IDROENERGIA
Alessandro Gibertini
Introduzione
L’energia è uno degli aspetti più importanti del nostro universo.
ENERGIA
Introduzione
Risorse idriche
Il ciclo dell’acqua
Energia potenziale e cinetica
Le turbine
L’alternatore
L’induzione elettromagnetica
Impianti idroelettrici
Energia dal mare
Conclusioni
Introduzione
• Il termine energia deriva dal greco , usata da Aristotele nel senso di azione efficace, composta da (en), particella intensiva, ed (ergon), capacità di agire.
• L’energia è definita come la capacità di compiere lavoro
• In questa presentazione ci si soffermerà in particolare su come sia possibile ricavare energia dall’acqua
Introduzione
Risorse idriche
Il ciclo dell’acqua
Energia potenziale e cinetica
Le turbine
L’alternatore
L’induzione elettromagnetica
Impianti idroelettrici
Energia dal mare
Conclusioni
Risorse idriche
Introduzione
Acqua salata97,2%
Acqua dolce2,8%
ACQUA
Ghiaccio77,4%
Acqua di superficie e acqua contenuta nell’atmosfera0,5%
Acqua sotterranea22,1%
ACQUA DOLCE
Laghi e acquitrini96,2%
Atmosfera3,3% Fiumi
0,5%
ACQUA SUPERFICIALE E ATMOSFERICA
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Il ciclo dell’acqua
Energia potenziale e cinetica
Le turbine
L’alternatore
L’induzione elettromagnetica
Impianti idroelettrici
Energia dal mare
Conclusioni
Il ciclo dell’acqua
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Risorse idriche
Il ciclo dell’acqua
Energia potenziale e cinetica
Le turbine
L’alternatore
L’induzione elettromagnetica
Impianti idroelettrici
Energia dal mare
Conclusioni
Energia potenziale e cinetica
ENERGIA
Capacità di compiere lavoro
Energia potenziale
Energia cinetica
U=mgh=Ph K=½ mv2
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Il ciclo dell’acqua
Energia potenziale e cinetica
Le turbine
L’alternatore
L’induzione elettromagnetica
Impianti idroelettrici
Energia dal mare
Conclusioni
Energia potenziale e cinetica
Centrali idroelettriche
Energia potenziale
Energia cinetica
Energia elettrica
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Il ciclo dell’acqua
Energia potenziale e cinetica
Le turbine
L’alternatore
L’induzione elettromagnetica
Impianti idroelettrici
Energia dal mare
Conclusioni
Energia potenziale e cinetica
Turbine
Energia potenziale
Energia cinetica
Energia meccanica di rotazione
Alternatore
Energia elettrica
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Le turbine
L’alternatore
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Conclusioni
Le turbine
Ruota dotata di pale che viene messa in rapida rotazione quando investita dalla massa d’acqua.
Distributore
Girante
1. indirizza la portata in arrivo alla girante
2. regola la portata mediante organi di parzializzazione
3. provoca una trasformazione parziale o totale in energia cinetica dell'energia di pressione posseduta dalla portata
trasforma l'energia potenziale e/o cinetica dell'acqua in energia meccanica resa sull'albero motore.
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Le turbine
Turbina Pelton
Turbina Francis
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Le turbine
Turbina Kaplan vs. Pelton Introduzione
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L’alternatore
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L’alternatore
Rotore
Statore
1. fatto ruotare da un albero motore che gli trasmette l'energia meccanica
2. è un elettromagnete che produce un campo magnetico in movimento
avvolge il rotore e ha il compito di generare energia elettrica.
L'alternatore è composto da due elementi: il rotore e lo statore.
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L’induzione elettromagnetica
La configurazione più semplice di un alternatore è una spira rettangolare vincolata a ruotare intorno ad un asse perpendicolare alle linee del campo magnetico in cui è immersa.
La rotazione della spira ne provoca il continuo cambiamento di orientazione rispetto alla direzione del campo magnetico, generando una forza elettromotrice indotta.
fem=-/t
B
B
B
S
B
S
S
S
Spira dell’alternatore
B
=0
=180°0
S
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Impianti idroelettrici
1. sistema di raccolta dell'acqua
2. una conduttura forzata
3. una turbina che trasforma l'energia potenziale in energia meccanica
4. un generatore che converte l'energia meccanica in elettrica
5. un sistema di controllo e regolazione della portata dell'acqua
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Impianti idroelettrici
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Impianti idroelettrici
Impianti a deflusso regolato
Impianti ad accumulo o a serbatoio
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Energia dal mare
• vento
• differenze di densità
• differenze di temperatura
• l’attrazione gravitazionale del Sole e della Luna
• - le onde, movimenti oscillatori ed irregolari;
• - le correnti, movimenti costanti;
• - le maree, movimenti periodici.
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Energia dalle onde
Le onde sono provocate dall’attrito che il vento incontra scorrendo sull’acqua.
• propagazione della forma e del movimento dell’onda;
• traiettorie circolari
• diametro inversamente proporzionale alla profondità
• vicino alla costa,
• traiettorie ellittiche a causa dell’attrito con il fondale
• rallentamento della base dell’onda mentre la parte più superficiale continua nella sua corsa a velocità invariata fino a formare il frangente
Onde di oscillazione
Onde di traslazione
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Conclusioni
Il progetto “Pelamis”• struttura semisommersa lunga 150 m
• 4 sezioni cilindriche snodabili di diametro 3,5 m
• unite tramite giunti a cerniera, al cui movimento indotto dalle onde si oppone un ariete idraulico che pompa olio ad alta pressione attraverso un motore idraulico. Il motore idraulico aziona il generatore che produce così elettricità.
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Il progetto “Pelamis”• un sistema di ancoraggio costituito da galleggianti, pesi e cavi che lo mantengono in posizione
• 5-10 km dalla costa in acque profonde da 50 a 100 m.
• 40 Pelamis, distribuiti su di una superficie di 1 km2 possano produrre l’energia sufficiente a 20000 famiglie.
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Il PowerBouy • sfrutta una boa per catturare e convertire l’energia delle onde in elettricità a basso costo e pulita.
• viene sfruttato il movimento verticale delle onde che spingono la boa ciclicamente verso l’alto e poi in basso.
• le sollecitazioni meccaniche vengono convertite in energia elettrica tramite un sofisticato sistema che aziona il generatore.
• la potenza generata viene trasmessa alla terraferma tramite un sistema di cavi sottomarini.
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Energia dalle maree
MAREE Oscillazione periodica del livello del mare provocate dall’attrazione gravitazionale esercitata dal Sole e dalla Luna e dalla forza centrifuga
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Energia dalle maree
Centrale di marea: estuario sbarrato in direzione del mare con una diga artificiale. La tecnica energetica sfrutta il dislivello tra l’alta marea e la bassa marea: la cosiddetta ampiezza di marea.
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Energia dalle correntisono masse d’acqua in movimento lungo percorsi quasi costanti CORRENTI
Verticali
Orizzontali
superficiali
profonde
ascendenti
discendenti
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Energia dalle correntiLe turbine per lo sfruttamento delle correnti marine possono essere ad asse orizzontale o ad asse verticale.
Le turbine ad asse orizzontale sono più adatte alle correnti marine costanti, come quelle presenti nel Mediterraneo.
Le turbine ad asse verticale sono più adatte alle correnti di marea per il fatto che queste cambiano direzione di circa 180° più volte nell'arco della giornata.
turbina ad asse orizzontale simile a quelle installate nella centrale di Hammerfest in Norvegia e a Lynmouth in Inghilterra,
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Energia dal mare
Conclusioni
Conclusioni
Alcuni dati interessanti………l'energia idroelettrica rappresenta, infatti, oltre il 18% della produzione di energia elettrica mondiale, nonostante venga sfruttato solo il 10% delle risorse idriche tecnicamente utilizzabili.
solo la costruzione di una diga sul fiume Congo consentirebbe di produrre tanta energia elettrica quanta se ne consuma in Italia in un anno
l’energia ottenibile dallo sfruttamento dalle correnti marine di tutto il mondo è quasi pari alla attuale richiesta energetica mondiale.
le forti correnti marine che attraversano lo Stretto di Messina hanno una potenzialità energetica pari a quella prevista dalla grande centrale idroelettrica in costruzione in Cina sul Fiume Azzurro: circa 15.000 MW.
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Conclusioni
Conclusioni
Vantaggi:
• sfrutta fonti continuamente rinnovabili;
• non inquina, non produce calore o gas nocivi;
• i costi di produzione non risentono del costo del petrolio;
• è una tecnologia ormai consolidata, affidabile e flessibile;
• le centrali di produzione possono raggiungere un’efficienza del 90%, il massimo rendimento tra tutte le tecnologie di conversione
• e sono in grado di rispondere in un tempo limitato (secondi) ai cambiamenti di domanda.
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Conclusioni
Svantaggi:
• l'inquinamento acustico. Questo problema è comunque facilmente risolvibile tramite accorgimenti tecnici;
• impatto visuale del sito;
• impatto relativo alla variazione della quantità dell'acqua con ripercussioni sull’ecosistema acquatico;
• con l’invaso si trasforma un ambiente di acque correnti in un ambiente di acque ferme;
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