Energie rinnovabili
- a.s. 2013-14 -
IPIA A.Volta Guspini – Prof.Ing.Giovanni Musio
Corso per Tecnici e manutentori dell’industria elettrica,
elettronica e meccanica
Prof.Ing.Giovanni Musio
I.P.I.A. “A.Volta” Guspini
Dirigente scolastico Prof.Giancarlo Vinci
sede I.P.I.A. “A.Volta” Guspini
Impianto Fotovoltaico ad inseguitore
I.P.I.A. “A.Volta” Guspini
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ENERGIE RINNOVABILI
Introduzione
In questi ultimi anni stiamo assistendo ad una vera e
propria corsa alle rinnovabili. Anno dopo anno, nell’ultimo
quinquennio, la potenza installata è sempre raddoppiata e
oltre raggiungendo nel 2012 una potenza installata pari a
16.420 MW, ed una energia di 92.222 GWh, con un
incremento ci circa 80%.
La crescita è dovuta ai nuovi parchi eolici, agli impianti
alimentati con bioenergie e soprattutto ai
fotovoltaici..
Impianto eolico Guspini – San Gavino ..
(Medio Campidano) - Fri-El Gren Power - 35
aerogeneratori 2MW
Tabella 1 Numerosità e potenza degli impianti da fonte rinnovabile in Italia (dicembre 2012)
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L’energia totale prodotta da fonti rinnovabili al 2012 in Italia ammonta a 92.222 GWh, pari al 27,1%
del Totale dei consumi.
Impianti fotovoltaici
La tecnologia fotovoltaica consente di trasformare direttamente l'energia associata alla radiazione
solare in energia elettrica. Essa sfrutta l’effetto fotovoltaico, ossia la proprietà di alcuni materiali
semiconduttori, opportunamente trattati, di generare elettricità se colpiti da radiazione luminosa. Il più
utilizzato è il silicio, elemento molto diffuso in natura. Il dispositivo elementare è la cella fotovoltaica ed
è in grado di produrre una potenza di circa 1,5 Watt. Il componente base, commercialmente
disponibile, è invece il modulo composto di più celle collegate e incapsulate. Più moduli fotovoltaici,
collegati in serie e in parallelo, formano le stringhe di un impianto, più stringhe (collegate in parallelo)
formano il campo fotovoltaico, la cui potenza può variare da poche centinaia di Watt a milioni di Watt.
A valle dei moduli fotovoltaici è posto l’inverter, che trasforma la corrente continua generata dalle celle
in corrente alternata, direttamente utilizzabile dagli utenti o riversabile in rete. Infine il sistema è
completato da una struttura di sostegno per fissare i moduli alla superficie d’installazione: terreno,
tetto, facciata, parete, ecc. La struttura può essere fissa o mobile, ovvero in grado di seguire il sole
lungo il suo percorso giornaliero, durante l’intero anno, allo scopo di incrementare la captazione
solare (impianto ad inseguimento).
Ogni kWp installato richiede uno spazio netto di circa 8 mq,
qualora i moduli con tecnologia silicio cristallino siano installati in modo complanare alle superfici di
pertinenza degli edifici; occorre invece uno spazio maggiore se l’impianto è installato in più file
successive, su strutture di supporto inclinate collocate su superfici piane.
In Italia l’esposizione ottimale è verso Sud con un’inclinazione di circa 30-35° gradi: un impianto
fotovoltaico da 1 kWp, ottimamente orientato ed inclinato, installato su una struttura fissa è capace,
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passando da Nord al Sud, di una produzione specifica variabile tra 1.000 e 1.500 kWh per ogni kWp
installato.
Le principali applicazioni dei sistemi fotovoltaici sono:
impianti con sistema di accumulo per utenze isolate dalla rete;
impianti per utenze collegate alla rete in bassa tensione;
centrali di produzione di energia elettrica collegate alla rete in media o alta tensione
I moduli fotovoltaici si possono suddividere in base alla tecnologia:
Silicio monocristallino;
Silicio policristallino
Silicio amorfo
Silicio a tripla giungione
Celle a concentrazione
Celle CIS, CIGS, CdTe, etc
Per ulteriori approfodimenti si rimando al fascicolo “Impianti fotovoltaici” dello stesso autore.
L’energia producibile in un anno da un impianto fotovoltaico si può calcolare con la seguente formula:
Ep=Pp*He*η
η*365 (KWh/anno)1
Dove:
Pp=Potenza di picco dell’impianto fotovoltaico (kWp)
He= ora equivalente. È il numero di ore medie giornaliere, in un anno, in cui il sole ha un
irraggiamento di 1000 W/m2 (dato reperibile da fonte Enea per le diverse località). Ad esempio nel
Sud Sardegna vale 4,9 ore.
η= rendimento globale dell’impianto fotovoltaico. Un impianto fotovoltaico dimensionato
correttamente e con inverter ad alta efficienza può arrivare a 0,85.
Esempio numerico:
Nel sud Sardegna per un impianto fotovoltaico di potenza 3kWp l’energia producibile all’anno, in base
alla formula precedente, è di circa: Ep= 3*4,9*0,85*365=4.560 KWh, che consente di risparmiare
sulla bolletta elettrica (nell’ipotesi di un costo unitario dell’energia di 0,22 €/kWh) si ha circa
4560*0,22= € 1.000/anno, ripagando le spese in circa 6-7 anni (in assenza del conto energia,
oramai estinto e senza agevolazioni fiscali, che probabilmente finiranno nel dicembre 2014 o, si
spera, non prima del dicembre 2015).
Per ulteriori approfondimenti si rimanda alla dispensa dello stesso autore sulla progettazione degli
impianti fotovoltaici monofase e trifase.
1
Metodo proposto dalla norma CEI 83.25 art.4.3.3.
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Impianti eolici
Un impianto eolico (o parco eolico) è costituito in generale da uno o più aerogeneratori che
trasformano l’energia cinetica del vento in energia elettrica. Il vento fa ruotare un rotore, normalmente
dotato di due o tre pale, generalmente in fibre di vetro, collegate ad un asse orizzontale. La rotazione
è successivamente trasferita, attraverso un apposito sistema meccanico di moltiplicazione dei giri, ad
un generatore elettrico e l’energia prodotta, dopo essere stata adeguatamente trasformata ad un
livello di tensione superiore, viene immessa nella rete elettrica. La navicella o gondola o
genericamente struttura di alloggiamento contiene i sistemi di trasformazione (principalmente il
moltiplicatore di giri ed il generatore elettrico) e di controllo della macchina.
Le turbine eoliche sono infine montate su una torre, sufficientemente alta per catturare maggiore
energia dal vento, evitando la turbolenza creata dal terreno o da eventuali ostacoli. Infatti, la
produzione di energia elettrica degli impianti eolici risulta proporzionale al cubo della velocità del
vento e piccole differenze nelle caratteristiche anemometriche del sito possono tradursi in notevoli
differenze di energia realmente producibile. Inoltre un generatore sia ad asse verticale che orizzontale
richiede una velocità minima del vento (cut-in) di 3-5 m/s ed eroga la potenza di progetto ad una
velocità del vento di 12-14 m/s. Ad elevate velocità (20-25 m/s, velocità di cut-off) l'aerogeneratore
viene bloccato dal sistema frenante per ragioni di sicurezza. Gli aerogeneratori possono suddividersi
in classi di diversa potenza, in relazione ad alcune dimensioni caratteristiche:
macchine di piccola taglia (Micro e mini eolico) (1-200 kW): diametro del rotore: 1- 20 m;
altezza torre: 10 – 30 m
macchine di media taglia (Eolico) (200 – 800 kW): diametro del rotore: 20 – 50 m; altezza
torre: 30 – 50 m
macchine di grande taglia (Macro eolico) (oltre 1.000 kW): diametro del rotore: 55 – 80 m;
altezza torre: 60 – 120 m
Le macchine eoliche di piccola taglia possono essere utilizzate per produrre elettricità per singole
utenze o gruppi di utenze, collegate alla rete elettrica in bassa tensione o anche isolate dalla rete
elettrica. Le macchine di media e grande taglia sono utilizzate prevalentemente per realizzare parchi
eolici o “fattorie del vento”, meglio note come “wind farm”, collegate alla rete di media oppure di alta
tensione.
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La Potenza max estraibile da un impianto eolico si può calcolare con la seguente espressione:
P= 0.363 A V3 (W) 2
V velocità del vento
A area di raccolta
dipende dalla zona e altezza di installazione
è l’area spazzata dalle pale, dipende dal diametro delle pale
L’Energia producibile da un impianto eolico si può determinare con:
E=Pn*P.S. (kWh/anno)
Pn
Potenza nominale della turbina (kW)
P.S.
Producibilità specifica: è il corrispondente dell’ora equivalente per gli impianti fotovoltaici.
Si misura in ore, è il rapporto tra l’energia prodotta (KWh)in un anno e la potenza dell’impianto (KW).
Dipende dalla zona di ventosità.. (Dato reperibile da carte Enea sulla ventosità in Italia…) . Nella
nostra zona potrebbe essere circa 1.900 h/anno a quota di circa 50-60m.
Un esempio: L’impianto di Guspini-Pabillonis con 35 aerogeneratori da 2 MW può produrre
E=2*35*1.900=133.000 MWh=133.000.000 kWh
Le Turbine si possono suddividere in due
famiglie:
1) Turbine ad asse orizzontale
2) Turbine ad asse verticale
2
Legge di Betz
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1 - Turbine ad asse orizzontale
La configurazione più diffusa è il tripala.
Caratteristiche tecniche:
• coppia motrice più uniforme (e quindi di durata maggiore)
• energia prodotta leggermente superiore
• minore disturbo visivo (a detta di molti) in virtù di una
configurazione più simmetrica e di una minore velocità di
rotazione, più riposante per gli occhi di chi la osserva.
Aerogeneratore ad asse orizzontale BMP20 della ditta sarda Bluminipower P=20
kW
1 - Turbine ad asse verticale
a) Aerogeneratore Savonius
Caratteristiche tecniche:
Semplicità e robustezza
Forte coppia di spunto, cosa che ne consente l’avviamento
anche con venti debolissimi 2-3 m/s
Di contro ha applicazioni solo con potenze ridotte poiché la
turbina Savonius lavora bene con venti deboli
mentre la sua efficienza è molto bassa <20%
Aerorogeneratore Savonius PN=1-10 kW
b) Aerogeneratore Darreius
Caratteristiche tecniche:
Grande semplicità di costruzione
Rendimento discreto 30%
Regime di rotazione è molto elevato.
Invece, la coppia di spunto è molto bassa
Aerorogeneratore Darreius PN=1-10 kW
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Scheda tecnica Aerogeneratore ad asse orizzontale BMP20 della ditta sarda Bluminipower P=20 kW
Impianti idroelettrici
L’impianto idroelettrico trasforma l’energia potenziale dell’acqua in energia meccanica di rotazione
della turbina che viene convertita direttamente in energia elettrica tramite il generatore. L’impianto è
costituito da opere civili, idrauliche e da macchinari elettromeccanici. Lo schema impiantistico
generale di un impianto idroelettrico, riportato nell’immagine sottostante, comprende:
un’opera di sbarramento del corso d’acqua, costituita da una traversa o una diga, che può
determinare un volume d’invaso in alveo tale da consentire o no l’accumulo delle portate
naturali; con una o più paratoie di presa, seguite da una vasca di calma per la sedimentazione
della sabbia trasportata dalla corrente e paratoie di scarico per la pulizia del bacino contro il
suo interrimento;
un canale di derivazione che può essere in tutto o in parte in galleria e una vasca di carico
solitamente dotata di organi di scarico;
una o più condotte forzate che convogliano l’acqua alle turbine idrauliche;
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un impianto di produzione dell’energia elettrica, in cui sono installate uno o più gruppi turbinageneratore, che scaricano l’acqua turbinata nell’alveo del corso d’acqua a valle dell’impianto,
mediante il canale di restituzione, senza alcun consumo dell’acqua prelevata a monte.
Gli impianti idroelettrici sono classificati in base alla durata di invaso dell’impianto, ossia al tempo
necessario per fornire al serbatoio un volume d’acqua pari alla sua capacità utile con la portata media
annua del corso d’acqua che in esso si riversa e pertanto si parla di:
impianti a serbatoio con durata di invaso maggiore o uguale a 400 ore;
impianti a bacino: con un serbatoio classificato come “bacino di modulazione” settimanale o
giornaliero, con durata di invaso minore di 400 ore e maggiore di 2 ore;
impianti ad acqua fluente: senza serbatoio o che hanno un serbatoio con durata di invaso
uguale o minore di 2 ore. Sono generalmente posizionati sui corsi d’acqua o sui canali di
bonifica e la loro produzione dipende dalla portata disponibile nel fiume o nel canale. Sono
ricondotti a questa categoria anche gli impianti installati negli acquedotti (in questo caso la
turbina idraulica sostituisce la valvola di dissipazione del carico).
Approfondimento: TURBINA IDRAULICA
La turbina idraulica è un dispositivo meccanico atto a trasformare l'energia cinetica di un liquido
in energia meccanica. Il loro rendimento è elevato, spesso sopra il 90% per questo sono molto
apprezzate, anche se la loro installazione richiede diverse infrastrutture.
Storia
Antesignane delle turbine idrauliche moderne sono le ruote idrauliche, di concezione antica, e
divenute di grande uso a partire dal XVII secolo in concomitanza del passaggio dalla fase
artigianale a quella industriale della produzione. Le ruote idrauliche, tuttavia, essendo basate quasi
esclusivamente sullo sfruttamento dell'energia potenziale, non potevano fornire grandi potenze a
causa della bassa altezza di caduta dell'acqua. Un passo decisivo, che costituisce la nascita delle
turbine moderne, fu lo sfruttamento dell'energia cinetica, realizzato con le turbine di tipo Pelton XIX
secolo, in cui opportuni sistemi rendono l'acqua in ingresso alla turbina a velocità elevate in modo
da sfruttare, in termini di quantità di moto, la velocità di ingresso piuttosto che la portata. Tuttavia,
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per ottenere le velocità desiderate, vi era la necessità di disporre di prevalenze, o altezze di
caduta, molto rilevanti, cosa spesso difficile data la configurazione dei siti, e che obbligava alla
costruzione di bacini artificiali alquanto costosi. Verso l'inizio del XX secolo si svilupparono così
turbine per basse altezze di caduta, le Francis, adatte sia a bacini a bassa altitudine che
all'installazione in corsi d'acqua, previa costruzione di sbarramenti di (relativamente) pochi metri
d'altezza, contro le decine o centinaia necessari per le Pelton. Si svilupparono infine le turbine di
tipo Kaplan, adatte a altezze di pochissimi metri (2 - 3), sostanzialmente delle eliche intubate.
Nel 1870 l'accoppiamento della dinamo alla turbina idraulica diede avvio alla produzione
commerciale di energia elettrica.
Oggi le ruote idrauliche sono praticamente scomparse dall'uso pratico, e le turbine idrauliche sono
usate nella grande maggioranza dei casi per la produzione (tramite generatori azionati dalle
turbine stesse) di energia elettrica. I tipi Pelton, Francis e Kaplan costituiscono la maggioranza
delle installazioni, ciascuno secondo le proprie caratteristiche di esercizio.
Principio di funzionamento
Le turbine idrauliche sono inserite in un impianto che prevede un serbatoio di monte e uno di valle.
Esse sfruttano la caduta disponibile che è praticamente uguale al dislivello geodetico o anche
l'altezza a cui è posto il serbatoio di monte (misurata rispetto al serbatoio di valle Hd=Z2-Z1). Non
tutta la caduta disponibile è però utilizzabile dalla turbina, dal momento che sono presenti delle
perdite di carico nella condotta: se indichiamo con Hw le perdite espresse in (m) indichiamo con
caduta utile la differenza tra Hd e Hw, quindi Hu = Hd- Hw. Definendo inoltre il rendimento
idraulico della turbina (che tiene conto delle perdite di natura fluidodinamica), in quanto non tutta la
portata G agisce sulle pale), il rendimento meccanico (che tiene conto delle perdite di natura
meccanica che inevitabilmente provocano la dissipazione
di potenza) possiamo scrivere che la potenza utile
(indicata con Pu) è uguale a:
Pu= η*Q* g* Hu
dove:
η è il rendimento globale della turbine,
3
Q è Portata d’acqua m /s,
g è l’accelerazione di gravità 9,8
Hu caduta utile disponibile (m)
m/s2
Tipologie
Le principali tipologie di turbine idrauliche oggi impiegate sono:
Turbina Pelton
Turbina Francis
Turbina Kaplan
Turbina Pelton
La Turbina Pelton fu inventata da Lester Allan Pelton, carpentiere, nel 1879 mentre lavorava
in California, e risulta essere ancora oggi la turbina ad azione con rendimento più elevato.
È utilizzata per grandi salti (maggiori di 15 m, di solito tra i 300 e i 1400 m) e piccole portate
(inferiori a 50 m³/s), si utilizza quindi solitamente per i bacini idroelettrici alpini.
L'energia potenziale dell'acqua (U = mgh) accumulata ad elevate altitudini giunge alla turbina
tramite dei "condotti forzati" (grosse tubature) che conducono l'acqua a valle. Un ugello (o più di
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uno) indirizzano l'acqua sulle pale della Pelton determinandone la rotazione. L'ugello grazie alla
sua forma trasforma in energia cinetica (E=1/2 mv2) tutta la pressione contenuta sui condotti, così
il getto sulla turbina non sarà in pressione: proprio per questo la turbina Pelton è una turbina ad
azione.
La forma delle pale è quella di due cucchiai appaiati, tra i quali si trova un tagliante che divide a
metà il getto, per farlo uscire ai lati sotto forma di due getti separati ed equilibrare la spinta sui due
lati della turbina.
Sezione della pala con getto incidente
Il flusso di acqua in uscita dall'ugello viene deviato di circa
180° dalle pale della turbina, che, come conseguenza,
subiscono una spinta (verso l'alto nel disegno) come
reazione alla deviazione del flusso stesso.
Una girante lenta è poco apprezzata su di una centrale idroelettrica, poiché fa aumentare i costi a
parità di energia prodotta; per questo motivo si utilizzano tipicamente alternatori a magnete rotante
bipolare, il che significa una velocità di rotazione di 3000 giri/min per la generazione della corrente
AC a 50 Hz usata in Europa.
Turbina Francis
La turbina Francis è una
turbina
a reazione sviluppata
nel 1848 da James B. Francis, un ingegnere inglese trasferitosi
negli Stati Uniti. Oggi rappresenta il tipo di turbina più utilizzato.
È una turbina a flusso centripeto: l'acqua raggiunge la girante
tramite un condotto a chiocciola che la lambisce interamente,
poi un distributore, ovvero dei palettamenti sulla parte fissa,
statorica,
indirizzano
il
flusso per investire le pale
della girante.
Girante Francis: si nota dall'esterno, la chiocciola, il distributore e la
girante all'interno. Il flusso di liquido è rappresentato in azzurro.
La turbina è detta a reazione poiché non sfrutta solo la
velocità ma anche la pressione del getto d'acqua che,
quando giunge nella girante, è ancora superiore a quella atmosferica. Infatti tramite il condotto
convergente costituito dal canale tra le pale del distributore e da quello tra le pale della girante
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stessa si finisce di convertire la pressione ancora presente in velocità (energia cinetica).
Questa
girante viene impiegata in corsi d'acqua con dislivelli da 10 m fino a 300÷400 m .
Turbina Kaplan
La turbina Kaplan fu inventata nel 1913 dal professore austriaco Viktor Kaplan.
Girante Kaplan: ai lati si notano le due sezioni del condotto
a chiocciola, poi le pale del distributore (in verde),
centralmente la girante. Le linee azzurre rappresentano le
linee di fluido. In basso la macchina continuerà con il tubo
diffusore. È una turbina idraulica a reazione che sfrutta
piccoli dislivelli, fino a qualche decina di metri, ma con
grandi
portate,
da
qualche
decina
di
m³
in
su.
Costruttivamente è un'elica, ove le pale si possono
orientare, al variare della portata d'acqua permettendo di
mantenere alto il rendimento fino a portate del 20-30%
della portata nominale.
Il liquido giunge sulla turbina grazie ad un condotto a forma di chiocciola che alimenta tutta
la circonferenza, poi attraversa un distributore che dà al fluido una rotazione vorticosa, essenziale
per imprimere il moto alla girante, ove il flusso deviato di 90° la investe assialmente.
Turbina Kaplan accoppiata con l'alternatore
Caratteristiche
Il campo di utilizzazione delle turbine Kaplan lente arriva a cadute massime attorno ad 80 m e
portate sino a 50 m3/s, sovrapponendosi in parte al campo di utilizzo delle turbine Francis veloci le
quali arrivano a cadute inferiori a 10 m e portate che possono superare 300 m3/s.
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Impianti alimentati a bioenergia
Si distinguono in
Impianti a biomassa solida o liquida
Impianti a biogas
1 Impianti alimentati a biomassa
Per “biomassa” si intende “la frazione biodegradabile dei prodotti, rifiuti e residui di origine biologica
provenienti dall’agricoltura (comprendente sostanze vegetali e animali), dalla silvicoltura e dalle
industrie connesse, comprese la pesca e l’acquacoltura, nonché la parte biodegradabile dei rifiuti
industriali e urbani” (DLgs 28/2011). Tale definizione include una vastissima gamma di materiali,
vergini o residui di lavorazioni agricole e industriali, che si possono presentare in diversi stati fisici,
con un ampio spettro di poteri calorifici.
Le soluzioni impiantistiche variano per tipo di biomasse, tecnologia utilizzata e prodotto finale (solo
energia elettrica, combinata con produzione di calore, solo energia termica). Ad esempio, la
combustione diretta della biomassa in forni appositi può avvenire in sospensione, su griglia fissa o
mobile, su letto fluido. Carbonizzazione, pirolisi e gassificazione sono processi più raffinati e
complessi che permettono di ottenere combustibili intermedi solidi, liquidi e gassosi, più puri rispetto
alla fonte di partenza, facilitando l’esercizio dell’impianto e il rispetto delle normative ambientali.
Particolarmente interessante appare la gassificazione in quanto il syngas (gas di sintesi) ottenuto ha
il vantaggio di essere versatile, di garantire elevati rendimenti di combustione ed emissioni più
contenute.
Le centrali termoelettriche alimentate da biomasse solide o liquide effettuano la conversione
dell’energia termica, contenuta nella biomassa, in energia meccanica e successivamente in energia
elettrica.
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Le taglie delle centrali possono variare dalle medie centrali termoelettriche alimentate da biomasse
solide, solitamente da cippato di legno, sino ai piccoli gruppi elettrogeni alimentati da biocombustibili
liquidi.
Al di là di una fase preliminare di trattamento della biomassa, gli impianti termoelettrici a biomasse
sono abbastanza simili a quelli alimentati con combustibili tradizionali.
Le tipologie impiantistiche più diffuse sono le seguenti:
impianti tradizionali con forno di combustione della biomassa solida, caldaia che alimenta
una turbina a vapore accoppiata ad un generatore;
impianti con turbina a gas alimentata dal syngas da biomasse in ciclo semplice o combinato
con turbina a vapore;
impianti termoelettrici ibridi, che utilizzano
biomasse e fonti convenzionali (il caso più
frequente è la co-combustione della biomassa e
della fonte convenzionale nella stessa fornace);
impianti, alimentati da biomasse liquide (oli
vegetali, biodiesel), costituiti da motori accoppiati a
generatori (gruppi elettrogeni).
Impianto di Faenza 23 MW
2 Impianti alimentati da biogas
Il biogas, costituito prevalentemente da metano (almeno il 50%) ed anidride carbonica, si origina da
fermentazione anaerobica di materiale organico di origine vegetale ed animale.
Il Dlgs 28/2011 parla di “gas di discarica, gas residuati dai processi di depurazione e biogas” a
seconda dell’origine e modalità di fermentazione.
In effetti tutti i tre tipi di gas indicati sono dei biogas, ma la loro elencazione separata nella normativa
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richiamata mette in evidenza la molteplicità di matrici organiche da cui il biogas può essere prodotto:
rifiuti conferiti in discarica ovvero frazione organica dei rifiuti urbani, fanghi di depurazione, deiezioni
animali, scarti di macellazione, scarti organici agro-industriali, residui colturali, colture energetiche. Il
biogas ha un ottimo potere calorifico dato l’elevato contenuto in metano, per cui si presta ad una
valorizzazione energetica per combustione diretta, attuata in caldaia per sola produzione di calore, o
in motori accoppiati a generatori per la produzione di sola elettricità o per la cogenerazione di
elettricità e calore.
Impianto di Jesolo 1,6 MW
Gli impianti termoelettrici a biogas effettuano quindi
la conversione dell’energia termica contenuta nel
biogas in energia meccanica e successivamente in
energia elettrica. Nel caso, molto comune, di
impianti alimentati da biogas prodotto nelle
discariche controllate di rifiuti urbani, le parti principali dell’impianto sono le seguenti:
sezione di estrazione del biogas da discarica (pozzi di captazione, linee di trasporto, collettori
di raggruppamento);
sezione di aspirazione e condizionamento del biogas da discarica (collettore generale,
separatori di condensa, filtri, aspiratori);
sezione di produzione dell’energia elettrica (gruppi elettrogeni) e torcia (dispositivo di
sicurezza per bruciare l’eventuale biogas non combusto nella sezione di produzione
energetica).
Nel caso dei biogas non derivanti da discarica, lo schema impiantistico prevede, al posto della
sezione di estrazione, una sezione di produzione (digestore) e raccolta (gasometro) del biogas, poi
inviato ai gruppi elettrogeni per produrre energia elettrica
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Impianti
geotermoelettrici
Un impianto geotermoelettrico ha la
funzione di trasformare in energia elettrica
l’energia termica presente nel fluido
geotermico (vapore d’acqua oppure una
miscela di acqua e vapore) che si forma
grazie al contatto dell’acqua con strati di
roccia calda.
I bacini sfruttati per la produzione elettrica sono caratterizzati da temperature superiori ai 150°C e
profondità da poche decine a qualche migliaio di metri.
Generalmente un impianto geotermoelettrico è costituito dai seguenti componenti:
sistema di raccolta, trattamento e convogliamento del fluido geotermico fino all’impianto di
produzione dell’energia elettrica (pozzi, sistemi di sicurezza e sfioro a bocca pozzo, tubazioni
di trasporto, sistemi di separazione acqua-vapore);
sistema di produzione dell’energia elettrica (condotto di ammissione in turbina, turbinageneratore, trasformatore elevatore e connessione alla rete elettrica);
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sistema di trattamento del vapore esausto (condensatore e relativa pompa di estrazione
condensato, torre di raffreddamento ad aria, sistema di estrazione dei gas incondensabili);
sistema di reiniezione dell’acqua nel bacino geotermoelettrico.
Le emissioni in atmosfera di questi tipi di
impianti dipendono dalle caratteristiche del
fluido geotermico ma, per unità di energia
prodotta, sono comunque decisamente inferiori
a quelle derivanti da impianti alimentati con
combustibile fossile.
Gli impianti geotermoelettrici in Italia sono
presenti solo in Toscana.
Il Bilancio elettrico e le fonti rinnovabili in Italia 2012
Nel 2012 la richiesta di energia elettrica sulla rete in Italia è risultata pari a 340,4 TWh, circa uguale a
quella dell’anno precedente, l’energia prodotta da fonti rinnovabili è stata di 92,22 TWh, pari al 27%,
mentre nel 2011 è stata pari al 24,3%.
Al momento si dispone di un bilancio elettrico nazionale complessivo con relativo schema grafico
relativo al solo 2011, che si riporta appresso.
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*Produzione netta: è la produzione lorda al netto dei servizi ausiliari e dei consumi da pompaggio
1) Include la parte biodegradabile dei rifiuti
2) Al netto dei rifiuti solidi urbani non biodegrabili, contabilizzati nella termica tradizionale
3) Carbone + Lignite
4) Al netto della produzione da biomasse, biogas e bioliquidi e dei consumi da pompaggio
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Energie rinnovabili
- a.s. 2013-14 -
IPIA A.Volta Guspini – Prof.Ing.Giovanni Musio
SOMMARIO
INTRODUZIONE
2
IMPIANTI FOTOVOLTAICI
3
IMPIANTI EOLICI
5
IMPIANTI IDROELETTRICI
8
IMPIANTI ALIMENTATI A BIOENERGIA
13
IMPIANTI ALIMENTATI A BIOMASSA
13
IMPIANTI ALIMENTATI DA BIOGAS
14
IMPIANTI GEOTERMOELETTRICI
16
IL BILANCIO ELETTRICO E LE FONTI RINNOVABILI IN ITALIA 2012
17
Bibliografia:
Statistiche fonti energetiche rinnovabili GSE 2011-12
Appunti alle lezioni …. del Prog,Ing.Giovanni Musio
Impianti Fotovoltaici del Prog,Ing.Giovanni Musio (2007)
Impianti Eolici del Prog,Ing.Giovanni Musio (2009)
Turbine idrauliche (fonte WikiPedia)
19
