Fisica tecnica - parte 2

Energia Eolica

L'energia eolica nasce dalle differenze di pressione atmosferica causate dal riscaldamento non uniforme delle masse d'aria nell'atmosfera terrestre. Circa il 2% dell'energia solare che raggiunge la Terra si trasforma in energia eolica.

Si creano zone di alta e bassa pressione e lo "scontro" di queste crea il vento. La direzione seguita dal vento dovrebbe essere quindi quella del gradiente, ma questa regola non viene rispettata a causa di due fattori:

• a) la forza di Coriolis dovuta alla rotazione terrestre
• b) l'attrito con il suolo

Le masse d'aria in movimento variano continuamente in direzione e temporaneamente, suddividono in:

• regolari costanti
• prevalenti
• regolari periodici
• irregolari

Il vento è stato sfruttato dall'uomo per produrre lavoro già dai primi tempi della civiltà. Solo più tardi l'Olanda ne fece un uso massiccio per la bonifica dei polder. Nel 1854 nacque il cosiddetto mulino americano che venne utilizzato per la prima volta anche per produrre energia elettrica.

Occorre preventivamente definire la risorsa eolica. La descrizione e la quantificazione della risorsa di un sito viene definita sitologia eolica. Ai fini dello sfruttamento energetico, le caratteristiche più importanti da conoscere sono:

• distribuzione della frequenza della velocità media e della direzione del vento
• le variazioni diurne e notturne
• la variazione della velocità del vento con l'altezza dal suolo
• l'entità delle raffiche e i valori massimi delle velocità del vento

vento.

- velocità massima.

Fattori importanti sono orografica e attriti che causano rispettivamente deviazioni locali della velocità e dissipano parte dell’energia cinetica del vento...

Si può fare un’analisi sperimentale dalla quale si ricava il numero di ore all’anno durante il quale la velocità del vento ha assunto un certo valore.

Infine abbiamo la quantificazione anemologica del sito che ci permette la quantificazione spaziale e temporale della risorsa.

di giacimenti inferiori, può sfruttare più siti geotermici; rispetto

alle centrali a vapore flash, infatti è un tipo di centrale in più rapida

crescita.

Un motore termico è un dispositivo che converte il calore

in lavoro, riceve una quantità di calore da una fonte ad alta

temperatura e converte una parte di quel calore in lavoro, e respinge

il calore rimanente in un dissipatore a bassa temperatura.

Le centrali geotermiche sono rispettose dell’ambiente, ma non sono

prive di impatti ambientali, infatti quando l’acqua viene

trasportata dalla terra, vengono trasportati con lei alcuni gas

dissolti immessi poi nell'ambiente. L'acqua geotermica può contenere

tracce di elementi tossici, questo viene mitigato reimmettendo i fluidi

geotermici nel terreno attraverso il pozo d’iniezione, che può però

causare un raffreddamento precoce del giacimento, effetto che può

essere minimizzato reimmettendo l’acqua ad una distanza

adeguata dal pozo di produzione.

Il cedimento del suolo e l’attività sismica sono stati attribuiti

al funzionamento a lungo termine delle centrali geotermiche.

L’impatto ambientale della realizzazione di centrali

geotermiche è paragonabile a quello degli impianti convenzionali,

ma a favore dei geotermici, abbiamo che richiedono piccole

aree di terra.

Lo schema funzionale di un impianto a bacino comprende:

• l'opera di sbarramento, una o più condotte forzate, la centrale, canale di scarico delle acque.

L'impianto ad accumulo si basa su due bacini posti a quote diverse collegati da tubazioni. Nelle ore di maggiore richiesta di energia l'acqua fluisce da su ago producendo energia elettrica. Nelle altre ore avviene il contrario per accumulare energia. Questi impianti sono attualmente il miglior sistema di accumulo di energia.

Il cuore del sistema sono le turbine idrauliche, costituite da una parte fissa (distributore) che indirizza il flusso in arrivo, ed una parte mobile. I criteri di scelta della turbina si basano principalmente su salto netto e portata da turbinare.

Le turbine ad azione sono macchine idrauliche nelle quali l'acqua, uscendo dal distributore, colpisce le pale della ruota con la massima velocità possibile, le ruote girano ed è le pale deviano l'acqua verso l'uscita.

Nelle turbine a reazione si usa inserire un diffusore allo scarico della macchina al fine di recuperare l'energia cinetica.

Gli impianti di piccola taglia aiutano il cosiddetto recupero energetico, possono essere sistemi dai canali di bonifica, circuiti di raffreddamento, acquedotti locali.

L'impatto ambientale degli impianti idraulici dipende dal tipo, ma in particolare hanno impatto relativo alla variazione della quantità dell'acqua con possibili conseguente criticità per gli utilizzatori, e impatto relativo alla variazione di qualità dell'acqua, dovuta alla modifica della vegetazione.

IDROGENO E CELLE A COMBUSTIBILE (50)

Utilizzare l'idrogeno al posto dei combustibili fossili è vantaggioso, in quanto non libera anidride carbonica od inquinanti, ed è ideale per le celle a combustibile, che, a loro volta, permettono di raggiungere rendimenti molto elevati. Ma l'idrogeno non è disponibile in grandi quantità allo stato puro, proprio per questo non viene considerata una fonte primaria di energia. L'idrogeno viene prodotto con steam reforming degli idrocarburi, gassificazione del carbone, scissione dell'acqua mediante elettrolisi, e con metodologie alternative, come la scissione termo-chimica dell'acqua. Il processo più diffuso è lo steam reforming. La gassificazione del carbone produce un gas di sintesi composto da anidride carbonica, metano ed impurità. Togliendo tutto e lasciando il metano è possibile ottenere idrogeno come in precedenza fatto. L'elettrolisi è un processo antico ma ancora utilizzato perché oltre a produrre idrogeno, libera ossigeno, gas industrialmente interessante. Ma molto importante per quanto riguarda le relazioni tra che avvengono nelle celle elettrolitiche e nelle celle a combustibile. La soluzione più semplice per lo stoccaggio dell'idrogeno è l'accumulo sotto forma di gas compresso, l'alternativa liquida è molto più costosa, oppure si può considerare anche l'opzione innovativa che è l'accumulo chimico dell'idrogeno, cioè l'idrogeno viene assorbito nella struttura cristallina di una lega metallica formando un idruro. La combustione dell'idrogeno ha diverse applicazioni; per esempio la combustione di idrogeno ed ossigeno rappresentano la soluzione classica per la propulsione spaziale, mentre le combustioni di idrogeno ed aria sono utilizzate molto frequentemente nell'industria chimica. In entrambi i modi le emissioni inquinanti risultano drasticamente ridotte.

Parlando in fine delle celle a combustibile, possiamo dire

energetica, si sfrutta la forza d'urto delle onde per produrre energia elettrica.

Dall'innalzamento e dall'abbassamento regolare delle masse d'acqua si ricava energia, premettendo che l'ampiezza della marea sia sufficiente. Le centrali di marea sono limitate a causa dell' erosione che esercitano nelle coste e nella sedimentazione sul fondale dei bacini. Suddividendo la struttura in più bacini e con turbine a più bassa velocità si può salvaguardare la fauna e la flora.

Tra le fonti di energie rinnovabili, una delle più interessanti è l'energia delle correnti di marea, ma anche inesplorata.

Nello stretto di Messina è stato inaugurato un impianto sperimentale per sfruttare questo tipo di energia.

Si può sfruttare anche l'energia termica degli oceani; si sfrutta la differenza di temperatura tra i diversi strati dell'oceano. Una differenza di 20° basta a garantire la produzione di una quantità di energia economicamente sfruttabile.

L'ultima fonte di energia rinnovabile di cui parleremo è l'energia da osmosi, succede quando l'acqua dolce dei fiumi si mescola con l'acqua salata del mare e vengono liberate quantità enormi di energia. Ci sono due tecniche per convertire l'energia dissipata in energia utile, ritardo pressione permase e elettrodialisi inversa.