Appunti di Sistemi energetici

Sistemi energetici

Cambiamento climatico

Mitigation

• Ridurre CO₂
• Rinnovabili
• Ridurre l'utilizzo di carbone/fossili
• Tutela
• Limitare la deforestazione
• Consumi edifici
• Ottimizzare sistemi energetici/riscaldamento

Adaptation

• Generazione/produzione
• Alimenti distribuita
• Alimentazione (diminuire i beni)
• Riforestare la produzione di energia
• Allarmi per catastrofi naturali

Nexus

• Water
• Energy
• Food

Risorse energetiche

Effetto utile è ottenuto attraverso un flusso di energia che può essere di tipo meccanico, luminoso, termico, elettrico.

SDG ➔ obiettivi di sviluppo sostenibile.

L'acqua nelle condotte forzate deve essere il più lenta possibile.

OPEX   CAPEX   MINI GRID   LCOE ➔ costi livellizzato dell'energia.

1KW di fotovoltaico sopra 10m² e produce 4KWh.

1KW di idroelettrico sopra pochissimo e produce 24KWh.

Esercizio: Disegnare la curva di carico della propria casa.

Struttura di un sistema energetico

• Risorse energetiche
• Processi e tecnologie per la conversione e la trasformazione dell'energia
• Processi e tecnologie per il trasporto e lo stoccaggio dell'energia
• Processi e tecnologie per l'utilizzo finale dell'energia
• Rifiuti e interazioni con l'ambiente

Risorse rinnovabili

Rinnovabile in un tempo comparabile con il tempo di utilizzo.

Risorse non rinnovabili

Trasportare e/o stoccare l'energia.

Vettore energetico: La domanda di energia è continuamente variabile, il che rende necessario lo stoccaggio. L'energia rinnovabile è aleatoria.

Conversione

Cambio la forma di energia. Ad esempio da elettrica a chimica.

Trasformazione

La forma di energia è la stessa, cambiano le caratteristiche. Da energia elettrica a bassa tensione ad energia elettrica ad alta tensione.

Esempi di conversione

• Conversione chimica-elettrica → idrogeno → celle a combustibile → elettricità
• Conversione chimica-termica → combustibile → calore
• Conversione termica-meccanica → calore → turbina → lavoro
• Conversione meccanica-elettrica → lavoro → generatore elettrico → elettricità
• Conversione elettrica-meccanica → elettricità → motore elettrico → lavoro

Fonti energetiche

Radiazione solare

Costante solare: G₀ = 1353 W/m². Quella che arriva sulla terra è 1000 W/m². È la potenza incidente sull'atmosfera terrestre su un'area perpendicolare alla direzione dei raggi solari.

Nel passaggio attraverso l'atmosfera lo spettro della radiazione solare si modifica:

• Quantitativamente: ridotta per dispersioni nell'atmosfera
• Qualitativamente: ridotta per radiazione diffusa

Radiazione al suolo

3-9 KWh/m²/giorno

Potenziale teorico: 80 · 10¹² W, 5,9 · 10¹⁵ Mtep/anno (milioni di tonnellate equivalenti di petrolio).

Air mass

Parametri:

• Irradianza solare 1000 W/m²

Radiazione solare:

• Radiativa
• Diretta
• Diffusa
• Riflessa

Angoli

• Azimut: quanto il mio pannello è spostato rispetto ai nodi
• Tilt: inclinazione rispetto all'orizzontale (angolo chiamato anche declinazione solare)

L'azimut è l'angolo che si forma ed è perpendicolare rispetto a sud. Tra nord e est, tra nord e ovest il numero va avanti in senso sinistro rispetto a sud. Il pannello solare conviene metterlo a 0° (verso parallelo alla terra) nei mesi di luglio e agosto perché il sole è molto alto; mentre in altri mesi conviene metterlo a 30° e poi esso si trova sull'orizzonte L₀ (al sole).

Esercizio:

• 1-3-4 KWH/m² al giorno
• 1744 T_ep equivalenti installare a Roma per 30°
• 365 rendimento equivalente di solare
• Equivalente 4.7 a 1000 W/m²
• Irradia solare tra 125-35 W/m²

Energia eolica

L'energia eolica è l'energia posseduta dal vento. Il vento si genera per differenza di pressione atmosferica tra due punti. Esso è infatti movimento di una massa d'aria da una zona ad alta pressione ad una zona di bassa pressione dovuto al fatto che in natura si verifica l'equilibrio. Il vento ha una sua direzione ed una sua velocità.

Potenziale tecnico: 15 · 10¹² W, 10 · 10³ M_tep/anno.