Transizione energetica sostenibile

CICLO KALINA

• La tecnologia non è ancora matura;

• Caratterizzato da prestazioni

superiori all’ORC sulla carta.

CICLO ORC

• È una tecnologia matura;

• Il ciclo ORC multilivello subcritico o ipercritico rappresenta la soluzione più interessante nell’immediato futuro;

• L’opzione del ciclo ipercritico potrebbe risultare conveniente nel campo di temperature più elevate.

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L’utilizzazione diretta del calore e la forma di sfruttamento dell’energia geotermica piu antica, piu diversificata e versatile e piu comune. La balneologia, il

riscaldamento urbano e di ambienti, gli usi agricoli, l’acquacoltura ed alcuni impieghi industriali sono le utilizzazioni meg lio conosciute, ma le pompe di

calore sono la forma d’uso piu diffusa. In questa sessione di studio approfondiremo quest’ultimo utilizzo.

Il riscaldamento geotermico di quartieri abitativi richiede un investimento di capitali ingente. I costi maggiori sono:

• quelli iniziali per i pozzi di produzione e di reiniezione

• delle pompe in pozzo e di distribuzione,

• delle condutture e della rete di distribuzione

• delle strumentazioni di sorveglianza e di controllo,

• degli impianti integrativi per i periodi di punta

• dei serbatoi-polmone (serbatoi di riserva).

In confronto ai sistemi convenzionali, pero, i costi operativi sono piu bassi e derivano:

• dall’energia per il pompaggio,

• dalla manutenzione,

• dal sistema di controllo

• dalla direzione tecnica e commerciale

Il RAFFREDDAMENTO DI AMBIENTI e realizzabile quando impianti ad assorbimento possono essere adattati al funzionamento con i fluidi geotermici

disponibili. Il raffreddamento è ottenuto utilizzando due fluidi:

• un refrigerante, che circola, evapora (assorbendo calore) e condensa (cedendo calore)

• un fluido secondario o assorbente.

I fluidi geotermici possono fornire l’energia termica necessaria al funzionamento di questi impianti, il cui rendimento, però, diminuisce con temperature dei

fluidi sotto 105°C.

Il CONDIZIONAMENTO DI AMBIENTI (riscaldamento e raffreddamento) con l’energia geotermica si e diffuso notevolmente a partire dagli anni ’80, a

seguito dell’introduzione nel mercato e della diffusione delle pompe di calore. I diversi sistemi di pompe di calore disponibili permettono di estrarre ed

utilizzare economicamente il calore contenuto in corpi a bassa temperatura, come terreno, acquiferi poco profondi, masse d’ac qua superficiali, ecc.

Lezione 010

01. Calcolare la potenza producibile con un impianto idroelettrico con un salto di 1 km e una portata di 5000 l/s, considerando un rendimento pari a 0.6.

29.4 kWh

29.4 kW

29.4 MW

29.4 MWh

02. Si parla di impianti idroelettrici di altissima portata quando la portata è:

100-1000 m3/s

10-100 m3/s

>1000 m3/s

<10 m3/s

03. Si parla di impianti idroelettrici di grande portata quando la portata è:

<10 m3/s

10-100 m3/s

100-1000 m3/s

>1000 m3/s

04. Quali tra le seguenti turbine idrauliche è adatta a cadute elevate e portate elevate?

Pelton

Kaplan

Francis

nessuna delle altre

05. Quali tra le seguenti turbine idrauliche è adatta a cadute modeste e portate relativamente elevate?

Francis

Kaplan

Pelton

nessuna delle altre

06. Calcolare la potenza producibile con un impianto idroelettrico con un salto di 30 m e una portata di 50 m3/s, considerando un rendimento pari a 0.5.

7.36 kW

7.36 MWh

7.36 kWh

7.36 MW

07. Negli impianti idroelettrici ad acqua fluente si utilizza tipicamente:

la turbina Francis

nessuna delle altre

la turbina Kaplan

la turbina Pelton

08. Quale dei seguenti componenti fa tipicamente parte di un impianto idroelettrico ad acqua fluente?

Diga

Bacino di monte

Bacino di valle

Vasca di carico

09. Quale dei seguenti componenti non fa tipicamente parte di un impianto idroelettrico ad acqua fluente?

Condotta forzata

Sbarramento

Vasca di carico

Opera di presa

10. Gli impianti ad acqua fluente:

sono caratterizzati da grandi differenze di pressione

sfruttano un notevole dislivello tra monte e valle

lavorano prevalentemente per soddisfare la domanda di picco

sfruttano le portate elevate del corso d'acqua

11. Quale tra questi non è una tipologia di impianto idroelettrico

impianto a bacino

impianto ad acqua fluente

impianto di accumulo a mezzo di pompaggio

impianto ad aria fluente …

12. Si parla di grandi impianti idroelettrici quando la potenza installata

è inferiore a 10000 W

è superiore a 10000 W

è superiore a 10 MW

è inferiore a 10 MW …

13. Si parla di micro-impianti idroelettrici quando la potenza installata

è inferiore a 100 W

è superiore a 100 W

è superiore a 100 kW

è inferiore a 100 kW

14. Quale tra le seguenti variabili non influisce nel calcolo della potenza meccanica ottenibile con un impianto idroelettrico?

Calore specifico dell'acqua

Densità dell'acqua

Altezza del salto

Portata dell'acqua

15. Quale tra le seguenti variabili non influisce nel calcolo della potenza meccanica ottenibile con un impianto idroelettrico?

Densità dell'acqua

Rendimento della turbina

Portata d'acqua

Rendimento dell'alternatore

16. Come avviene lo sfruttamento dell'energia idraulica? Si chiede di commentare l'energia ricavabile in un dato intervallo di tempo.

17. Qauli sono le principali turbine idrauliche?

16 "salto” (HEAD).

dell'acqua tra monte e valle di un

meccanico, la differenza d'energia potenziale

di trasformare, in lavoro

idraulica è legato alla capacità

Lo sfruttamento dell'energia

infatti, si può esprimere come:

La potenza disponibile,

P = η ρ g Δz V

dove: [kg/m3]

• ρ densità del fluido

di gravità [m/s2]

• g: accelerazione [m], 3̇

• Δz: altezza del salto [m /s]

• V: portata volumetrica

tiene conto degli attriti idraulici e meccanici

• η rendimento che l'energia ricavabile

alla portata e, di conseguenza,

evidenzia come la potenza risulti proporzionale

oltre a g anche , e z, si

si considerano costanti,

Se, in prima approssimazione, volumetrica:

all'integrale della portata

che va da 0 a sia proporzionale

nell'intervallo di tempo

17

La descrizione dettagliata delle turbine idrauliche e delle loro caratteristiche funzionali è argomento proprio dei corsi di Macchine. Qui basta osservare che tutte le turbine

idrauliche sono costituite da un organo statorico, detto distributore, dove l'energia dell'acqua è convertita in tutto o in parte in energia cin etica, e da un organo rotante, detto

ROTORE, dove l'energia cinetica dell'acqua è trasformata in lavoro meccanico. Il rotore, a sua volta, è collegato meccanicamente all'alternatore, dove il lavoro meccanico è

trasformato in energia elettrica. Le turbine idrauliche usate nelle centrali idroelettriche sono, essenzialmente, di tre tipi :

1. la ruota PELTON, adatte a cadute elevate e portate relativamente ridotte;

2. centripete tipo FRANCIS, adatte a valori intermedi della caduta e della portata, oltre che

per il funzionamento come pompe / turbine;

3. ad elica e KAPLAN, adatte a cadute modeste e portate relativamente elevate.

In base a queste sommarie considerazioni, si evince che le Pelton e Francis sono, generalmente, utilizzate negli impianti a serbatoio, mentre le turbine ad elica e Kaplan sono

utilizzate, di solito, negli impianti ad acqua fluente.

Altri tipi di turbine ad azione, meno diffuse delle turbine Pelton, sono le turbine Turgo e le turbine a flusso incrociato (Crossflow). La TURBINA TURGO, rispetto alla Pelton,

presenta delle pale con forma e disposizioni diverse; inoltre il getto colpisce simultaneamente più pale similmen te alle turbine a vapore.

Lezione 011

01. La temperatura critica dell'idrogeno è l'idrogeno:

190.6 °C

32.9 K

32.9 °C

190.6 K

02. Quale delle seguenti affermazioni in relazione all'idrogena non è corretta?

L'idrogeno è una fonte primaria di energia

Si può produrre a partire da petrolio

La reazione di combustione dell'idrogeno con ossigeno genera unicamente vapore d'acqua e non libera inquinanti in misura significativa

L'idrogeno è uno degli elementi più diffusi in natura

03. Quale tra questi non è un metodo di stoccaggio dell'idrogeno?

Nanotubi di carbonio

cracking

Idrogeno compresso

Idruri metallici

04. Rispetto al metano, il limite di infiammabilità dell'idrogeno:

è circa uguale

è meno ampio

è più ampio

l'idrogeno non è infiammabile

05. In una cella a combustibile:

all'anodo avviene la reazione di riduzione

il processo che avviene è analogo a quello dell'elettrolizzatore

viene fornito come input idrogeno e corrente elettrica per produrre in output calore ad alta temperatura

l'elettrolita ha la funzione di consentire il passaggio di corrente all'interno della cella 07

Per quanto, soprattutto in fase transitoria, la combustione tradizionale possa essere molto interessante per

aumentare la penetrazione dell'idrogeno sul mercato, solo l'uso di sistemi ad alto rendimento, quali le celle a

combustibile, consentirà di sfruttare appieno le potenzialità del vettore energetico idrogeno.

06. Qauli sono le proprietà, le caratteristiche e le applicazioni dell'Idrogeno Le celle a combustibile, infatti, funzionano in modo analogo alle batterie, in quanto producono energia elettrica

attraverso processi elettrochimici, convertendo direttamente l'energia chimica in energia elettrica. Tuttavia, a

differenza delle batterie, le celle a combustibile utilizzano sostanze provenienti dall'esterno e sono quindi in

grado di funzionare senza interruzioni fino a quando siano forniti combustibile ed ossidante.

07. Descrivere il principio di funzionamento di una cella a combustibile Le celle a combustibile sono composte da due elettrodi in materiale

poroso separati da un elettrolita. Il funzionamento delle celle a

combustibile non differisce, sotto molti aspetti, dal funzionamento

degli elettrolizzatori. Ad esempio, una cella a combustibile ad idrogeno

e ossigeno ed un elettrolizzatore dell'acqua, realizzano processi che

06 sono esattamente uno l'inverso dell'altro (forzato, con spesa di energia,

L'utilizzo dell'idrogeno per produrre energia elettrica o meccanica è indubbiamente vantaggioso, dal punto di vista quello di elettrolisi; spontaneo, con generazione di energia, quello della cella a combustibile).

ambientale, rispetto all'uso d