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Energie rinnovabili


ENERGIE RINNOVABILI

Oggi, oltre l'80% dell'energia utilizzata nel mondo viene prodotta bruciando combustibili fossili (petrolio, carbone, metano); è ormai accertato che gli impianti che utilizzano combustibili fossili generano gas inquinanti i quali, una volta immessi nell'atmosfera, danneggiano l'ambiente. Ma anche gli impianti di riscaldamento, le centrali termoelettriche, gli inceneritori e le industrie in generale emettono nell'atmosfera elevate quantità di gas inquinanti, generando, nelle città e nelle zone industriali, fenomeni come lo smog fotochimico e le piogge acide , e contribuendo allo stesso tempo allo sviluppo di fenomeni che si ripercuotono su tutto il pianeta, come l'aumento dell'effetto serra e i possibili cambiamenti climatici .

Negli ultimi anni molto è stato fatto per fronteggiare questi problemi: dall'impegno a perseguire un modello di sviluppo sostenibile, alla ricerca degli strumenti più adeguati per conciliare la crescente domanda di energia con la salvaguardia dell'ambiente.
In particolare, con l’obiettivo di fronteggiare i cambiamenti climatici dovuti all'aumento dell'effetto serra , nel 1997 i paesi industrializzati responsabili di oltre il 70% delle emissioni di gas serra hanno definito un protocollo, il 
protocollo di Kyoto
, che stabilisce tempi ed entità della riduzione delle emissioni di gas serra ed individua politiche ed azioni operative utili a raggiungere questi risultati.
Il 
protocollo di Kyoto individua la necessità di ridurre soprattutto le emissioni di anidride carbonica, prodotta dall'impiego dei combustibili fossili in tutte le attività generiche industriali oltre che nei trasporti, e indica alcune politiche ed azioni operative in relazione a questi obiettivi, tra cui:

migliorare l'efficienza tecnologica e ridurre i consumi energetici nel settore termoelettrico, nel settore dei trasporti e in quello abitativo e industriale;

incentivare la ricerca, lo sviluppo e l'uso di nuove fonti di energie rinnovabili, in grado di garantire un impatto ambientale più contenuto di quello prodotto dalle fonti fossili.

Le fonti rinnovabili di energia
Le fonti rinnovabili di energia sono quelle fonti che, a differenza dei 
combustibili fossili e nucleari destinati ad esaurirsi in un tempo definito, possono essere considerate inesauribili.
Sono fonti rinnovabili di energia l'
energia solare, l'energia idraulica, del vento, delle biomasse, delle onde e delle correnti, ma anche l'energia geotermica
, l'energia dissipata sulle coste dalle maree e quella prodotta dai rifiuti industriali e urbani.

Le caratteristiche
Le fonti rinnovabili di energia possiedono due caratteristiche fondamentali che rendono auspicabile un loro maggior impiego: rinnovano la loro disponibilità in tempi estremamente brevi (si va dalla disponibilità continua nel caso dell'uso dell'energia solare ad alcuni anni nel caso delle biomasse) e il loro utilizzo inoltre produce un inquinamento ambientale del tutto trascurabile.
Con opportune tecnologie è possibile convertire queste fonti in energia termica, elettrica, meccanica o chimica.
Possiamo infatti ricorrere alle fonti rinnovabili:

installando impianti solari per soddisfare le nostre esigenze di acqua calda;

installando impianti fotovoltaici per la produzione di energia elettrica;

installando caldaie a biomasse;

installando piccoli aerogeneratori per sfruttare il vento. 

Solare Termico
Il solare termico è la tecnologia che consente di utilizzare l'energia solare per produrre calore. E’ considerato oggi uno dei metodi più razionali, economici e puliti di fornire energia, principalmente per scaldare l'acqua o l'aria.
L'impiego della radiazione solare per la produzione di acqua calda è molto diffuso in diversi Paesi europei, come la Germania, la Grecia e Cipro.
Il nostro paese, pur favorito da un ottimo livello di radiazione solare, non ne ha ancora adeguatamente sviluppato l'uso.

Come si utilizza
L'elemento fondamentale della tecnologia del solare termico è il “collettore solare” , costituito da una piastra con una o più coperture trasparenti in grado di captare la radiazione solare.
La caratteristica principale che identifica la qualità di un collettore solare è l'efficienza (o rendimento) intesa come capacità di conversione dell'energia solare in energia termica.
Il collettore trasmette l'energia termica acquisita dalla radiazione solare al fluido, generalmente acqua, che viene indirizzato verso un accumulatore termico.

Vantaggi/Svantaggi
• Riduzione delle emissioni in atmosfera legate al riscaldamento dell’acqua al 70% rispetto ad un sistema tradizionale;
• Grande disponibilità (l'energia solare che raggiunge la terra supera di 15.000 volte il consumo totale di energia del pianeta).
• Impatto visivo degli impianti (risolvibile programmandone l'installazione in fase di progettazione degli edifici);
• Bassa intensità per unità di superficie (massimo di 1 kW/mq). Se non si ricorre alla concentrazione con lenti o specchi la temperatura che si può raggiungere è inferiore ai 100° C.
 

Fotovoltaico
La parola fotovoltaico deriva da photo (luce) e voltaico (elettricità) e significa elettricità prodotta attraverso la luce.Un sistema fotovoltaico è in grado di trasformare, direttamente ed istantaneamente, l'energia solare in energia elettrica senza l'uso di alcun combustibile.
All'interno del sole, infatti, a temperature di alcuni milioni di gradi centigradi, avvengono incessantemente reazioni termonucleari di fusione che sprigionano enormi quantità di energia sotto forma di radiazioni elettromagnetiche.
L'energia irradiata si propaga nello spazio e, dopo aver attraversato l'atmosfera, arriva al suolo con una intensità pari a circa 1.000 W/mq: questo enorme flusso di energia che arriva sulla Terra è pari a circa 15.000 volte l'attuale consumo energetico mondiale.
Esso sfrutta il cosiddetto effetto fotovoltaico, cioè la capacità che hanno alcuni materiali semiconduttori opportunamente trattati di generare elettricità se esposti alla radiazione luminosa.

Come si utilizza
Un sistema fotovoltaico è costituito da un insieme di moduli fotovoltaici, da un sistema di condizionamento e controllo della potenza (inverter), da uno o più contatori dell’energia prodotta, da un eventuale accumulatore di energia e dalla struttura di sostegno.
Il generatore fotovoltaico è composto da un insieme di moduli fotovoltaici collegati in modo da ottenere i valori di potenza e tensione desiderati.
I moduli sono costituiti da un insieme di celle. Un insieme di moduli collegati elettricamente in serie è detto stringa. Possono essere presenti più stringhe in parallelo.
I moduli fotovoltaici più diffusi ed affidabili dal punto di vista della durata (e della garanzia) delle prestazioni sono quelli costituiti da celle a 
silicio mono e policristallino. Questi moduli attualmente sono in grado di convertire fino al 15-17% dell’energia sol

Vantaggi/Svantaggi
• Costo nullo del combustibile;
• Risparmio per ogni kWh prodotto di circa 250 grammi di olio combustibile;
• Risparmio di circa 700 grammi di emissioni di 
anidride carbonica (CO2) nonché di altri gas responsabili dell'effetto serra
 ;
• Una volta raggiunto il recupero dell'investimento si dispone di energia praticamente a costo zero;
• Nessun limite alla produzione di potenza da sistemi fotovoltaici.
• Quantità non costante di energia elettrica prodotta; 
• Completa autonomia all'utenza realizzabile solo collegando gli impianti alla rete elettrica di  distribuzione nazionale o utilizzare dei sistemi di accumulo dell'energia elettrica; 
• Costi di produzione dell'energia elettrica con un impianto fotovoltaico ancora troppo elevati. 
 

Minieolico
L'energia eolica è l'energia prodotta dal vento ed è legata al movimento di masse d'aria che si spostano da aree ad alta pressione atmosferica verso aree adiacenti di bassa pressione: utilizzare l'energia eolica significa sfruttare l'energia cinetica derivante dalle masse d'aria in movimento.
Solo da pochi decenni l'energia eolica viene utilizzata per produrre elettricità, attraverso gli aerogeneratori.
Il principio di funzionamento degli aerogeneratori è lo stesso dei mulini a vento: il vento che spinge le pale. Tuttavia nel caso degli aerogeneratori il movimento di rotazione delle pale viene trasmesso ad un generatore che produce elettricità.
La potenza eolica mondiale installata al 31/12/2007 ammonta a 151.248 MW. Di questi circa 57.136,3 MW sono prodotti in Europa, soprattutto in Germania, Spagna e Danimarca (fonte ANEV). In Italia a Dicembre 2007 risultano installati 2.726 MW eolici (fonte ANEV). 

Come si utilizza
L'energia del vento viene sfruttata mediante l'impiego di macchine eoliche (o aerogeneratori) in grado di trasformare l'energia eolica in energia meccanica di rotazione, utilizzabile sia per l'azionamento diretto di macchine operatrici che per la produzione di energia elettrica: in quest'ultimo caso sarà presente un sistema di conversione che comprende un generatore elettrico ed i sistemi di controllo e di collegamento alla rete elettrica.
Più aerogeneratori collegati insieme formano le wind-farm, “fattorie del vento”, vere e proprie centrali elettriche. Le wind-farm posso anche essere costruite in mare (impianti offshore): rappresentano un'utile soluzione per i paesi densamente popolati e con forte impegno del territorio che si trovano vicino al mare. I migliori siti eolici offshore sono quelli con venti che superano la velocità di 7-8 metri al secondo, che hanno bassi fondali e che sono situati ad oltre 3 chilometri dalla costa. Secondo alcune stime, gli impianti eolici nei mari europei potrebbero fornire oltre il 20% del fabbisogno elettrico dei paesi costieri. In Europa il paese con la più grande potenza eolica installata è la Germania, con circa 20.000 MW (Dati ENEA 2006), seguono la Spagna (11.600 MW) e la Danimarca (3.200 MW).
Grazie all'utilizzo di miniturbine eoliche, molto piccole, moderne e silenziose, specifiche per l'utilizzo urbano, è inoltre possibile sfruttare l'energia eolica anche per produzione domestica o in distretti agricoli.
Il settore dell'eolico di piccola taglia va considerato in modo distinto rispetto a quello dei grandi aerogeneratori, sia dal punto di vista tecnico sia economico ed applicativo, che dal punto di vista dell'impatto sull'ambiente.
Le prime pale ad asse orizzontale sono le discendenti dei mulini a vento classici seppur di dimensioni decisamente più ridotte; possono essere orientate tramite una deriva posta “a valle” delle pale in modo che possano essere sempre posizionate perpendicolari al vento.
Le seconde invece, quelle ad asse verticale, godono di una particolarità: non hanno bisogno di orientamento in quanto offrono al vento la superficie utile in un arco di 360°.

Vantaggi/Svantaggi
• L'energia eolica è una fonte rinnovabile e pulita; 
• L'energia eolica è una delle fonti rinnovabili più convenienti;
• Le miniturbine eoliche hanno un impatto visivo quasi nullo e sono in grado di produrre energia anche con flussi ventosi modesti;
• Il minieolico inoltre non necessita di grandi infrastrutture per il trasporto dell'energia elettrica presso le utenze;
• I sistemi eolici di piccola taglia godono inoltre di grande disponibilità di siti utilizzabili, ridotti spazi di installazione, modeste infrastrutture per l'installazione, basso impatto sul territorio;
• Nel caso delle wind-farm la parte del territorio non occupata dalle macchine può essere impiegata per agricoltura e pastorizia.
• Occupazione del territorio; 
• Impatto visivo;
• Rumore (il rumore deve comunque essere inferiore ai 45 decibel in prossimità di abitazioni: i moderni aerogeneratori soddisfano questa richiesta a partire da distanze di 150/180 metri);
• Possibili effetti indesiderati sulla flora e la fauna;
• Interferenze sulle telecomunicazioni.
 

Miniidroelettrico
Varie sono le forme con le quali l'acqua ci offre energia: è possibile sfruttare l'energia delle onde, delle maree, delle correnti marine. Tuttavia una sola forma di energia dell'acqua ha assunto sinora rilievo: l'energia cinetica delle acque della superficie terrestre che può essere convertita in energia elettrica mediante apposite turbine idrauliche (energia idroelettrica). Gli impianti idroelettrici producono energia elettrica sfruttando l'energia potenziale posseduta da una corrente d'acqua tra un dislivello, detto salto, esistente tra le due sezioni di pelo libero superiore (a monte) e inferiore (a valle).
Questa energia potenziale conferisce all'acqua energia cinetica, che viene convertita in 
energia meccanica
 per mezzo di turbine, messe in rotazione dalla massa d'acqua che transita al loro interno. L'energia meccanica si trasforma in elettricità attraverso una macchina elettrica detta alternatore.
Oggi l'
energia idraulica
 è la principale fonte nazionale per la produzione di elettricità, con una potenza installata di circa 17.000 Megawatt e una produzione annua che oscilla intorno ai 45 miliardi di kilowattora.
Il primo impianto idroelettrico italiano è stato costruito alla fine del 1800, in Liguria, località Isoverde; fino al 1960 l'acqua è stata la principale fonte per la produzione di elettricità, superata poi dai 
combustibili fossili resisi necessari a seguito del boom economico

Come si utilizza
L'utilizzazione di questa risorsa attraverso la costruzione di grandi impianti idraulici ha raggiunto in Europa il massimo livello, ma restano ancora diverse opportunità connesse all'impiego di impianti di piccola dimensione che sfruttano la corrente di un fiume o di un canale.
Gli impianti di piccola dimensione possono apportare benefici ai corsi d'acqua in termini di regolarizzazione del flusso dei corpi idrici a carattere torrentizio, soprattutto nelle aree montane degradate o dal suolo dissestato, concorrendo efficacemente alla salvaguardia del territorio.
In particolare gli impianti di piccola taglia sono in grado di generare elettricità dall'acqua che scorre nei fiumi, nei canali e nelle correnti e possono essere installati anche all'interno di sistemi idrici come ad esempio in:
•    acquedotti;
•    canali di bonifica o d'irrigazione;
•    condotte di deflusso per esuberi di portata.

Vantaggi/Svantaggi
• E’ una risorsa largamente disponibile (e sfruttata) nel territorio nazionale, gestibile dalle comunità locali senza bisogno di grosse reti di distribuzione, con un conseguente vantaggio paesaggistico;
• Il suo sfruttamento tramite impianti di piccola taglia non produce impatti ambientali negativi integrandosi in modo equilibrato negli ecosistemi locali e non diminuendo la quantità di risorsa disponibile;
• L’energia idroelettrica ha raggiunto un livello tecnologico maturo in termini di sicurezza, manutenzione e durata;
• Nel caso di impianti idroelettrici “mini e micro”:
- Installazione semplice e con brevi tempi di cantiere; 
- Necessitano di una limitata risorsa idrica per produrre energia elettrica;
- Attuano una generazione distribuita vicina alle utenze, così da minimizzare le perdite dovute al trasporto dell'energia elettrica;
- Non provocano emissioni gassose o liquide inquinanti per l'aria o l'acqua;
- Evitano l'immissione in atmosfera di 
anidride carbonica
 (16.000 tonnellate in un anno per un impianto mini-idro di 5 MW di potenza).
• Gli impianti di grosse dimensioni, con invasi per milioni di metri cubi d'acqua, hanno un impatto notevole sull'ambiente, gli ecosistemi e le comunità del territorio;
• Possibili rischi per le specie ittiche; l'eventuale impatto sulla migrazione dei pesci può essere mitigato sia attraverso l'installazione di apposite griglie per evitare che i pesci pervengano nella turbina sia creando appositi passaggi tali da consentire di superare gli ostacoli dell'opera di presa (“scala dei pesci”);
• In presenza di piccoli dislivelli dell’alveo del corso d’acqua, può rendersi necessario  realizzare lunghe condotte in pressione, che sottraggono portata vitale (nell’accezione biologica) a lunghi tratti del corso d’acqua dove è avvenuto il prelievo;
• E’ da valutare attentamente la disponibilità futura di risorsa idrica: i cambiamenti climatici in questo senso hanno prodotto una variabilità delle precipitazioni sul territorio che ha avuto come conseguenza, negli ultimi anni, una diminuzione dell’energia prodotta a fronte di una maggiore potenza installata (fonte Enea 2005).
 

Biomasse
Biomassa è un termine che riunisce una gran quantità di materiali di origine vegetale e animale di natura estremamente eterogenea; la biomassa utilizzabile ai fini energetici comprende tutte quelle sostanze organiche che possono essere utilizzate direttamente come combustibili o che possono essere trasformate in Errore. Riferimento a collegamento ipertestuale non valido.solidi, liquidi o gassosi.
La biomassa rappresenta una forma naturale di accumulo di energia solare: questa infatti consente alle piante di convertire, durante la loro crescita, l'
anidride carbonica  atmosferica in materia organica, tramite il processo di fotosintesi
.
Con il termine biomassa  si può distinguere tra colture dedicate a scopo energetico e residui provenienti da attività agro-industriali (settore alimentare: vinacce, noccioli, ecc.), alimentari, forestali (industria del legno) ed urbane (rifiuti solidi urbani di tipo “umido”).

Come si utilizza
La biomassa può essere utilizzata sia bruciandola direttamente in opportuni dispositivi di conversione per produrre calore o energia elettrica, tramite combustione, o indirettamente come materia prima per la produzione di bio-combustibili per gli utilizzi più svariati e a seconda della tecnologia di impiego. Si distingue quindi tra:
• uso diretto: le principali applicazioni sono quelle connesse all'uso di caldaie per la produzione di 
energia termica
 o di sistemi per la produzione combinata di energia termica ed energia elettrica; i combustibili tipici da impiegare nelle caldaie a biomassa sono la tradizionale legna da ardere, il cippato di legno (ossia legno sminuzzato) e il pellet (piccoli cilindri di legno sminuzzato e pressato).
• uso indiretto: la biomassa costituisce la materia prima per ottenere, attraverso adeguati processi di trasformazione, vari 
bio-combustibili
 (biodiesel usato per autotrazione, etanolo, olio vegetale, metano, ecc.).
L'uso della biomassa inoltre rappresenta un elemento essenziale nel coprire parte del fabbisogno energetico mondiale attraverso una serie di possibili utilizzi finali quali:
• produzione di calore per utenze singole;
• produzione di calore per una rete di utenze termiche;
• produzione di energia elettrica;
• produzione combinata di energia elettrica ed 
energia termica
 ;
• produzione di 
bio-combustibili
.
Occorre tenere presente il differente potere calorifico (calore prodotto per ogni kilogrammo di combustibile) tra metano e biomassa . Nel caso del gas naturale il potere calorifico vale 45 MJ/kg, mentre per biomassa lignea (cippato, pellet, legna ben stagionata) il potere calorifico vale 15-18MJ/kg. Ne consegue che per produrre la medesima quantità di energia termica con biomasse occorre un quantitativo (in massa) pari a circa 3 volte rispetto al gas naturale.

Vantaggi/Svantaggi
• La biomassa è una risorsa ampiamente disponibile, pulita e rinnovabile; 
• Lo sfruttamento a fini energetici delle biomasse non contribuisce all'aumento dell'
anidride carbonica
nell'atmosfera (la quantità di anidride carbonica rilasciata nella conversione energetica della biomassa è pari a quella assorbita nella crescita della biomassa stessa);
• Incentiva della manutenzione dei boschi attraverso la valorizzazione di residui agroforestali;
• Crea nuove opportunità di sviluppo per zone marginali e la riduzione di surplus agricoli, con sostituzione di colture tradizionali con “colture energetiche” dedicate;
• Permette l’utilizzo di residui di lavorazione di prodotti agricoli;
• Il costo della biomassa risulta circa del 50% inferiore rispetto ai 
combustibili fossili impiegati per il riscaldamento.
 

Geotermia
Lo sfruttamento del calore del sottosuolo (calore geotermico) è noto dall'antichità; l'uso del calore geotermico per la produzione di elettricità e calore ha avuto inizio ai primi del 1900.
L'Italia ha avuto un ruolo pionieristico con la realizzazione dei primi impianti in Toscana; ancora oggi il nostro paese è all'avanguardia con una potenza installata di circa 700 Megawatt e una produzione annua che rasenta i 5 miliardi di kilowattora.
In alcune aree, ove la temperatura del fluido proveniente dal sottosuolo è troppo bassa per produrre elettricità, lo stesso fluido viene impiegato per riscaldare case ed ambienti, tipicamente attraverso l’utilizzo di pompe di calore.

Come si utilizza
La temperatura, all'interno del nostro pianeta, aumenta con la profondità di circa 3 gradi centigradi ogni 100 metri: si calcola che solo l'energia contenuta nei primi 2-3 chilometri di crosta terrestre sia superiore a quella ottenibile dai giacimenti di combustibili fossili . Purtroppo tale energia si trova a livelli di temperatura troppo bassi per consentire processi di conversione termodinamica efficienti.
Il calore si propaga all'interno della crosta per 
conduzione o per convezione
 e con l'ausilio di un vettore fluido, quale l'acqua, che tende a fluire verso la superficie; l'acqua calda, geotermica, può poi affiorare dando luogo a sorgenti calde (acque termali) e geyser, o restare nel sottosuolo, intrappolata in fratture e strati porosi e permeabili di roccia formando dei cosiddetti serbatoi geotermici (acquiferi profondi).
Una volta localizzati i serbatoi, il fluido geotermico viene portato in superficie attraverso la realizzazione di pozzi profondi anche alcune migliaia di metri.
L'acqua o il vapore che arrivano in superficie attraverso tali pozzi, vengono avviati agli impianti di produzione di energia elettrica, le centrali geotermiche, o sono impiegati per usi non-elettrici.
Gli impianti per l'utilizzo del calore geotermico possono essere utilizzati in sostituzione delle normali caldaie a gas o gasolio; richiedono una rete di distribuzione del tipo per 
teleriscaldamento
, uno scambiatore per ogni edificio e le relative apparecchiature di regolazione e contabilizzazione.
Altre applicazioni sono la produzione di energia elettrica, la 
piscicoltura, usi industriali, le serre, usi termali, ecc.

Vantaggi/Svantaggi
• La geotermia è una fonte rinnovabile,
• E’ facile da usare;
• Ha costi di estrazione limitati;
• Il rumore prodotto sia dalle perforazioni sia dai macchinari (può essere ridotto adottando sistemi di isolamento acustico);
• Il problema dello smaltimento dei reflui (risolvibile con l'utilizzo di pozzi di reiniezione).

   





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