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Francesco Domenico Moccia » 16.Generazione da fonti alternative


Generazione energetica distribuita

Il principale vantaggio derivante da piccoli impianti modulari interconnessi con la rete elettrica sono le minori perdite di distribuzione dell’energia elettrica (il trasporto a grande distanza dell’energia elettrica causa perdite dell’ordine di qualche punto percentuale) e la possibilità di utilizzare le reti esistenti anche a seguito di un aumento dei consumi.

La generazione distribuita risulta dunque interessante per applicazione di sistemi alimentati a fonti rinnovabili di energia, quali ad esempio i collettori fotovoltaici, che possono essere distribuiti sul territorio alimentando ciascuno un numero limitato di utenze, ma anche per sistemi di generazione alimentati a combustibili fossili; collocando tali unità in prossimità delle utenze, anche la distribuzione del calore avviene in maniera efficiente ed è quindi possibile sfruttare a pieno i vantaggi in termini energetici ed economici della cogenerazione.
Il collegamento alla rete dei generatori di energia, in particolar modo di quelli da fonti rinnovabili, consente di utilizzare tutto quanto prodotto distribuendolo tra le utenze collegate alla rete. Qualora la gestione fosse individualizzata, per la singola casa, per una sola famiglia, sarebbe necessario conservare l’energia, il che è uno dei compiti peggio assolti dalle tecnologie disponibili.

Generazione energetica distribuita

Le batterie elettriche hanno ancora capacità molto limitata e provocherebbero spreco di energia se dovessero accumulare tutte le eccedenze di impianti isolati.
Il collegamento in rete è incentivato con l’acquisto dell’energia prodotta. Attraverso la politica delle tariffe è possibile incoraggiare lo sviluppo dell’energia da fonti rinnovabili ed indirizzare gli investimenti privati nell’intero settore.
La generazione distribuita ha un altro pregio nella dimensione locale. Ci sono stati episodi di black-out causati dalla dipendenza dalla distribuzione di energia proveniente da grandi distanze, concentrata su pochissime direttrici principali le quali elevano fortemente il rischio. Un guasto che intervenga su una di esse ha conseguenze di vastissima estensione geografica.
Per questi motivi la dimensione urbana (metropolitana) della produzione e distribuzione dell’energia assume sempre maggiore importanza e ha una particolare centralità nella progettazione della città ecologica. Il nostro ordinamento prevede già, saggiamente, il piano energetico comunale, per realizzare un programma di risparmio energetico, a partire dalle proprietà pubbliche. La valenza di tale piano si può estendere fino a finalità di indipendenza energetica. Nel piano si possono anche determinare obiettivi locali di quote di energia da fonti rinnovabili.

Minieolico

Gli impianti minieolici hanno facilitato l’inserimento in città di un sistema di generazione dell’energia molto conveniente. La sistemazione di pale di dimensioni più contenute si può agevolmente realizzare in spazi urbani aperti o sulla sommità dei fabbricati, specialmente degli edifici a torre, o comunque alti, in modo da offrire una buona esposizione ai venti per l’ottimizzazione delle rese dell’impianto.
Nelle tabelle sono riportati i dati tecnici di due generatori della potenza di 4,8 e di 0,65 Kw con rotori del diametro rispettivamente di m. 5,2 e 2,2.
La concentrazione in campi eolici non è indispensabile, ma possono essere previsti, nel disegno di una nuova parte urbana o nella ristrutturazione di un’area da riconvertire apposite aree a ciò destinate, facendo in modo che si associno ad usi compatibili.

Parametri di un impianto minieolico.

Parametri di un impianto minieolico.


Minieolico

Per una completa libertà nella realizzazione degli impianti si preferiscono aree libere e remote, come le cime di una collina, scogliere e moli o isole artificiali, queste ultime anche create con RSU mineralizzati.
In questi casi si impiegheranno gli impianti che generano maggiori potenze di energia con torri delle dimensioni di 15 metri e rotori del diametro di m. 5.
Le pale eoliche possono costituire elementi di riferimento nel paesaggio urbano, sebbene siano sempre stati usate con la sola attenzione agli aspetti energetici.

Pale eoliche.

Pale eoliche.

Parametri di impianto eolico.

Parametri di impianto eolico.


Energia solare

Si noti anche l’impiego del fotovoltaico negli elementi di arredo urbano. Esso va tenuto presente nella progettazione degli spazi pubblici. Fonte: Termoidraulica Pallonetto

Si noti anche l'impiego del fotovoltaico negli elementi di arredo urbano. Esso va tenuto presente nella progettazione degli spazi pubblici. Fonte: Termoidraulica Pallonetto


Energia solare

Si definisce solare termico quel tipo di impianti che utilizza il sole per riscaldare acqua esposta in pannelli trasparenti e collegata ad un circuito col quale è in grado di fornire calore agli interni e riscaldare l’acqua degli igienici (schema di lato). Questi impianti sono in grado di fornire un contributo termico significativo e sono consigliati alla scala del fabbricato.
Gli impianti fotovoltaici ricavano dal sole energia elettrica. I primi impianti prevedevano l’installazione delle celle su pannelli mobili in modo da offrire sempre la migliore inclinazione verso il sole durante il suo percorso quotidiano sull’orizzonte (in basso a destra). I progressi tecnologici hanno superato queste necessità e inventato prodotti diversi anche in film e guaine da applicare alle facciate o alle coperture dei fabbricati.

Schema di impianto con pannelli solari.Fonte: Termoidraulica Pallonetto

Schema di impianto con pannelli solari.Fonte: Termoidraulica Pallonetto

Pannelli fotovoltaici. Fonte: Giancarlo Odoardi

Pannelli fotovoltaici. Fonte: Giancarlo Odoardi


Termodinamico

La tecnologia solare a concentrazione potrà giocare nei prossimi decenni un ruolo fondamentale nella produzione energetica mondiale, sfruttando calore ad alta temperatura da fonte solare per produrre quantità significative di elettricità – tramite conversione termodinamica – o di idrogeno – tramite scissione dell’acqua per via termochimica – con cicli completamente rinnovabili e senza emissione di gas serra, a costi competitivi.
Nell’immediato la tecnologia solare a concentrazione si può integrare – anche in aree dell’Europa meridionale e quindi anche in Italia – alle altre tecnologie rinnovabili (eolica e solare fotovoltaica) che dovranno contribuire alla crescente domanda europea di “elettricità verde
” (ENEA).

Questa tecnologia, a differenza del fotovoltaico, sfrutta solamente la radiazione solare diretta e necessita di grandi impianti perlomeno superiori al MW ma produce elettricità a costi nettamente inferiori. Si prevede che entro il 2025 il costo di un MW di energia elettrica sia pari a quello ottenuto attualmente con combustibile fossile.

Sistema a torre centrale con foto dell’impianto di Solar Two M. Falchetta (curatore), Il Programma Enea Sull’energia Solare A Concentrazione Ad Alta Temperatura, 2006

Sistema a torre centrale con foto dell'impianto di Solar Two M. Falchetta (curatore), Il Programma Enea Sull'energia Solare A Concentrazione Ad Alta Temperatura, 2006

Il Programma Enea Sull’energia Solare A Concentrazione Ad Alta Temperatura, 2006. Fonte: Programma Enea sull’energia solare

Il Programma Enea Sull'energia Solare A Concentrazione Ad Alta Temperatura, 2006. Fonte: Programma Enea sull'energia solare


Termodinamico

Gli impianti hanno tre tipologie. Gli impianti con collettori parabolici lineari, oscillanti su di un asse per seguire la traiettoria solare, concentrano i raggi su un tubo contenente oli sintetici che trasferisce il calore a un generatore di vapore per la successiva produzione di elettricità tramite un turboalternatore. Questa tipologia, in funzione già dalla metà degli anni ‘80 con un impianto nel deserto della California, presenta la massima diffusione commerciale.

Con la concentrazione dei raggi riflessi da un grande circolo di specchi indipendenti seguenti l’andamento del sole su un solo ricevitore posto sulla sommità di una torre (sistema a torre centrale), si ottengono temperature più elevate. Solar Two, a Dagget, California, impiegò per la prima volta sali fusi e raggiunge la produzione di 10 MW.

Sistema a torre centrale con foto dell’impianto di Solar Two. Fonte: Programma Enea sull’energia solare

Sistema a torre centrale con foto dell'impianto di Solar Two. Fonte: Programma Enea sull'energia solare

Sistema a torre centrale con foto dell’impianto di Solar Two. Fonte: Programma Enea sull’energia solare

Sistema a torre centrale con foto dell'impianto di Solar Two. Fonte: Programma Enea sull'energia solare


Principi urbanistici

Gli impianti con collettori a disco parabolico sono costituiti da un pannello riflettente che insegue il sole, con un movimento di rotazione attorno a due assi ortogonali, e concentra la radiazione solare su un “ricevitore” montato nel suo punto focale. Il calore ad alta temperatura viene normalmente trasferito ad un fluido ed utilizzato in un motore, posizionato al di sopra del ricevitore, dove viene prodotta direttamente energia meccanica o elettrica.

Disegno Sistema a disco parabolico (Eurodish) M. Falchetta (curatore). Fonte: Programma Enea sull’energia solare

Disegno Sistema a disco parabolico (Eurodish) M. Falchetta (curatore). Fonte: Programma Enea sull'energia solare

Sistema a disco parabolico (Eurodish) M. Falchetta (curatore). Fonte: Programma Enea sull’energia solare

Sistema a disco parabolico (Eurodish) M. Falchetta (curatore). Fonte: Programma Enea sull'energia solare


Termodinamico

Per superare il problema dello slittamento tra disponibilità di irradiazione solare e domanda di energia elettrica si ricorre all’accumulo di calore nel fluido riscaldato e conservato in serbatoi. Il fluido più idoneo si è rivelato quello dei sali fusi.
Altra possibilità è quella di utilizzare il calore solare per la produzione dell’idrogeno che, a sua volta funzionerebbe come combustibile delle fuel cell generando elettricità. Le temperature necessarie sono raggiungibili solo con le tipologie a torre o a parabola.
Lo schema di fianco rappresenta un metodo con cui la conversione in idrogeno del calore solare avviene in maniera diretta; per questa via è teoricamente possibile ottenere rendimenti globali di conversione dell’ordine del 46 %.

Schema per la produzione di idrogeno da impianto termodinamico M. Falchetta (curatore). Fonte: Programma Enea sull’energia solare

Schema per la produzione di idrogeno da impianto termodinamico M. Falchetta (curatore). Fonte: Programma Enea sull'energia solare


Termodinamico

L’ENEA ha messo a punto un sistema a collettori lineari (foto a lato) con lunghezza di circa 100 m, ampiezza di circa 6 m ed altezza di 3,5 m all’asse di rotazione.
Il sistema di movimentazione è costituito da una unità oleodinamica autonoma in grado di movimentare l’intero collettore da 100 m sulla base dei comandi inviati dal sistema di supervisione di centrale, assicurando l’inseguimento del sole con una precisione di 0,8 mrad.

Pannelli termodinamici messi a punto dall’ENEA, M. Falchetta (curatore). Fonte: Programma Enea sull’energia solare

Pannelli termodinamici messi a punto dall'ENEA, M. Falchetta (curatore). Fonte: Programma Enea sull'energia solare

Pannelli termodinamici messi a punto dall’ENEA, M. Falchetta (curatore). Fonte: Programma Enea sull’energia solare

Pannelli termodinamici messi a punto dall'ENEA, M. Falchetta (curatore). Fonte: Programma Enea sull'energia solare


I materiali di supporto della lezione

McHarg, Ian L., Progettare con la natura, Padova, Franco Muzzio, 1989.

Belfiore, Emanuela, Il verde e la città. Idee e progetti dal Settecento ad oggi, Roma, Cangemi, 2005.

Roseland, Mark, Toward Sustainable Communities. Resources for Citizens and their Governments, Gabriola Island Canada, New Society Publishers, 2005.

Environmental Protection Agency, Green Roofs for Stormwater Runoff Control, February, 2009.

M. Falchetta (curatore), Il Programma Enea Sull'energia Solare A Concentrazione Ad Alta Temperatura, 2006.

Steve Fancher, Stormwater Management Manual, City of Portland, 2004.

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