Paniere di Energetica ambientale (2025) - Risposte aperte

Descrivere il principio di funzionamento, il campo di applicazione e le principali caratteristiche di

un sistema di stoccaggio energetico idraulico

Questo sistema è usato per applicazioni che richiedono elevate potenze (fino a 100 MW). In questo

sistema di stoccaggio idraulico si utilizza il periodo in cui la domanda di elettricità è bassa per

pompare l’acqua in un bacino posto in quota per poi utilizzare la forza per caduta fino a valle

(quando la domanda è elevata) per generare elettricità tramite turbine ed alternatori.

Descrivere il principio di funzionamento, il campo di applicazione e le principali caratteristiche di

un sistema di stoccaggio energetico termico

Gli stoccaggi energetici termici si dividono i due tipi:

Stoccaggi termici latenti: In questo procedimento vengono utilizzati dei materiali (materiali

che cambiano stato (il più utilizzato è solido-liquido)

inorganici, organici oppure composti eutettici)

quando, durante i procedimenti, viene trasferito calore. Il vantaggio di usare questo sistema sta nel

fatto che sono necessari piccoli volumi a parità di contenuti energetici stoccati in essi e la

possibilità di trasferire calore a temperatura costante.

Stoccaggi termici sensibili: Con questo sistema viene stoccata energia prelevando o cedendo calore

da un materiale che modifica la sua temperatura per far avvenire il suo passaggio di stato. Il calore

generato dipende dalla formula

Scaricato da Dominikview (domsmimmo@gmail.com)

lOMoARcPSD|47650919

ovvero dalla densità, dal volume e dalla variazione di temperatura che avviene nel materiale.

Un sistema a basso costo molto utilizzato per uso domestico è l’utilizzo di serbatoi con acqua

termicamente stratificata, con l’acqua calda sempre in alto e quella fredda in basso.

LEZ 055

Descrivere il principio di funzionamento, il campo di applicazione e le principali caratteristiche di

un sistema di stoccaggio energetico ad aria compressa.

Un sistema di stoccaggio ad aria compressa (40-60 bar) accumula energia quanto la richiesta della

stessa è limitata, tramite uno stoccaggio in un serbatoio sotterraneo, che può essere sia naturale

che artificiale, di aria compressa. Quando aumenta la richiesta di energia questa aria compressa

viene rilasciata e riscaldata, tramite i gas di scarico di una turbina a combustione, e inizia ad

azionare delle turbine ad espansione producendo così elettricità. Questo sistema conviene grazie

al fatto del diverso valore attribuito all’energia nelle fasce di fuori dai picchi o nei picchi di richiesta.

Questo sistema è molto usato nei parchi eolici, in quanto lo stoccaggio di energia sotto forma di

aria compressa si adatta al massimo per sopperire alle irregolarità delle turbine eoliche alle

irregolarità della domanda di energia.

LEZ 056

Descrivere il principio di funzionamento, il campo di applicazione e le principali caratteristiche di

un sistema di stoccaggio energetico a fuel cell

Le celle a combustibile ergano energia grazie a dei processi elettrochimici che trasformano

l’energia chimica in elettrica. Le celle lavorano continuamente senza interruzioni, fino a quando

viene fornito l’ossidante e il combustibile. Il sistema si compone della cella a combustibile, la quale

utilizza l’ossigeno dell’aria e l’idrogeno per produrre elettricità; Il serbatoio dove viene stipato

l’idrogeno (sia in forma gassosa che liquida); l’elettrolisi che ha il compito di produrre idrogeno

consumando però energia elettrica.

Descrivere il principio di funzionamento, il campo di applicazione e le principali caratteristiche di

un sistema di stoccaggio energetico a flywheel

Questi sistemi utilizzano volani accoppiati a dei generatori, dove viene accumulata energia grazie

alla velocità di rotazione di un rotore, per poi venire estratta riducendo proprio questa velocità. Il

rotore è collocato dentro un contenitore sottovuoto e sostenuto da cuscinetti magnetici. Questi

dispositivi sono molto utili per aumentare la qualità della corrente e del voltaggio nei campi eolici.

Per contro hanno una veloce perdita di efficienza in quanto a pieno regime si arriva all’80% appena

messa in funzione per poi scendere al 45% dopo l’utilizzo di un giorno, dovuto agli attriti interni.

LEZ 057

Quali sono i parametri descrittivi caratteristici degli stoccaggi termici? Sceglierne 5 ed illustrarli

Scaricato da Dominikview (domsmimmo@gmail.com)

lOMoARcPSD|47650919

I parametri descrittivi sono ciò su cui si basa la scelta del sistema di stoccaggio e sono:

- Capacità di stoccaggio: è la quantità di energia che è disponibile nello stoccaggio dopo che è

avvenuta la fase di carica in quanto la fase di scarica non è mai completa (questo insieme al

numero di cicli di funzionamento porta al deterioramento della macchina) in quanto non tutta

l’energia stoccata viene rilasciata durante il suo utilizzo.

- Tempo di scarica: è il tempo necessario allo stoccaggio per scaricare completamente la potenza

massima ed è il risultato di un rapporto, quello tra la capacità massima stoccata e la potenza

massima disponibile.

- Costi: i costi che incidono di più in un sistema sono i costi di gestione, quali la manutenzione, la

perdita di efficienza, e l’investimento iniziale. Ci sono poi anche i costi indiretti, ma questi devono

essere valutati sull’intero ciclo della macchina, da quando viene messa in funzione fino alla sua

dismissione.

- Durabilità: è il numero massimo di cicli che può compiere la macchina, compreso della fase di

carica e della fase di scarica. Questo numero di cicli è soggettivo e difficile da determinare in

quanto dipende dalla fatica a cui è sottoposto.

- Autonomia: è il tempo massimo che il sistema riesce a lavorare con continuità rilasciando

costantemente energia. È il risultato del rapporto tra la massima energia estraibile dal sistema e la

potenza massima disponibile. Particolarmente importante è l’autonomia se si instaurano in aree

isolate.

LEZ 059

Definire cosa si intende per cogenerazione, quando e come si realizza, ed i relativi vantaggi e

svantaggi

La cogenerazione non è altro che un processo di produzione contemporanea di energia meccanica,

o elettrica e termica grazie all’utilizzo di un combustibile. Si ha un risparmio economico dato che si

consuma meno carburante e si hanno minori perdite per trasmissione e distribuzione.

L’obiettivo principale è quello di sfruttare al meglio l’energia contenuta nel combustibile e di

conseguenza ridurre l’impatto ambientale. La cogenerazione è importante se, ad esempio, viene

usata sui cicli combinati essendo loro atti ad avere rendimenti di conversione alti e anche perché si

propongono come ripotenziamento delle centrali a vapore a ciclo Rankine. Tuttavia, tutti gli

impianti termici possono essere accoppiati per fini cogenerativi, ma le tipologie più usate sono le

turbine a gas, quelle a vapore e i MCI. Applicando la cogenerazione si ha un vantaggio

termodinamico in quanto si ha possibilità di evitare l’utilizzo dei generatori di calore. Lo scopo di

accoppiare due sistemi tramite una cogenerazione è quello di migliorare l’efficienza complessiva

del sistema e non nel singolo miglioramento dell’efficienza exergetica rispetto ad un ciclo diretto

ma tradizionale, in quanto l’exergia ottenuta da un sistema che si interfaccia con ciclo combinato è

minore in quanto una parte del lavoro viene usato per aumentare il volume di calore e quindi con

un rendimento exergetico nullo.

Definire la cogenerazione, come si valutano i suoi rendimenti (energetici ed exergetici) e come si

utilizza l’IRE Scaricato da Dominikview (domsmimmo@gmail.com)

lOMoARcPSD|47650919

La cogenerazione non è altro che un processo di produzione contemporanea di energia meccanica,

o elettrica e termica grazie all’utilizzo di un combustibile. La cogenerazione è importante se, ad

esempio, viene usata sui cicli combinati essendo loro atti ad avere rendimenti di conversione alti e

anche perché si propongono come ripotenziamento delle centrali a vapore a ciclo Rankine.

I rendimenti energetici vengono valutati con il rendimento di primo principio, di secondo principio

e tramite il fattore di Carnot. Il rendimento di primo principio dipende dalla temperatura a cui

lavora il condensatore in quanto tramite la possibilità di recuperare tale energia si possono avere

rendimenti energetici elevati. Il rendimento exergetico invece permette di individuare la

configurazione più efficiente dal punto di vista termodinamico, una volta che si sanno i prodotti

che si vogliono ottenere. L’IRE è l’indice di risparmio di energia primaria

dove Ec è l’energia primaria che alimenta l’impianto cogenerativo mentre Es è l’energia primaria

che servirebbe a produrre, in un solo impianto elettrico, la stessa quantità di energia elettrica e ,in

un impianto termico, la stessa quantità di energia termica. Non è altro che un parametro che mette

a confronto l’energia primaria richiesta per un impianto cogenerativo e per un sistema con due

impianti separati. Se IRE<0 conviene la produzione separata, se =0 è indifferente e se >0 conviene

la produzione cogenerativa.

LEZ 061

Definire il funzionamento di un ciclo combinato, disegnarne lo schema di impianto e ricavare

l’espressione del rendimento

Il ciclo combinato è tale quando il calore di scarico di un ciclo che opera ad alta temperatura viene

utilizzato da un ciclo che opera a temperatura più bassa. Questo passaggio di calore e quindi con

relativo trasferimento di energia tra i due cicli avviene tramite l’installazione di un generatore di

recupero di vapore che convoglia, ad esempio, il calore dei fumi della turbina a gas in una turbina a

vapore. Se si vuole aumentare ancora il rendimento globale, si inserisce una camera di post-

combustione a monte della caldaia a recupero, così da sfruttare ancora l’elevato contenuto di

ossigeno presente nei fumi di scarico.

Scaricato da Dominikview (domsmimmo@gmail.com)

lOMoARcPSD|47650919

LEZ 062

Definire cosa si intende per microcogenerazione, quando e come si realizza, ed i relativi vantaggi

e svantaggi

La microcogenerazione è un sottogruppo della cogenerazione, si tratta di piccoli impianti di

cogenerazione che vengono adottati a singole case o piccoli condomini. La differenza sostanziale

sta nel fatto che per la microcogenerazione il calore è l’attore principale, mentre l’elettricità un suo

sottoprodotto. Questi sistemi sono molto utili se si rivende l’energia elettrica in eccesso, tramite

uno scambio sul posto. Questo procedimento è molto efficiente in quanto l’energia ceduta alla rete