Produzione e consumo dell'energia

Produzione e consumo dell'energia

1 Consumo energetico svizzero

Figura 1. Consumo energetico globale discriminato per vettore energetico

Figura 2. Consumo energetico discriminato per settori economici

Produzione e consumo dell'energia ASM-2M

Figura 3. Prolo storico del consumo energetico, discriminato per fonti energetiche

Si noti da una parte come il consumo energetico svizzero totale è costituito per gran parte (dalla

gura1si può calcolare il 64% circa) da energia derivata da fonti non rinnovabili (fossili)¹. Inoltre oltre il 50% del consumo è dovuto alle economie domestiche e ai trasporti, come si può vedere dalla gura2. Si osservi anche come ci sia stato un aumento dei consumi a partire dagli anni '50 e che questo aumento, seppure con un certo calo del gradiente, continui almeno no al 2010 (gura 3). Risulta molto interessante anche il diagramma di usso che mostra le varie fonti di energia seguire i vari percorsi di conversione verso le utenze nali. anche in questo schema è visibile la preponderanza delle fonti fossili.

1. Le immagini di questo paragrafo sono tratte dal Bundesamt für Energie.

http://www.bfe.admin.ch/themen/00526/00541/00542/index.html?lang=de

Figura 4. Flusso energetico dalle fonti alle utenze nali

Produzione e consumo dell'energia ASM-2M

2 Mix energetico elettrico svizzero

In Svizzera la produzione di energia elettrica è svolta a partire dalle seguenti fonti²:

Figura 5. Mix elettrico svizzero

Il settore che produce più energia è il nucleare seguito dall'idroelettrico ad accumulazione, quindi l'idroelettrico ad acqua uente e poi le altre fonti. Vediamo più da vicino alcune di queste fonti.

3 Centrale nucleare

L'energia nucleare si basa sulla ssione nucleare che abbiamo già visto. Riprendiamo brevemente i concetti principali con uno schema³:

1 reactor vessel 2 fuel core element 3 control rod element 4 circulation pumps 5 control rod motors 6 steam 7 inlet circulation water 8 high pressure turbine 9 low pressure turbine 10 electric generator 11 electrical generator exciter 12 steam condenser 13 cold water for condenser 14 pre-warmer 15 water circulation pump 16 condenser cold water pump 17 concrete chamber 18 connection to electricity grid

Figura 6. Schema di funzionamento di una centrale nucleare

2. Ibidem, vedi nota precedente.

3. Tutte le immagini successive, se non specicato, sono tratte da Wikipedia e sotto la legislazione Creative Commons

Nel reattore viene introdotto il combustibile nucleare che, con la ssione nucleare, produce calore.

Il calore riscalda l'aria che viene convogliata in tubi che giungono a un serbatoio di acqua.

Quest'acqua diventa vapore che viene inviato alle turbine che girando fanno girare l'alternatore che genera elettricità. Il vapore viene rareddato da un circuito di acqua proveniente da un ume e ritorna nel suo serbatoio come acqua. L'acqua di rareddamento viene restituita al ume. Questa centrale non emette gas a eetto serra. Il suo problema sono i riuti radioattivi che devono essere contenuti in condizioni ben precise.

4 Centrale idroelettrica ad accumulazione

Nella centrale idroelettrica ad accumulazione si sfrutta la caduta in una condotta forzata di una massa d'acqua accumulata inizialmente in un bacino sopraelevato. Questa massa d'acqua possiede un'energia potenziale gravitazionale che dipende dalla massa di acqua accumulata e dall'altezza a cui si trova il bacino per rapporto alle turbine. Quando la massa d'acqua cade verso le turbine, la sua energia potenziale gravitazionale si trasforma in energia cinetica. L'acqua fa girare le turbine che fanno girare gli alternatori con conseguente produzione di elettricità. L'acqua viene poi resti- tuita, a valle, al ume che, a monte, alimenta il bacino. Questa centrale non emette gas a eetto serra. Il suo problema è la costituzione del bacino che sommerge gran parte del paesaggio e che depaupera il ume che la alimenta.

Intake

Penstock

Generator

Turbine

River Long Distance Power Lines Powerhouse

Hydroelectric Dam

Reservoir

Figura 7. Schema di una centrale idroelettrica ad accumulazione

5 Centrale idroelettrica ad acqua uente

Sui grandi umi è possibile costruire delle centrali idroelettriche ad acqua uente costituite da un primo sbarramento che blocca i pesci e li costringe a deviare in un canale laterale che permette di evitare le pale, seguito dal blocco con le pale che ruotano a velocità costante 24 ore al giorno spinte dalla corrente del ume.

Queste centrali producono elettricità 24 ore al giorno anche se la quantità di elettricità prodotta è inferiore a quella delle centrali idroelettriche ad accumulazione. Questa centrale non emette gas a eetto serra. Il suo problema è l'interruzione del normale percorso per la fauna ittica del ume;

proprio per questo negli impianti più moderni si progettano degli appositi passaggi laterali.

Figura 8. Centrale ad acqua uente

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6 Centrale eolica

Una centrale o parco eolico è costituito da un insieme di pale eoliche che ruotano spinte dal vento, ciascuna pala è indicativamente costruita come mostrato nella gura 9⁴. All'interno del rotore è presente un alternatore che produce elettricità. La produzione dipende dall'intensità e dalla costanza del vento, due fattori di non facile previsione.

Questa centrale non emette gas a eetto serra, ma causa problemi di estetica paesaggistica e può avere eetti negativi sull'avifauna locale e migratoria. Inoltre è anche rilevante l'impatto del rumore. Si noti come a seconda della tipologia di vento da sfruttare esistono varie geometrie per le eliche come i sistemi Savonius e Darrieus che non necessitano di orientarsi in base alla direzione del vento.

Figura 9. Turbina eolica

7 Centrale solare

Una centrale solare è costituita da una serie di pannelli che trasformano direttamente la luce solare in elettricità (solare fotovoltaico) o che trasferiscono il calore del sole a dell'acqua producendo acqua calda sanitaria (solare termico). In entrambi i casi questi pannelli possono essere montati sui tetti delle abitazioni in luoghi soleggiati. Si possono anche utilizzare estensioni di terreno più o meno ampie.

I pannelli solari non emettono gas a eetto serra, ma hanno una durata di vita non elevata e quindi il costo energetico di produzione pesa su di loro. In eetti, in fase di produzione, si consumano risorse e si produce anidride carbonica. Si osservi lo schema della gura 10con il funzionamento di una giunzione PN in silicio⁵.

4. Fonte: https://www.homegreenhomeblog.com/2017/09/20/pale-eoliche-tipologie/

5. Da http://www.lrc.rpi.edu/programs/NLPIP/lightingAnswers/photovoltaic/04-photovoltaic-panels-work.asp

Figura 10. Funzionamento dei pannelli fotovoltaici con silicio drogato (PN)⁷

Figura 11. Pannello solare termico

8 Pompa di calore

La pompa di calore è uno strumento che estrae calore dal terreno, dalla faida di acqua sotterranea o dall'aria esterna, per scaldare l'aria interna di un'abitazione. Serve solo come riscaldamento ed è costituita da uno scambiatore di calore che si trova nel terreno o nella falda o all'esterno della casa. L'aria interna, fredda, viene pompata no allo scambiatore di calore dove si scalda e poi viene pompata all'interno della casa scaldandola. La pompa di calore non emette gas a eetto serra, ma serve unicamente per il riscaldamento e ha bisogno di una dierenza di temperatura piuttosto marcata per funzionare ecacemente.

Figura 12. Pompe di calore: fonti di energia

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Figura 13. Pompa di calore: funzionamento http://www.sannioenergiasnc.com/sannio_energia_geotermia.html