all'estero.
Approfondimento: impianti eolici in Italia
N° 1 in Abruzzo
N° 5 in Basilicata
N° 5 in Calabria
N° 6 in Campania
N° 2 in Emilia-Romagna
N° 4 in Puglia
N° 7 in Sardegna
N° 9 in Toscana
Al 2009 L’Enea conta 1114 megawatt di potenza installata, 6,7 terawattora di energia elettrica prodotta. Essi sono equivalenti ad oltre il 2,1% del consumo interno lordo e pari al consumo domestico di 7 milioni di italiani.
§3. L’acqua e l’energia idroelettrica
L’acqua è la principale risorsa presente sul nostro pianeta: senza di essa non ci sarebbe la vita. Per molti secoli non si è dato molto valore all’acqua poiché non se conosceva e si trascurava completamente la sua importanza. Si fanno infiniti usi della risorsa acqua: da essa si può anche ricavare energia.
L'energia idroelettrica è una fonte di energia pulita (non vi sono emissioni) e rinnovabile, tuttavia la costruzione di dighe e grandi bacini artificiali, con l'allagamento di vasti terreni, può provocare lo sconvolgimento dell'ecosistema della zona con enormi danni ambientali, come è successo con la grande diga di Assuan in Egitto.
La produzione di energia idroelettrica può avvenire anche attraverso lo sfruttamento del moto ondoso, delle maree e delle correnti marine. In questo caso si parla di energia mareomotrice.
L'energia idroelettrica è quel tipo di energia che sfrutta la trasformazione dell'energia potenziale gravitazionale (posseduta da masse d'acqua in quota) in energia cinetica nel superamento di un dislivello, la quale energia cinetica viene trasformata, grazie ad un alternatore accoppiato ad una turbina, in energia elettrica.
L'energia idroelettrica viene ricavata dal corso di fiumi e di laghi grazie alla creazione di dighe e di condotte forzate. Esistono vari tipi di diga: nelle centrali a salto si sfruttano grandi altezze di caduta disponibili nelle regioni montane. Nelle centrali ad acqua fluente si utilizzano invece grandi masse di acqua fluviale che superano piccoli dislivelli; per far questo però il fiume deve avere una portata considerevole e un regime costante. L'acqua di un lago o di un bacino artificiale viene convogliata, attraverso condutture forzate, a valle trasformando così la sua energia potenziale in energia di pressione e cinetica grazie al distributore e alla turbina. L'energia cinetica viene poi trasformata attraverso il generatore elettrico, grazie al fenomeno dell'induzione elettromagnetica, in energia elettrica.
Per permettere di immagazzinare energia e di averla a disposizione nel momento di maggiore richiesta, sono state messe a punto centrali idroelettriche di generazione e di pompaggio. Nelle centrali idroelettriche di pompaggio, l'acqua viene pompata nei serbatoi a monte sfruttando l'energia prodotta e non richiesta durante la notte cosicché di giorno, quando la richiesta di energia elettrica è maggiore, si può disporre di ulteriori masse d'acqua da cui produrre energia. Questi impianti permettono di immagazzinare energia nei momenti di disponibilità per utilizzarla nei momenti di bisogno.
§4. L’energia geotermica
L'interno della Terra presenta un costante incremento di temperatura con il progressivo aumento della profondità. Partendo cioè dalla superficie si ha uno strato di spessore variabile, ma non superiore ai 50 metri, che risente ancora dell'influenza del calore solare; al disotto la temperatura incomincia a crescere con un incremento medio di 30 ºC ogni 1.000 m. Questi valori sono riscontrabili nelle fasce cosiddette “fredde”, non vanno però estesi a tutto il sottosuolo e generalizzati. Esistono infatti delle fasce definite “calde”, anche molto estese, e particolarmente nel nostro paese, dove gli incrementi di temperatura con l'aumento della profondità possono essere ben maggiori, e raggiungere facilmente i 100 ºC/km; ciò accade quando sorgenti di calore, come plutoni granitici in via di raffreddamento, siano presenti a modesta profondità. In tal caso il sottosuolo diviene un enorme e inesauribile serbatoio caldo, in grado di fornire energia geotermica in grande quantità. Quindi l'energia geotermica viene ottenuta da acqua e gas ad alta temperatura e pressione fuoriuscenti da formazioni geologiche di magma a profondità notevole. Viene considerata una fonte rinnovabile perché non si nota alcuna diminuzione del potenziale dopo uno sfruttamento di molti decenni.
La geotermia ha il vantaggio di essere rinnovabile ma ha alcuni svantaggi: pochi luoghi sfruttabili, la necessità, per il suo sfruttamento, di enormi tubature che sconvolgono l’ambiente. Di solito la geotermia viene sfruttata attraverso i soffioni boraciferi (così chiamati perché contengono il borace).
Le risorse geotermiche possono essere suddivise in due settori distinti: quelle che servono per la produzione di vapore oppure di acque calde a temperature superiori a 130 ºC (fluidi ad alta entalpia) e quelle che sono costituite da acque calde a temperature comprese fra 130 ºC e 65 ºC (fluidi a bassa entalpia) che possono essere utilizzate per riscaldamento.
A seconda delle caratteristiche del calore geotermico, del mezzo in cui tale calore è immagazzinato e delle tecniche possibili di estrazione di tale calore, si distinguono quattro tipi di giacimenti geotermici:
1. I giacimenti idrotermici a dominante vapore: sono i più adatti per la produzione di energia elettrica ma sono anche i più rari. Sono noti sei campi di questo tipo: due in Italia (Larderello 400 MW; monte Amiata 22 MW), due negli USA (Geyers 670 MW e Nuovo Messico) e due in Giappone (22 MW).
2. I giacimenti idrotermici a dominante liquido: sono più frequenti dei precedenti e possono essere a loro volta "a alta entalpia" o "a bassa entalpia". I primi si hanno quando dell'acqua fluisce in una cavità con elevata permeabilità, trasferendovi il calore ricevuto da una soprastante sorgente di calore formato da intrusione magnetica. In tal caso possono essere ottenute temperature di 300 ºC alla profondità di 2.000 m. I giacimenti a bassa entalpia (temperatura inferiore ai 100 °C) sono utilizzabili per usi termici come il riscaldamento.
3. Giacimenti petrotermici: condizione necessaria per lo sfruttamento del calore geotermico su larga scala è quella di utilizzare il calore dei complessi di rocce secche e impermeabili.
4. I giacimenti geopressurizzati: si trovano negli strati sedimentari dove si è formata una saldatura efficace di rocce scistose. In tali condizioni, l'acqua è condotta dal materiale scistoso verso le masse sabbiose adiacenti, subendo una compressione superiore alla pressione idrostatica.
Gli impianti geotermoelettrici hanno un'efficienza più bassa di quella teorica (che è del 10% per una temperatura della sorgente di 100 ºC e del 30% per una temperatura di 350 ºC). Il consumo di vapore dipende dalla pressione e dalla temperatura del vapore geotermico oltre che dal tipo di turbogeneratore usato.
L'Italia è il primo paese al mondo che ha pensato di sfruttare l'energia geotermica per produrre elettricità, mettendo in produzione vapore endogeno a Larderello sin dal lontano 1905. La produzione italiana (Larderello) è di circa 3,5 TWh/anno prodotti da una potenza installata di 630 MW. Gli Stati Uniti hanno il primato mondiale in questo campo con 2.800 MW installati in California, Oregon, Idaho. Esistono centrali geotermiche anche in Islanda, Messico, Giappone, Filippine, Nuova Zelanda, El Salvador, Turchia. La potenza installata nel mondo è di circa 9.000 MW.
Bibliografia
- http://solare.energiadomani.info/images/sole.jpg
- http://it.wikipedia.org/wiki/Pannello_solare
- http://it.wikipedia.org/wiki/File:Solar_Two_2003.jpg
- http://it.wikipedia.org/wiki/File:ThermodynamicVSPhotovoltaicpanels.jpg
- http://it.wikipedia.org/wiki/Energia_eolica
- http://it.wikipedia.org/wiki/Energia_eolica#Impianti_eolici_in_Italia
- http://it.wikipedia.org/wiki/File:Centrale_Eolica_Frigento.jpg
- http://it.wikipedia.org/wiki/Energia_idroelettrica
- http://it.wikipedia.org/wiki/File:Turbina_idroelettrica.jpg
- http://www.icsbaunei.nu.it/scienze%20ipertesto/images/Formazione_Energia_Geotermica.JPG
- http://scuolaworld.provincia.padova.it/roncalli/ipertesti/
- http://static.panoramio.com/photos/original/21639634.jpg
Ricerca svolta da L. Babbi, S. Leardini, L. Maggipinto, L. Mosconi, L. Pagliarani - Classe 2°E
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