Riepilogo corso Sistemi energetici

IMPATTO AMBIENTALE, PARAMETRI

• ODP Ozone Depletion Potential: indica la capacità distruttiva dello strato di ozono per un gas, con riferimento al CFC11 con ODP = 1. Il fluido ideale ha ODP = 0

• GWP Gross Warming Potential: è la quantità di energia radiante nella fascia dell'infrarosso che il gas può assorbire in un tempo di 100 anni. La CO2 ha GWP = 1. È un indicatore diretto di quanto effetto serra può produrre un gas

• IGWP (indirect GWP) e TEWI (total equivalent warming impact) sono altri metodi per capire l'impatto clima alterante che un ciclo può avere. Oltre al fluido utilizzato, il lavoro del compressore dovrà essere garantito da un impianto, quanto inquina questo impianto? Sono quindi due parametri che allargano il punto di vista su tutta la produzione e non soltanto sul singolo componente.

CICLI FRIGORIFERI AD ASSORBIMENTO

Sono cicli frigoriferi che funzionano aggirando il compressore utilizzando una

pompa (oppure anche senza questa se riesco ad avere circolazione naturale in macchine di piccole taglie). Sono i primi cicli frigoriferi sviluppati, nati senza le conoscenze tecnologiche per poter costruire un compressore. Il generatore di vapore viene attraversato da una miscela di acqua e ammoniaca e riceve calore di scarto da un'altra produzione (utile per aspetti cogenerativi e utilizzo a cascata da un impianto di potenza con basse temperature allo scarico). Ricevendo calore fa evaporare l'ammoniaca, nel generatore si creano così una zona di vapore e una zona di liquido ad alta concentrazione di acqua. Il vapore prosegue la sua corsa e si condensa cedendo calore all'ambiente, alla condensazione succedono la laminazione e poi l'evaporazione dove assorbe calore dalla sorgente da refrigerare (effetto frigorifero). Il flusso di vapore giunge nell'assorbitore. Nel frattempo, la miscela ad alta concentrazione di acqua rimasta nel generatore di vapore viene

che le due temperature delle sorgenti siano tra loro vicine, diminuendo T1-T2, aumenta il COP. I valori del COP divengono invece sempre più bassi quando la temperatura dell'ambiente esterno (assorbimento di calore) scende sensibilmente, questo perché ho un maggior lavoro di compressione. Nel COP id si nota dall'aumento del denominatore (T1-T2) con T2 proprio la temperatura dell'ambiente esterno. Per esempio, nel riscaldamento civile l'utilizzo delle pompe di calore non fa raggiungere al fluido termovettore temperature di 70°C come nei radiatori tradizionali perché avrei COP troppo basso. Le pompe invece contenendo la differenza di temperatura ai 30-40°C mi permettono di avere un COP id di 8-9 e quindi un reale maggiore di 4. Da un punto di vista commerciale, l'energia elettrica costa 3 volte tanto una combustione. Pertanto, l'installazione di una pompa di calore va valutata in questi termini di convenienza. Con un COP vicino a 5

La situazione diventa favorevole e lo diventa maggiormente se l'energia elettrica deriva da produzione con FER (Fonti Energetiche Rinnovabili).

Sono dette fonti energetiche rinnovabili (FER) quelle fonti energetiche il cui sfruttamento comporta una sostanziale conservazione della fonte primaria. Rientrano infatti in questa categoria le fonti energetiche per cui la risorsa primaria contiene una quantità di energia di molti ordini di grandezza superiore al fabbisogno energetico globale (energia solare, geotermica, gravitazionale) e quelle per cui la risorsa primaria si rigenera almeno alla stessa velocità con cui viene consumata (biomasse: emettono CO2 con la combustione in quantità tali da essere riassorbite dall'ambiente che rigenera altre biomasse. Il petrolio ci mette milioni di anni per svilupparsi e molte falde sono state prosciugate in pochissimi anni, è ovvio che qualche anomalia all'ecosistema si crea).

Opposte alle FER ci sono le fonti di energie non rinnovabili.

Le fonti energetiche rinnovabili, o FER, sono quelle fonti il cui sfruttamento è molto più rapido della rigenerazione della fonte stessa. Il principale vantaggio delle FER è quello di essere sostanzialmente inesauribili e quindi idonee per costituire la base politica energetica di lungo e lunghissimo periodo. Inoltre, è nella loro natura il non essere inquinanti e clima alteranti. In loro si concentrerà lo sforzo dei prossimi anni per contenere i cambiamenti climatici.

Per buona parte delle FER il costo dell'energia primaria in ingresso all'impianto è nullo (i maggiori costi sono d'investimento per la costruzione dell'impianto, rispetto agli impianti tradizionali ho costi nettamente maggiori, sia per la costruzione che per la manutenzione. L'impianto solare termodinamico Solar One in Nevada è costato 266 milioni di $). Pertanto, diventa secondario il concetto di rendimento, il quale valuta il rapporto fra energia ottenuta ed energia spesa.

Essendo l'energia spesa gratuita ciò che diventa cruciale è la sua disponibilità (tempo disponibile per sfruttare la risorsa in un determinato periodo) e la sua producibilità (quanta energia riesco a produrre dalla fonte primaria).

ENERGIA IDROELETTRICA è una delle FER più antiche, utilizzate e già affermate sul suolo italiano da parecchi decenni. Durante il boom economico degli anni '60, solo l'idroelettrico era in grado di soddisfare il fabbisogno energetico di quasi tutta Italia (95%), non dovendo importare energia dall'estero le spese venivano spostate su altri campi. Adesso, necessariamente, dobbiamo importare energia da altri paesi, la produzione di idroelettrico copre circa il 14% del fabbisogno nazionale.

Il principio di funzionamento si basa sullo sfruttamento dell'energia potenziale posseduta da una massa d'acqua posizionata sopra il livello di riferimento. Tale energia potenziale si trasforma in

Energia cinetica e, arrivato il flusso d'acqua nell'impianto, ottengo energia meccanica e successivamente elettrica grazie al passaggio dell'acqua attraverso le turbine. Le turbine utilizzate sono del tipo Pelton, sono completamente diverse da quelle viste fino ad ora. Ricevono il carico radialmente e non assialmente come nelle TAG, non servono ad espandere il fluido (questo non si trova a pressioni elevate né tantomeno in fase gassosa) ma funzionano da grossa perdita di carico del flusso. Ricordando che la perdita di carico aumenta col quadrato della velocità (equazione di Bernoulli), maggiore è l'energia cinetica posseduta dal flusso d'acqua, maggiore è la potenza che la turbina riesce ad elaborare. Quindi maggiore è il dislivello di partenza e meglio è. È un impianto a grande disponibilità di energia in brevissimo tempo, basta aprire una valvola per la regolazione ed ottenere più o meno potenza.

I principali componenti dell'impianto sono:

• Opera di sbarramento: diga, lago artificiale o naturale
• Opere di presa e derivazione: sistemi di prelievo e trasporto dell'acqua
• Condotte forzate: trasformano l'energia potenziale in cinetica
• Centrale: conversione dell'energia cinetica in meccanica e successivamente elettrica
• Opere di scarico: estrazione della portata d'acqua

Tipologie di impianti:

• Impianti a bacino: una diga permette l'accumulo di acqua permettendo la capacità di regolare il flusso d'acqua in base alle richieste
• Impianti ad acqua fluente: non ho la trasformazione da potenziale a cinetica poiché il fiume possiede già una discreta quantità di energia. Non posso però regolare il flusso
• Impianti di pompaggio: nei momenti di maggior richiesta non differiscono da quelli a bacino, di notte con minor richiesta, utilizzo parte dell'energia prodotta in giornata