Lezioni ed esercitazioni: Appunti di Sicurezza impianti energetici

Uso ottimale e sicurezza degli impianti energetici

Introduzione

Politecnico di Torino - Anno 2012/2013

Corso di Ingegneria Energetica

Professoressa: Sobrero Giulia

Alunno: Conigliaro Christian

Argomenti trattati

• Impatto ambientale:
  • Definizioni ambiente
  • Classificazione effetti attività antropiche
  • Eutrofizzazione delle acque
  • Sostenibilità ambientale
  • Valutazione impatto ambientale (V.I.A.)
  • Identificazione degli impianti
  • Matrici coassiali
  • Grafo-Pont Ventoux
  • Impatto netto, lordo e di fondo
  • Gli indicatori
  • Modello PSR
  • Modello DPSIR
  • Effetto CO2
  • Il ciclo del carbonio
  • Esercizi
  • Correlazione combustibile/CO2
  • PCI e PCS
  • Emissioni di gas serra
  • Il protocollo di Kyoto
  • Concentrazione di ozono nell'atmosfera
  • Piogge acide
  • Esercizi
  • Metodi per contenere le emissioni
  • NOx termici
  • Inquinanti e inquinamento atmosferico
  • Indice qualità aria (I.Q.A.)
  • Meteorologia
  • Dry adiabatic lapse rate
  • Wet adiabatic lapse rate
  • Forme dei plume
  • Misure di direzione ed intensità del vento
  • Espressioni semiempiriche velocità del vento
  • Equazione della diffusione atmosferica
  • Modello Pasquill/Gifford
  • Informazioni utili per gli esercizi
• Acustica:
  • Il decibel
  • Differenza tra potenza e pressione sonora
  • Operazioni tra livelli
  • Curve di ponderazione
  • La normativa
  • Valutazione impatto acustico
  • Calcolo della potenza sonora di una sorgente

Uso ottimale e sicurezza degli impianti energetici

È un sistema molto complesso che per comodità spesso viene suddiviso in sottosistemi (componenti ambientali).

Componenti ambientali

Componenti a-biotiche

• Aria, acqua e suolo (solo le molecole):
  • Atmosfera: involucro gassoso che circonda la Terra (fino a 1000 km di quota dal suolo).
    • Strati di atmosfera: ci concentriamo particolarmente sulla troposfera. Nella stratosfera abbiamo un sottile strato concentrato di ozono chiamato Ozonosfera.
  • Litosfera: strato solido superficiale della crosta terrestre (suolo, sottosuolo), ci interessa solo per i minerali presenti fino ad una certa profondità.
  • Idrosfera: insieme delle masse d'acqua della Terra.
    • Acque superficiali (fiumi, laghi, mari)
    • Acque sotterranee (falde, pozzi)

Componenti biotiche

• Vegetali e animali:
  • Biosfera:
    • Vegetazione: aggregazione di individui vegetali prevalenti
    • Flora: insieme delle specie vegetali (lista qualitativa)
    • Fauna: complesso di tutte le specie animali (vertebrati e non)

Componente antropica

• Esseri umani
• Paesaggio e patrimonio storico culturale
• Assetto territoriale e socio-economico

Consigli per l'esame

Sobrero: bisogna sapere bene quei 4 esercizi sulla combustione che ogni tanto svolgerà a lezione, all'esame saranno di quella tipologia. Nei primi due appelli di febbraio, come domande teoriche, aveva chiesto gli "indici NOx e SOx". Fai occhio all'ultima tipologia di esercizio (l'isoplete), nella sessione di febbraio non l'aveva chiesto, ma in quella di luglio e settembre sì.

De salve: è imprevedibile. Non posso consigliare nulla di certo.

Lavagno: non ti preoccupare.

Impatto ambientale

Si intende come impatto ambientale una o più modifiche ad una o più componenti ambientali. Quindi, qualunque processo (anche di tipo naturale) crea delle modifiche e quindi ha un impatto ambientale. N.B: in questa definizione non c'è un giudizio, non è né positiva né negativa.

Classificazione delle cause relative all'impatto ambientale

• Eventi naturali:
  • Terremoti, eruzioni, decomposizione
• Attività antropiche:
  • Concentrate:
    • Aeroporti, grosse industrie, porti di mare. Impatti definiti nello spazio e relativamente facili da identificare e controllare.
  • Diffuse:
    • Numerose case, numerose macchine e piccole utenze che nel complessivo risultano parecchio influenti. Elevati punti di attività con maggiori difficoltà di identificazione e controllo.
    • Classificate in fisse, mobili e uso finale prodotti (bomboletta spray).

Fase attività che può comportare modifiche ambientali:

• Costruzione
• Esercizio normale
• Smantellamento (smaltimento)

a) Eventi previsti

b) Eventi incidentali

Questi due eventi possono avvenire in tutte le tre fasi, e per questo si studia una sicurezza per ogni fase dell'attività.

Classificazione effetti delle attività antropiche sull'ambiente

• Utilizzo di risorse naturali
• Immissione di residui
• Occupazione del suolo
  • Funzione
  • Fruibilità
  • Assetto sociale, culturale, organizzativo

Si intende risorsa tutto ciò che l'uomo utilizza per produrre energia o beni di cui necessita.

• Risorse naturali: materiali, cibo, energia
• Risorse culturali: conoscenze, tecnologie, tradizioni, norme.

Risorse per la produzione di energia

• Produzione senza consumo di materia:
  • Collegate ai cicli naturali (eolica, solare e tutte le energie che non consumano la materia, rinnovabili).
• Produzione con consumo di materia:
  • Risorse biotiche: vegetali, legno, animali.
  • Risorse a-biotiche: fossili, carboni, petrolio o molecole della litosfera, atmosfera e idrosfera.

Quando la velocità con cui consumiamo queste materie è uguale a quella con cui la materia riesce a riprodursi, si parla di energie rinnovabili. Quando la velocità con cui consumiamo è maggiore di quella con cui la risorsa si riproduce si parla di energie non rinnovabili.

Durata delle materie prime: essa viene stimata come il rapporto tra le riserve accertate (le scorte) ed i consumi di quell'anno.

Riserva di una risorsa: quantità accertata del materiale, valutata economicamente recuperabile con le attuali tecnologie (si valuta anche quanto costerebbe il prelievo).

Risorsa: somma delle risorse, materiali e quantità.

Suddivisione delle risorse:

• Non identificate, non si ha neanche l'idea di dove siano per ora.
• Non accertate, ovvero da individuare i "pozzi" (uranio, petrolio, ecc).
• Non economiche (so dove sono ma per ora non conviene estrarle).
• Identificate (risorse effettive).

La stima della durata varia con l'aggiornamento dei valori delle riserve, dei consumi e con l'evoluzione dei prezzi e sviluppo tecnologico.

Immissione di residui

Spesso i residui vengono messi in componenti a-biotici, ma questo non vuol dire che non avrà impatto ambientale, poiché la componente biotica è a stretto contatto con la a-biotica (butto i residui nell'acqua, che vanno ad intaccare i pesci). Solitamente quindi si parla della componente a-biotica come un ricettore (suolo, acqua, aria).

Caratteristica della biodegradabilità dei residui:

• Biodegradabili: ci sono delle componenti biotiche che fanno da detritivori e sminuzzano e rielaborano i residui rendendoli riutilizzabili dagli altri componenti biotici del ciclo. Bisogna però ricordarsi sempre che la quantità gioca un ruolo fondamentale, tutto va bene finché la velocità di smaltimento rimane superiore o al massimo uguale a quella di accumulo.

Eutrofizzazione delle acque

Usando i fertilizzanti in maniera abbondante, nel tempo, si è notato che tutto quello che la pianta non assimilava, con le piogge veniva portata via (verso laghi e fiumi). Nei laghi c'è poco ricambio di acqua, quindi si andava ad accumulare fosforo, facendo prolificare le alghe. Inizialmente si è avuto un incremento della vita nei laghi (più cibo per i pesci), successivamente però quando la pianta moriva, si depositava sul fondo e veniva assorbita dal terreno. Questi "assorbitori" per il processo utilizzano l'ossigeno, quindi piano piano hanno finito l'ossigeno sul fondo del lago (che non avendo un ricambio di acqua non ripristinavano la situazione) e soffocato i pesci. Quando succedono queste "estinzioni" bisogna ripristinare la situazione artificialmente, pulendo le acque (che con tutte le morti iniziano a puzzare) e "ripopolando" il lago. Questo effetto succede anche in aria, producendo troppa anidride carbonica, i "polmoni" della Terra (le piante) non riescono ad assimilare tutto, lasciando questi residui nell'aria, che in grandi quantità risultano per noi tossiche. Un altro effetto della presenza eccessiva di anidride carbonica in aria è "l'acidificazione" delle piogge.

Compatibilità (sostenibilità) ambientale dello sviluppo

Concetto introdotto nel Rapporto Brandtland (1988):

Sviluppo sostenibile: sviluppo capace di soddisfare i fabbisogni del presente senza compromettere le capacità non solo odierne, ma anche delle generazioni future di soddisfare i propri bisogni. Con questo non si pretende di "prevedere il futuro" cercando di scoprire il bisogno che ci sarà, ma almeno curare i problemi odierni che ci sono, per limitarne i danni in futuro.

Come fare però ad almeno "intuire" che cosa servirà alle generazioni future?

Si parte dalla prospettiva che la riduzione del patrimonio naturale ereditato comporta dei pericoli, quindi come primo passo bisogna definire delle regole di comportamento, per rispettare il principio etico. Ci sono due tipi di ragionamento:

• Atteggiamento prudenziale (sostenibilità ecologica forte): cercare di risparmiare il più possibile il patrimonio naturale ereditato, al limite l'obiettivo è di lasciare alle generazioni future un patrimonio naturale non inferiore a quello ereditato.
• Atteggiamento meno prudenziale (sostenibilità ecologica debole): le perdite biologiche sono state indispensabili per lo sviluppo scientifico e tecnologico che ha permesso di individuare i pericoli e trovare soluzioni per evitare sprechi e per economizzare le risorse. Questo atteggiamento si fida delle capacità delle generazioni future di fronteggiare le conseguenze ambientali delle nostre azioni.

Compatibilità economica

Rappresenta la crescita del capitale prodotto dall'uomo (sociale, non del singolo uomo). Una compatibilità economica bandisce lo spreco.

Compatibilità ecologica

Anche qui parleremo di ricchezze, ma non economiche bensì naturali, si parlerà quindi di "minimizzare i costi" (danni biologici-impatti negativi).

• Mitigazione: soluzione impiantistica per la riduzione degli impatti ambientali della centrale (in questo modo diminuisco il costo biologico). Esempi di mitigazione sono la localizzazione dell'impianto. Il costo sia delle misure mitigative che compensative va tenuto in conto nel calcolo del bilancio economico.
• Sostenibilità bioeconomica forte: bilancio economico e biologico maggiore di zero. La somma del bilancio economico con- sostenibilità bioeconomica debole: il bilancio biologico maggiore di zero. Se si parla di sostenibilità ambientale occorre tenere conto anche della antroposfera del patrimonio associato (storico culturale e paesaggistico).

Sostenibilità storico-culturale

Minimo impatto negativo (danni)

L'impatto negativo minore della soglia accettabile di impatto negativo (vincoli di tutela dei beni storico-culturali)

Massimo impatto positivo (azioni di compensazione-pulire, restaurare)

Compensazione: riguardante ogni sostenibilità, si tratta del "ripristino" parziale o totale di un impatto negativo (sia naturale che artificiale).

Sostenibilità paesaggistica

Minimo impatto negativo sul paesaggio (esempio: tubazioni delle centrali idroelettriche interrate, quindi invisibili all'occhio umano).

Impatto negativo minore della soglia accettabile (tutela paesaggio).

Massimo impatto positivo

Ricorda che una sostenibilità forte deve avere tutte le tipologie di sostenibilità maggiori di zero. Una sostenibilità debole deve avere la somma di tutte le tipologie di sostenibilità maggiori di zero.

Requisiti della sostenibilità ambientale

• Eterogeneità impatti ambientali: Problema -> confrontare i diversi tipi di impatto. Problema -> compromesso tra guadagno e perdita.
• Conflittualità obiettivi: La distribuzione degli impatti può essere INIQUA (non equamente distribuita tra i gruppi e ceti sociali, aree geografiche e generazioni).

Nel 1985 la Comunità europea sottolinea: La migliore politica ecologica consiste nell'evitare fin dall'inizio inquinamenti ed altre perturbazioni anziché combatterne successivamente gli effetti, e come occorra introdurre principi generali di valutazione d'impatto ambientale allo scopo di completare e coordinare le procedure di autorizzazione dei progetti pubblici e privati che possono avere un impatto rilevante sull'ambiente.

V.I.A: Valutazione di impatto ambientale di un'opera

Essa è una procedura tecnica per cercare di:

• Individuare, descrivere e stimare gli effetti di determinati progetti.
• Valutare la compatibilità ambientale dell'opera.

L'obiettivo è quello di autorizzare opere al fine di migliorare la qualità della vita e garantire elevati livelli di tutela dell'ambiente. Essa quindi dovrebbe consentire la scelta di un'opera ad impatto minimo in un sito ottimale.

La V.I.A. comprende quindi: uno studio di impatto ambientale, delle consultazioni, una valutazione dei risultati studiati e i risultati della consultazione.

Valutare = conoscere + giudicare.

Un valutatore deve agire (teoricamente) a favore dell'interesse sociale. La società è costituita da una comunità e gruppi con diversi valori culturali e differenti stili di vita, ma che decide democraticamente e ha la possibilità di partecipare al processo decisionale e ha accesso alle "informazioni complesse". In realtà però, purtroppo, non tutti i soggetti hanno lo stesso potere negoziale.

I piani di interesse territoriale

• PEN V.A.S. valutazione-piano generale acquedotti ambientale strategica
• Piano agricolo nazionale
• Piano di bacino
• Piano regolatore

I soggetti attivi del procedimento V.I.A. sono

• Il committente dell'opera (proponente): elabora la parte cartacea di studi.
• Il pubblico (cittadini singoli o associati): visto che le opere coinvolgono in primis i cittadini è giusto che possano partecipare.
• L'autorità competente (pubblica amministrazione): comunica se l'opera è compatibile o incompatibile.

Normative del V.I.A.

Vale una gerarchia delle leggi, ovvero, ci sono delle leggi emanate dalla comunità europea, leggi statali, regionali, ecc. Le leggi a livello territoriale inferiore non possono contraddire o essere meno restrittive di quelle a livello territoriale superiore (al massimo più restrittive).

Le gerarchie sono divise in:

• Unione Europea:
  • Regolamenti e direttive comunitarie
• Singoli stati:
  • DPR (decreto presidente repubblica)
  • DCM (decreto presidente consiglio dei ministri)
  • DM (decreto ministeriale)
• Regioni:
  • Leggi regionali

Direttive comunitarie

Direttiva 337/85/CE del 1985: "valutazione dell'impatto ambientale di determinati progetti pubblici e privati"

• Visti i vari articoli associati a questa direttiva: la politica della comunità contribuisce tra l'altro a perseguire gli obiettivi di salvaguardia...

La direttiva ha lo scopo di completare e coordinare le procedure di autorizzazione dei progetti pubblici e privati che possono avere impatto rilevante sull'ambiente. L'autorizzazione va concessa solo previa valutazione delle loro probabili rilevanti ripercussioni sull'ambiente; che questa valutazione deve essere fatta in base alle opportune informazioni fornite dal committente ed eventualmente completata dalle autorità e dal pubblico eventualmente interessato dal progetto.

I principi di valutazione dell'impatto ambientale devono essere armonizzati, in particolare i progetti da sottoporre a valutazione, i principali obblighi dei committenti e il contenuto della valutazione.

Articolo n°1

La presente direttiva si applica alla valutazione dell'impatto ambientale dei progetti pubblici e privati che possono avere un impatto ambientale importante.

Articolo n°2

Gli stati membri adottano le disposizioni necessarie affinché, prima del rilascio dell'autorizzazione per i progetti (per i quali si prevede un notevole impatto ambientale in particolare per la loro natura le loro dimensioni o la loro ubicazione), sia prevista un'autorizzazione e una valutazione del loro impatto. Detti progetti sono definiti nell'articolo 4.

Articolo 3

La valutazione dell'impatto ambientale individua gli effetti diretti ed indiretti di un progetto sui seguenti fattori:

• L'uomo, la fauna e la flora
• Il suolo, l'acqua, l'aria, il clima e il paesaggio
• I beni materiali ed il patrimonio culturale
• L'interazione tra i fattori di cui al primo, secondo e terzo trattino

Considerazioni

La direttiva considera come componenti principali dell'ambiente:

• La sfera biotica (l'uomo e le altre specie viventi)
• La sfera abiotica (suolo, acqua, aria)
• La sfera culturale

Articolo 4

Stabilisce le opere soggette a procedura di V.I.A. attraverso un duplice elenco:

• Elenco opere obbligatoriamente sottoposte a V.I.A.
• Elenco opere per le quali:
  • Da un lato si domanda ad ogni stato membro di stabilire se devono essere assoggettate a procedura di V.I.A. (screening). Si lascia la libertà agli stati membri di optare tra due criteri di...