le fonti energetiche rinnovabili

I.T.I.S. “G. Marconi”
Nocera Inferiore (SA)
Classi 4C - 5C – 5B
Stage sulle fonti rinnovabili
9-19 Dicembre 2003
23-27 Febbraio 2004
1
Energia Alternativa
L'attuale concezione comune d'energia si limita alle fonti
classiche utilizzate negli ultimi 80 anni. L'abitudine di
premere un bottone, di accendere un fornello senza
chiedersi cosa renda questo possibile ha allontanato
l'uomo dalla comprensione del bisogno.
Il sistema si "nutre" con poche forme d'energia, la più
importante è il petrolio seguito dall'energia nucleare, che
attualmente non viene sfruttata in Italia.
L'esaurimento di queste fonti d'energia naturale non
rinnovabili a breve, il continuo aumento del consumo, lo
spreco, il pericolo nella gestione dell'energia atomica e la
difficoltà nello smaltirne i derivati ci inducono a guardare
con interesse alle fonti d'energia alternativa.
2
Inoltre l’Italia, aderendo al protocollo di Kyoto, si è
impegnata a ridurre entro il 2010 le emissioni di CO2 in
atmosfera, progettando nuovi impianti per la
produzione di energia elettrica da fonti alternative
(Per ogni KWh prodotto da fonte rinnovabile non si
immette in atmosfera circa 1 kg di CO2).
L’energia alternativa si basa su fonti di energia naturale
rinnovabile a breve che anche se possono risultare più
scomode e un po' più onerose di quelle tradizionali
presentano vantaggi, sia nei confronti dell’ecosistema e
dell’ambiente che nei confronti del sistema economico
del nostro paese, in quanto contribuiscono, anche se in
minima parte, a ridurre la dipendenza dai paesi stranieri
per l’acquisto di combustibile per la produzione di
energia elettrica con i sistemi convenzionali.
3
Le possibili fonti alternative come acqua, vento, sole, terra,
biomasse, biogas, se disponibili con la giusta
caratterizzazione, sono utilizzabili per generare energia
elettrica.
L’ Enel e le sue società satellite pongono tra i loro obiettivi
principali lo sfruttamento di tali fonti per la produzione
dell’energia elettrica e l’individuazione di nuovi siti per la
creazione di nuove centrali :
• Idroelettriche
• Eoliche
• Fotovoltaiche
• Geotermoelettriche
• Elettriche da biogas o
da biomasse
4
5
Energia Idroelettrica
Che cos’è un impianto idroelettrico?
È un impianto che produce energia elettrica sfruttando
l’energia potenziale di masse d’acqua in movimento.
I parametri fondamentali, di cui tener conto, per la
produzione di energia elettrica sono:
• Portata della massa d’acqua da sfruttare (Q in m3/s)
• Altezza o salto motore (H in m)
In base a questi due valori è possibile calcolare la
potenza in KW di un impianto di produzione:
P=8xQxH
Dove 8 è un fattore che tiene conto
del rendimento e della capacità
della turbina a convertire energia
idraulica in meccanica
6
Centrali Idroelettriche
Trasformano l’energia potenziale di una quantità d’acqua (Q)
accumulata in un bacino naturale o artificiale, posto ad una certa
altezza (H) dall’ impianto di produzione in energia elettrica.
Linea di Trasmissione
Diga
Bacino Superiore
Trasformatore
Condotta
Forzata
Generatore
Bacino Inferiore
Turbina
7
Perché utilizzare un impianto
idroelettrico?
Perché presenta molteplici vantaggi, tra i quali :
1. Produzione di energia elettrica utilizzando una fonte
di energia pulita
2. Nessuna emissione di sostanze inquinanti
nell’ecosistema
3. Nessuna emissione di anidride carbonica (CO2)
nell’atmosfera
4. Indipendenza dalle fonti energetiche estere
8
Classificazione degli impianti
In base alla potenza installata, si dividono in:
•
Impianto idroelettrico con potenza superiore ai 10
Mw (dalle quali deriva un notevole impatto
ambientale);
•
Impianto mini-idroelettrico con potenza installata
minore di 10 Mw (impatto ambientale notevolmente
ridotto).
In base alla tipologia impiantistica:
1. Impianti ad acqua fluente
2. Impianti inseriti in un canale
3. Impianti a deflusso regolato
4. Impianti di accumulazione mediante pompaggio
9
Classificazione degli impianti
Gli Impianti ad acqua fluente non dispongono di alcuna
capacità di regolazione degli afflussi, quindi la portata sfruttata
corrisponde a quella del corso d'acqua sfruttato. Di conseguenza
la produzione dipende dalla disponibilità del corso d'acqua; se la
sua portata raggiunge il livello minimo consentito cessa la
produzione di energia elettrica;
Gli Impianti inseriti in un canale o in una condotta per
approvigionamento idrico sono impianti che recuperano
l'energia, che altrimenti verrebbe dissipata, all'estremo più
basso della tubazione per l'approvigionamento dell’acqua
potabile nelle città. Si ha così un recupero energetico, che può
essere effettuato anche in altri tipi di impianti: sistemi di canali
di bonifica, circuiti di raffreddamento di condensatori, sistemi
idrici vari (sono impianti di piccola potenza).
10
Classificazione degli impianti
Gli Impianti a deflusso regolato (a bacino) sono provvisti di
una centrale ai piedi di una diga che contiene il bacino;
Le portate utilizzate dalla centrale dipendono dalla capacità
di invaso che ha il corso d'acqua che alimenta il bacino.
Gli impianti di accumulazione mediante pompaggio sono
impianti a doppio bacino che ricavano la disponibilità di acqua
nel bacino superiore mediante sollevamento con pompe dal
bacino inferiore. Questo tipo di impianto si usa dove la
disponibilità naturale di acqua è scarsa. I due bacini sono
collegati da condotte forzate nelle quali, nelle ore di maggior
richiesta, circola acqua usata per la produzione di energia
elettrica; mentre nelle ore di minor richiesta la stessa viene
risollevata dal serbatoio inferiore mediante pompe.
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Componenti di un impianto
idroelettrico
1. Turbine
2. Moltiplicatori di velocità
3. Pompe (Solo negli impianti di accumulazione per pompaggio)
4. Generatori
5. Quadri di controllo e di potenza
6. Quadri d’automazione
7. Trasformatore
8. Organi di scarico
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Turbina
• La turbina trasforma l’energia cinetica e
potenziale dell’acqua in energia meccanica
Classificazione :
1. pelton
4. francis
2. turgo
5. kaplan e ad elica
3. cross-flow
6. turbine a bulbo
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I criteri di scelta della turbina tengono conto dei
seguenti parametri :
1.salto e portata dell’acqua da turbinare (H;Q)
2.velocità di rotazione
3.problemi di cavitazione
4.costo
In funzione alla portata e al salto, del corso d’acqua,
esistono dei grafici e delle tabelle che permettono la
scelta esatta della turbina.
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MOLTIPLICATORE DI VELOCITA’
Viene utilizzato con turbine di piccola potenza per
raggiungere la velocità standard degli alternatori (7501500 rpm)
POMPE (nelle centrali di accumulazione per pompaggio)
Le pompe trasformano l’energia cinetica, che mette in
rotazione la turbina, in energia potenziale idraulica,
portando l’acqua ad un livello superiore a quello di
alimentazione
GENERATORI
Asincrono
Sincrono
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Generatori
I generatori trasformano l’energia meccanica di rotazione, della
turbina, in energia elettrica.
In base alle potenze da fornire si usano :
1. Generatori sincroni (Alternatori)
(Generano energia ad una tensione, frequenza ed angolo di fase
costante grazie ad un apparato di eccitazione associato ad un
regolatore di tensione. Si utilizzano per la produzione di grosse
potenze, >3 MW. Generano tensione anche a vuoto e vengono
accoppiati alla rete quando i parametri di tensione e frequenza
sono uguali a quelli della stessa rete);
2. Generatori asincroni
(Sono semplici motori ad induzione, senza possibilità di regolazione
della tensione. Si usano per la produzione di piccole potenze e
devono essere necessariamente collegati alla rete nella quale la
loro potenza rappresenta una percentuale trascurabile del carico di
16
sistema).
QUADRI DI CONTROLLO E DI POTENZA
Sono dei dispositivi inseriti tra il generatore e la linea.
Essi controllano il funzionamento della macchina, la
proteggono, la mettono in parallelo con la rete o la
staccano in caso di guasto. Il controllo viene realizzato
mediante la misurazione :
1. di tensione
2. dell’intensità della corrente
3. della frequenza
4. dell’energia prodotta dal generatore
5. del fattore di potenza
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QUADRI D’AUTOMAZIONE
I quadri di automazione sono dei sistemi automatici di
controllo; permettono il funzionamento della centrale
senza personale; forniscono, ai posti di teleconduzione,
le informazioni relative allo stato di funzionamento di
ogni singola apparecchiatura presente nelle centrali e
nelle stazioni di trasformazione.
STAZIONE DI TRASFORMAZIONE
La stazione di trasformazione eleva la tensione in
uscita dall’alternatore portandola a valori di media
tensione MT, o alta tensione AT per permetterne la
trasmissione.
18
Centrale di Suio
La centrale di Suio è una centrale di tipo ad acqua fluente ubicata lungo una
deviazione artificiale del fiume Liri. La sua potenza installata è di 15 MW (3
gruppi da 5 MW), di cui se ne producono circa 9 MW.
I Componenti della centrale
Paratia (per la
Albero di
trasmissione
regolazione della portata
di acqua)
Canale di afflusso
Turbina (Kaplan) ad
albero verticale
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Canale di deflusso
Generatore sincrono (potenza
nominale di 5 MW)
(che si getta nel
fiume Liri)
Trasformatore
6600/60000
Regolatore
idraulico
Sottostazione di
trasformazione
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Funzionamento
L’ acqua, tramite il canale di afflusso, passa attraverso la paratia e dopo
un salto motore (H) di 12m attraversa un distributore, che ne regola la
portata, e va ad investire la turbina (kaplan) posizionata in modo
verticale.
Grazie ad un sistema idraulico chiamato Regolatore, che regola
l’inclinazione delle pale della turbina, è possibile, al variare della portata
d’acqua (Q) in ingresso, mantenere una velocità costante (velocità di
sincronismo dell’alternatore utilizzato).
L’acqua in uscita dalla turbina tramite un sistema di scarico viene
immessa nel canale di deflusso che a sua volta si ricongiunge con il fiume.
In caso di grosse piene del fiume si ha una mancanza di salto motore, di
conseguenza la turbina va in uno stato di fermo ( si dice “turbina
affogata”).
Nel caso opposto quando ci sono delle secche la centrale viene messa fuori
servizio perché l’acqua non è sufficiente per alimentare le turbine.
21
Centrale di Ceprano
La centrale di Ceprano è una
centrale di tipo a deflusso
regolato, con due serbatoi posti
alla stessa quota (128 m) e
collegati tra di loro da una galleria
di 4 Km. Sul primo serbatoio c’è la
diga di S.Eleuterio la quale
presenta tre paratie con una luce
di 6 metri. Come opera di
sbarramento del secondo bacino
c’è la diga di Collemezzo dalla
quale parte una condotta forzata
in galleria lunga 1410 m che
raggiunge una quota si 77 m dove
è posto il collettore che va ai
gruppi di produzione ( salto
motore 51 m).
22
L’impianto di produzione è costituito da :
• 2 gruppi (di cui 1 è fuori esercizio) sono costituiti da turbine Francis
orizzontali e un alternatore da 7 MW.
• 1 gruppo è costituito da turbina Francis verticale e un alternatore da 5 MW
Ogni gruppo ha un regolatore che mediante l’apertura o chiusura delle pale
direttrici immette sulla girante della turbina una certa quantità Q di acqua in
modo da ottenere una velocità costante ed un rendimento alto. L’acqua in
uscita dalla turbina attraverso gli organi di scarico viene immessa in una
piccola vasca di raccolta che a sua volta alimenta il fiume Liri.
Gruppo da 7 MW (ad
asse orizzontale)
Gruppo da 5 MW (ad
asse verticale)
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Particolare
del sistema di
regolazione
della portata
Turbine Francis orizzontali
Regolatore
Condotte forzate
Scarico e vasca di raccolta
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SITUAZIONE ATTUALE E SVILUPPI
Rispetto alle altre fonti rinnovabili, l’energia idroelettrica
ha sfruttato al massimo l’utilizzo delle risorse.
Attualmente gli impianti di produzione, circa 1965 (dato
GRTN 31-12-2000) in Italia, soddisfano circa il 20% del
fabbisogno nazionale giornaliero.
Per il futuro, si punta sul mini-idrico con piccoli impianti per
le utenze isolate, sfruttando così le risorse idriche nelle loro
vicinanze.
In Italia gli impianti mini-idrici producevano, in termini di
potenza, nel 2000 complessivamente l’8,6 % del fabbisogno
nazionale, si prevede uno sviluppo per l’anno 2007 della
produzione da mini-idrico fino al 9,8 %.
25
26
Energia Eolica
Che cos’è l’energia eolica ?
È una fonte primaria rinnovabile che letteralmente
indica l’energia cinetica posseduta dai venti.
Come viene utilizzata ?
Viene utilizzata per la produzione di energia elettrica o
meccanica mediante appositi impianti (centrali eoliche).
27
Centrali Eoliche
Trasformano l’energia cinetica del vento in energia
meccanica, tramite il movimento delle pale ancorate al
rotore di un aereogeneratore, in energia elettrica,
generata da un alternatore mantenuto in rotazione dal
rotore.
28
I componenti dell’impianto eolico
sono:
• Rotore
(capta l’energia del vento e la trasforma in
energia meccanica dando rotazione al
generatore);
• Generatore
(trasforma l’energia meccanica in energia
elettrica).
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I componenti
dell’aereogeneratore
Pale
Generatore
Principale
Mozzo
Albero
veloce
Generatore
secondario
Rotore
Moltiplicatore
di giri
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Impianto eolico di Campolieto
Il campo eolico di Campolieto
(Potenza installata si circa 5 MW)
è composto da 7 aereogeneratori
con potenza nominale di 850 KW.
Oltre ai componenti tradizionali
di un aereogeneratore 3 di questi
sono dotati di un sistema di
controllo della posizione delle
pale in base alla velocità del
vento, al fine di ottenere una
velocità dell’albero di
trasmissione più o meno
costante.
Inoltre questo sistema protegge
l’aereogeneratore bloccandolo
quando la velocità del vento
supera un livello prestabilito
31
Le dimensioni delle macchine
• Macchine di piccola taglia
( Potenza 5-50 Kw; diametro rotore 3-15 metri;
altezza mozzo 10-15 metri)
• Macchine di media taglia
( Potenza fino a 750-800 Kw; diametro rotore fino a
50 metri; altezza mozzo 20-25 metri)
• Macchine di grande taglia
( Potenza fino a 1000-2500 Kw; diametro rotore 5570 metri; altezza mozzo 60-100 metri)
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Vantaggi
• Produzione di energia da fonte rinnovabile
• Nessuna emissione di gas inquinanti
• Risparmio sulla bolletta
Svantaggi
• Impatto paesaggistico
• Produzione non continua (circa 2000 h equivalenti su
un totale di 8760 h annue)
33
Capacità Produttiva
• Attualmente in Italia si producono circa 700 Mw
corrispondenti allo 0.5 % del fabbisogno elettrico
nazionale collocando l’Italia al 6° posto in Europa.
Numeri Impianti installati
• Circa 60 di varie potenze, di cui circa 20 di proprietà
dell’ENEL.
• L’ENEL attualmente ha in progetto altri 95 impianti
da distribuire sul territorio nazionale.
34
35
Energia Fotovoltaica
Che cos’è l’energia fotovoltaica ?
La tecnologia fotovoltaica consente di
trasformare direttamente le radiazioni solari in
energia elettrica.
Come viene utilizzata ?
Viene utilizzata per la produzione di energia
elettrica o per il riscaldamento dell’acqua .
36
Centrali Fotovoltaiche
Trasformano direttamente
la luce solare in energia
elettrica, sfruttando un
fenomeno fisico, noto come
effetto fotovoltaico basato
sulle proprietà di alcuni
materiali semiconduttori in
grado di generare
elettricità se colpiti da
radiazioni solari.
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I componenti dell’impianto
fotovoltaico
• Celle fotovoltaiche
(organizzate in grossi pannelli opportunamente
collegati tra di loro costituiscono il generatore FV)
• Sistema di accumulo
(in genere costituito da batterie e relativo
apparecchio di controllo e regolazione della carica)
• Inverter
( provvede alla conversione da CC a AC)
38
La Cella FV
Una cella fotovoltaica e'
sostanzialmente un diodo di
grande superficie.
Esposta alla radiazione solare
converte la stessa in elettricità.
Si comporta come una minuscola
batteria, producendo, nelle
condizioni di soleggiamento
tipiche italiane, una corrente di
circa 3 A (Ampere) con una
tensione di circa 0.6 V (Volt),
quindi una potenza intorno a 1.5
W (Watt).
39
Composizione di una cella FV
I due principali tipi di celle fotovoltaiche, disponibili in
commercio,si differenziano in base alla tecnologia
costruttiva:
• celle al silicio cristallino
• celle a film sottile.
Le prime sono ottenute attraverso il taglio di un lingotto di
un singolo cristallo (monocristallino) o di più cristalli
(policristallino) di silicio.
Le seconde sono costituite da uno strato di silicio amorfo
(o di altri materiali sensibili all'effetto fotoelettrico) posto
su un supporto sottile di lastra di vetro o metallo.
40
Sistema di accumulo
Il sistema di accumulo e costituito da batterie che
immagazzinano l’energia prodotta dai moduli fotovoltaici
al fine di renderla disponibile quando non c’è sufficiente
illuminazione.
E’ l’elemento più critico di tutto il sistema, l’unico che
esige manutenzione.
Requisiti principali:
- costante disponibilità ad assorbire ed erogare energia elettrica
- erogazione di corrente sufficientemente grande
- lunga durata di vita nel funzionamento
- esercizio con poca manutenzione
- costi bassi
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BOS (Balance of System)
BOS è Il complesso di dispositivi
necessari per trasformare ed
adattare la corrente continua,
prodotta dai moduli alle
esigenze dell'utenza finale
alimentate in corrente
alternata.
Inverter
Di esso fanno parte componenti
come: l'inverter, il
trasformatore, i quadri elettrici
e i sistemi ausiliari di centrale.
42
Struttura del campo FV di Serre
• 9 Sottocampi fissi, 1 ad inseguimento del sole;
• Ogni sottocampo è costituito da un certo numero di stringhe
collegate in parallelo tra loro;
• Ogni stringa genera ad una tensione di 420 V (c.c.) a vuoto ed è
composta da 20 pannelli, collegati in serie tra loro;
• Un pannello genera ad una tensione di 21 V (c.c.) a vuoto ed è
composto da 36 celle fotovoltaiche opportunamente collegate tra di
loro.
43
Nel caso in cui avviene un corto circuito su un pannello
interviene un dispositivo a diodo che permette il by-pass
dello stesso e garantendo la continuità di esercizio. Se i
pannelli guasti sono più di due viene messo fuori servizio
il sottocampo in questione per la manutenzione.
Nella centrale di serre non esiste sistema di accumulo in
quanto ogni singolo sottocampo e collegato al proprio
BOS, che converte e innalza la tensione prodotta dai
pannelli fotovoltaici (420 V c.c.) in una tensione di 20
KV (c.a.).
Quindi i dieci sottocampi sono collegati tra loro tramite
un anello a 20 KV che a sua volta è collegato alla
stazione si trasformazione MT/AT.
44
Vantaggi del sistema fotovoltaico
• Produzione di energia elettrica sfruttando un fonte
di energia pulita
• Ridotta manutenzione
• Produzione di energia elettrica dove serve
• Semplicità di utilizzo
• Nessuna emissione di CO2
45
Capacità produttiva
Di tutta l’energia solare che investe una cella solare
sotto forma di radiazione luminosa, solo una parte
viene convertita in energia elettrica (energia utile).
Quindi il fattore di conversione di celle commerciali al
silicio è in genere compreso tra il 13% e il 17%. Il che
equivale a dire che per un Kw di potenza che raggiunge
il pannello si ha all’uscita dei morsetti una potenza di
0,13 - 0,17 Kw.
Questo rappresenta, insieme all’impatto paesaggistico,
uno degli svantaggi del sistema fotovoltaico.
46
Situazione attuale e Sviluppi
In Italia sono presenti, attualmente, 3 centrali
fotovoltaiche di cui la più grande è quella di Serre (3,5
MW) collegata alla rete nazionale che produce
l’equivalente di circa 4 Gwh annui.
Per quanto riguarda gli sviluppi futuri è stato avviato,
dal Ministero dell’Ambiente e della Tutela del
Territorio, un progetto chiamato “10.000 tetti
fotovoltaici” che prevede entro il 2007 l’installazione
di 50.000 impianti fotovoltaici, presso utenze private,
da collegare alla rete nazionale, con un equivalente
incremento della produzione da fotovoltaico di 50 MW.
47
48
Che cos’è la geotermia ?
Il termine geotermia deriva dal greco “ge”
e “thermos” e significa “calore della
terra”.
Questo calore era già noto e utilizzato fin
dai tempi antichi.
L’energia geotermica invece è quella
prodotta sfruttando il calore della terra.
49
L’acqua piovana che circola nel sottosuolo
attraverso rocce fratturate e permeabili
viene riscaldata fino a raggiungere
temperature molto elevate e talvolta può
raggiungere la superficie formando sorgenti
calde, fumarole e geyser.
50
La maggior parte, invece, rimane nel
sottosuolo intrappolata in fratture e strati
porosi di roccia.
In questo caso
si ha la
formazione di
un serbatoio
geotermico.
51
Ci sono due tipi di serbatoio:
• Serbatoi ad acqua dominante che producono
acqua in fase liquida o miscela di acquavapore.
• Serbatoi a vapore dominante che producono
fluido a temperatura elevata che si presenta
sotto forma di vapore secco.
52
• I primi sono i più diffusi al mondo ed
il fluido estratto non è sempre
utilizzabile per la produzione di
energia elettrica.
• Dai secondi, invece, è possibile
estrarre fluido ad alto valore
energetico che può essere inviato
direttamente alle turbine
dell’impianto di produzione.
53
Energia Geotermica
Come viene sfruttata :
• Per la Produzione di energia Elettrica
trasportando il vapore direttamente in centrali
geotermoelettriche.
54
• Per il riscaldamento di case ed edifici e per
riscaldare impianti di floricoltura, orticoltura
etc.
55
Come funziona
• Il vapore estratto dai pozzi viene trasportato, tramite
vapordotti, alle centrali geotermoelettriche dove va ad
alimentare turbine e generatori per la produzione di
energia elettrica.
56
• Il vapore estratto dai pozzi viene trasportato alle
centrali di teleriscaldamento dove, tramite
scambiatori di calore, raggiunge le utenze
domestiche.
57
Vantaggi
• Produzione di energia elettrica utilizzando una
fonte di energia pulita
• Riduzione dei gas inquinanti immessi in atmosfera
• Calore disponibile per l’intero arco dell’anno
• Non è necessario immagazzinarlo per poterne poi
usufruire
Svantaggi
• Difficoltà di costruzione di impianti in alcune aree
• Impatto paesaggistico
58
La valle di Larderello è una delle zone in
Italia ad alto contenuto di energia
geotermica.
59
Larderello : Cenni Storici
Già nel 270 A.C. la valle era
conosciuta come luogo con
presenza di acqua curative
Successivamente gli etruschi utilizzavano i sali
borici, scoperti in grossa quantità nelle acque, sia
per uso farmaceutico che per la preparazione di
smalti
60
• Nel medioevo la zona di larderello veniva
chiamata “la valle del diavolo” a causa
della forte presenza di lagoni bollenti e
manifestazioni naturali di vapore
61
Nel 1818 Francois – Jacques
Larderel iniziò lo
sfruttamento industriale
delle acque per la
produzione di acido Borico.
Nel 1827 lo stesso inventò
un metodo meno costoso e
più efficiente utilizzando il
calore del vapore in
sostituzione al calore
dovuto alla legna per far
evaporare le acque
boriche.
62
• Nel 1904 il principe Ginori
Conti trasformò la forza
del vapore in energia
elettrica
(accese le
prime 5 lampadine).
• Nel 1915 entrò in
esercizio la centrale con
due gruppi di 2750 KW di
potenza
63
Successivamente si è avuto un incremento dell’energia
elettrica prodotta in seguito alla scoperta di un primo
serbatoio che erogava grosse quantità di vapore.
Nacque così una vera e
propria attività di
perforazione che nel
tempo insieme alla
ricerca sul territorio ha
portato alla scoperta e
alla messa in funzione di
nuovi pozzi.
64
65
L’attività di perforazione consiste nel:
• Individuare e raggiungere un eventuale
bacino produttivo;
• Estrarre e sfruttare il fluido geotermico
presente nel bacino;
• Rialimentare lo stesso bacino, dove possibile,
tramite la reiniezione dell’acqua proveniente
dalle centrali o da qualsiasi altra sorgente;
66
E’ un’ attività che implica investimenti
notevoli e presenta, tuttavia, due svantaggi:
• Rischio minerario consistente;
• Notevole ma temporaneo impatto ambientale.
67
• Per ridurre il “rischio minerario” vengono effettuate
indagini geologiche sulla base di test fisici, chimici,
geofisici che offrono la possibilità di comprendere la
natura del sottosuolo di una determinata area
geografica.
• Rispetto al temporaneo, ma pur sempre notevole,
impatto ambientale, chi gestisce l’attività di
perforazione si pone l’obiettivo di ricostruire la
morfologia del territorio in cui è avvenuta tale
attività.
68
Le prime perforazioni
venivano effettuate con
impianti di tipo manuale e
non raggiungevano
profondità superiori ai 150
metri, consentendo di
sfruttare solo il vapore
presente in bacini
superficiali.
69
In seguito all’esigenza di
sfruttare vapore di bacini
molto più profondi si è
avuta un evoluzione dei
metodi di perforazione
consentendo di raggiungere
elevate profondità (fino a
6000 metri).
Nasce così il metodo a
rotazione e a circolazione,
che tuttora viene
utilizzato.
70
L’impianto di perforazione
L’impianto di perforazione è costituito dai seguenti
componenti principali:
• torre
(sostiene gli elementi di manovra);
• sottostruttura
(sostiene la torre e permette l’alloggiamento della testapozzo);
• argano
(fornisce il moto al cavo ed alla tavola rotary);
• taglia fissa e taglia mobile
(permettono di movimentare la batteria delle aste);
• testa di iniezione
(permette la circolazione del fango);
• pompe e linea del fango
(controllano il processo del fango);
• gruppi elettrogeni ed apparecchiature ausiliarie;
71
Attrezzature utilizzate nel processo di
perforazione:
Scalpello
(avanza ruotando
scheggiando i vari strati
che incontra)
Batteria di aste cave
(da il moto allo scalpello
mentre è percorsa da fango,
che consente di portare in
superficie i detriti ottenuti
dall’ attività dello scalpello)
72
Tavola rotary
(portata in rotazione da un
motore, con il quale si può
stabilire il numero di giri,
trasmette il moto alla batteria
delle aste)
Pompe triplex
(alimentano il circuito del fango
che tramite la testa di iniezione
agisce direttamente sul punto in
cui si sta perforando)
73
Impianto di cementazione
(utilizzato durante l’attività di
perforazione per cementare il
casing)
Gruppo elettrogeno,
con relativi quadri di
controllo
(utilizzato per la
distribuzione dell’energia
sulla piatta forma)
74
Struttura del pozzo
Durante le varie fasi di
perforazione si costruisce
anche la struttura del pozzo
(di forma a cannocchiale), e
quindi si provvede alla
messa in opera del casing,
con la sua relativa
cementazione, e della
valvola di testa pozzo per il
controllo dell’apertura e
chiusura dello stesso.
Valvola di testa pozzo
75
A fine attività di perforazione il pozzo risulta
essere così strutturato:
• testapozzo con relativa valvola
(unica parte fuori terra);
• tratti non produttivi, protetti
da casings cementati;
• tratti produttivi
(a roccia, oltre una determinata
profondità, o protetti da casings
finestrati).
76
Dispositivi di sicurezza
Di seguito vengono riportati, rispetto ai rischi più
frequenti durante l’attività di perforazione, alcuni
dispositivi di protezione adoperati:
• Sensori e allarmi: rilevano e segnalano la presenza, in
prossimità del pozzo, di gas tossici, e determinano la
messa in sicurezza del pozzo nel caso in cui i valori
superano quelli consentiti;
• Sistemi antincendio;
• Manuntenzione e rigorosi controlli: per prevenire i
guasti ai danni delle apparecchiature utilizzate;
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• BOP (Blow Out
Preventer): interviene in
caso di blowout e cioè di
eruzione spontanea del
pozzo praticando una
chiusura parziale o totale
a monte della
testapozzo. E’ dotato di
una centralina autonoma
pneumatica che assicura
il funzionamento anche
in caso di anomalie.
78
79
Esercizio
Postazione di
teleconduzione
(P.T.)
Centrali
Geotermoelettriche
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P.T.
La postazione di teleconduzione si occupa del
controllo, monitoraggio e del funzionamento delle
varie centrali disposte nel territorio nazionale;
tra cui la P.T. di Larderello, una delle tre unità
più importanti in Italia, ha il compito di
monitorare e controllare le centrali:
• Geotermoelettriche
• Mini idriche
• Eoliche
• Fotovoltaiche
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La Postazione di Teleconduzione si
occupa in particolare di controllare :
• Produzione delle centrali
• Livello di produzione dei pozzi
• Temperature e pressioni del fluido
estratto dal pozzo
• Allarmi provenienti dai vari quadri
di controllo presenti nelle centrali
• Contattare personale reperibile in
caso di allarmi gravi
• Gli addetti alla P.t. hanno la possibilità di
intervenire, dalla propria postazione, direttamente
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sull’allarme presentato.
Centrali Geotermoelettriche
Trasformano l’energia del vapore proveniente dal
sottosuolo prima in energia meccanica, tramite una
turbina portata in rotazione dal vapore, poi in energia
elettrica generata dall’alternatore mantenuto in
rotazione dal rotore della turbina.
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I componenti di una Centrale
Geotermoelettrica sono:
•
•
•
•
•
•
Separatore
Turbina
Alternatore
Estrattore Gas
Condensatore
Unità refrigerante
- torre di raffreddamento
- refrigerante gas
• Vasca di raccoglimento
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Alternatore
Turbina
Rotore
Rotore
Statore
Separatore
Condensatore
Estrattore Gas
(Compressore)
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Torri di raffreddamento
A ciclo naturale
A ciclo forzato
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Stazione di trasformazione MT/AT
(innalza la tensione prodotta in media tensione in alta
tensione, permettendo il collegamento con la rete di
trasmissione)
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Ciclo di funzionamento della centrale
• Ciclo del vapore
• Ciclo dell’acqua
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• Ciclo dei gas
Funzionamento
Il fluido geotermico arriva nella centrale tramite un
vapordotto, attraversa il separatore dove viene separato
dall’acqua, e viene inviato in turbina, la quale è
accoppiata direttamente al generatore elettrico e
all’estrattore dei gas.
Il vapore in uscita dalla turbina viene condensato ed
entra nel ciclo delle acque.
Il generatore a sua volta trasforma l’energia meccanica
della turbina in energia elettrica.
Produce energia in media tensione (MT) ed è
direttamente accoppiato alla sottostazione di
trasformazione.
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Ciclo delle acque
Il vapore, dopo aver attraversato la turbina, raggiunge il
condensatore dove viene condensato tramite
nebulizzazioni di acqua fredda.
L’acqua calda così ottenuta (acqua di raffreddamento
più vapore condensato) viene estratta dalla pompa ed
inviata alla sommità della torre di raffreddamento, per
essere di nuovo raffreddata e riutilizzata dal
condensatore o convogliata nelle vasche di raccolta per
la reiniezione nei pozzi.
Ciclo dei gas
I gas incondensabili vengono estratti dal
condensatore mediante l’estrattore gas ed inviati
ai camini della torre refrigerante.
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SITUAZIONE ATTUALE
L’Italia e stato il primo paese a sfruttare l’energia
geotermica per produrre elettricità, e oggi in Toscana
sono impiantate 36 centrali, di cui 2 fuori servizio.
La capacità produttiva è
pari ad una potenza
complessiva di circa 700
MW che rappresenta 1,5 %
del fabbisogno giornaliero
nazionale.
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Centrali elettriche da biogas e da
biomasse
Trasformano l’energia accumulata nelle biomasse in
energia termica tramite combustione. Questa energia
aziona le turbine che trascinano in rotazione
l’alternatore che, a sua volta, genera energia elettrica.
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