Le fonti energetiche rinnovabili
- Il ciclo biomassa
La biomassa
Con il termine biomassa si indica, in campo energetico, la sostanza organica, di origine vegetale o animale, da cui è possibile ottenere energia attraverso processi di tipo biochimico (ad es. digestione anaerobica) o di tipo termochimico (ad es. combustione o gassificazione).
Questa sostanza organica ha origine essenzialmente:
- dai prodotti principali o dai residui del settore agro-forestale;
- dai sottoprodotti e dagli scarti delle lavorazioni agro-alimentari;
- dagli scarti della catena di distribuzione e dei consumi finali;
- dalle deiezioni animali;
- da "specie energetiche" appositamente coltivate.
La biomassa è una risorsa rinnovabile e, in quanto tale, inesauribile nel tempo, a condizione però che venga impiegata con un tasso di utilizzo non superiore alle capacità di rinnovamento biologico. Di contro la biomassa è una risorsa quantitativamente non illimitata, in quanto la disponibilità di ciascuna specifica tipologia è limitata da vincoli fisici, come ad esempio dalla superficie destinata alle singole produzioni vegetali o dal numero di capi di allevamento, oltre che da vincoli climatici ed ambientali che condizionano, ad esempio, le rese produttive delle coltivazioni vegetali.
Allo stato attuale, le applicazioni realisticamente proponibili finalizzate alla conversione energetica delle biomasse riguardano:
centrali per produzione di energia elettrica;
centrali per produzione combinata di energia elettrica e termica;
centrali per produzione di energia termica.
Si tratta comunque di taglie impiantistiche di piccole e medie dimensioni che non possono competere, in termini di prestazioni, con gli impianti di grande dimensione alimentati a combustibile fossile.
In generale, la localizzazione degli impianti di conversione energetica deve essere attentamente valutata, in modo da riuscire a minimizzare i costi di raccolta e di trasporto della biomassa dal campo all'impianto.
- Pannello Solare termico
L'energia solare
La radiazione solare, fonte energetica rinnovabile, può essere convertita, con differenti tecnologie, in energia termica e in energia elettrica.
I dispositivi utilizzati per la conversione termica dell'energia solare, i collettori, hanno una superficie scura che assorbe gran parte della radiazione incidente: i collettori piani possono raggiungere temperature vicine ai 100 °C.
L'efficienza con la quale l'energia solare incidente viene trasformata in energia termica dipende dal concorso di diversi fattori, quali il flusso solare, la temperatura esterna, la temperatura media del fluido termovettore che attraversa i collettori e, naturalmente, le caratteristiche del collettore.
Il dato di partenza per effettuare il dimensionamento degli impianti solari, quindi per la valutazione del potenziale energetico, è il valore medio mensile della radiazione solare media incidente sul piano orizzontale, espresso in MJ/m2/giorno. Partendo da questo dato, la valutazione dell'energia solare incidente su piani comunque orientati e inclinati può essere fatta ricorrendo a modelli di calcolo specifici.
Le tecnologie più consolidate utilizzano i collettori solari piani o i collettori sottovuoto. I collettori sottovuoto hanno un'efficienza di captazione più elevata, ma anche un costo superiore rispetto a quelli piani. Per questo motivo, nelle applicazioni che richiedono temperature inferiori ai 100 °C vengono utilizzati prevalentemente i collettori piani.
- Pannello solare fotovoltaico
Energia elettrica dal sole
L'energia solare può essere direttamente convertita in energia elettrica per mezzo di celle fotovoltaiche, che, grazie a materiali semiconduttori, sfruttano il fenomeno della fotoelettricità. Le celle solari hanno una elevatissima affidabilità, ma attualmente il loro mercato è ancora condizionato da un alto costo del kWh prodotto, specie se questo viene confrontato con quello derivante da tecnologie tradizionali.
Le 3 tipologie impiantistiche sono:
1. le applicazioni per utenze isolate dalle reti di distribuzione di energia elettrica;
2. i mini-impianti interfacciati alla distribuzione elettrica in bassa tensione;
3. gli impianti medio-grandi di generazione elettrica, collegati alla rete esterna.
Esempi o campi di applicazioni per utenze isolate, su cui si basa la elettrificazione dei territori non serviti dalla rete elettrica sono:
il pompaggio dell'acqua, soprattutto per usi agricoli;
l'alimentazione di ripetitori radio, di stazioni di rilevamento e trasmissione dati (meteorologici, sismici, sui livelli dei corsi d'acqua), di apparecchi telefonici nel settore delle comunicazioni;
la carica di batterie, nella marina da diporto, nel tempo libero, per installazioni militari, ecc.;
l'alimentazione di sistemi di segnalazione o di prevenzione incendi, nei servizi di protezione civile;
l'illuminazione e, in generale, la fornitura di potenza per case, scuole, ospedali, rifugi, fattorie, laboratori, ecc.;
la potabilizzazione dell'acqua;
la segnaletica sulle strade, le segnalazioni di pericolo nei porti e negli aeroporti;
altri usi (illuminazione di segnali stradali ).
Tutti questi impianti richiedono sistemi di accumulo che garantiscano la fornitura di energia anche nelle ore notturne o in presenza di condizioni meteorologiche sfavorevoli. Inoltre, nel caso in cui gli utilizzatori siano in corrente alternata, viene anche adottato un inverter, che trasforma la corrente continua in uscita dal generatore fotovoltaico in corrente alternata, assicurando il valore di tensione desiderato. Nel caso di generatori fotovoltaici al servizio di impianti di pompaggio, il sistema di accumulo è costituito dal serbatoio.
Un secondo tipo di applicazioni è quello relativo a piccoli impianti collegati alla rete elettrica di distribuzione in bassa tensione, che, a differenza delle utenze isolate, non prevedono necessariamente l'utilizzo di batterie. Una applicazione alquanto recente in questo settore è quella relativa ai sistemi fotovoltaici integrati negli edifici.