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Fonti Energetiche Rinnovabili

Le Fonti Energetiche Rinnovabili (Fer)

Fino ad oggi, le fonti energetiche più utilizzate sono state le così dette “fossili” (carbone, gas metano, gas naturale, petrolio e derivati) per la loro, relativa, facilità di reperimento, di utilizzo ed economicità. Con il passare del tempo le “fonti energetiche fossili” stanno mostrando i loro “punti deboli”:

  • quantità limitate, seppur non determinabile precisamente queste sono fonti esauribili;
  • ambientali, il loro massiccio utilizzo sta condizionando il clima per via dei risultati di emissione dei gas climalteranti;
  • economici/politici, instabilità dovuta alla rivalità tra le nazioni possidenti petrolio e nazioni utilizzatrici.

In questo contesto l’uomo sta comprendendo che pur mantenendo inalterato il proprio stile di vita può, per le sue esigenze, far riferimento a “nuove” fonti energetiche: quelle Rinnovabili.

Perché Le Definiamo Rinnovabili?

Una definizione afferma che “le fonti energetiche rinnovabili sono quelle caratterizzate da un tempo di ripristino confrontabile con quello di utilizzo ed il cui impatto ambientale sia trascurabile”.

Le Fer sono:

  • Solare Fotovoltaico;
  • Solare Termico;
  • Energia Eolica;
  • Biomasse;
  • Geotermia;
  • Mini e micro-idraulica (Maree e moti ondosi).

L’energia Dal Sole
Per energia solare si intende l'energia, termica o elettrica, prodotta sfruttando direttamente l'energia irraggiata dal Sole verso la Terra, che è circa diecimila volte superiore a tutta l'energia usata dall'umanità nel suo complesso.
L’utilizzo del sole come fonte energetica presenta dei pro e dei contro: si tratta di una fonte pulita, inesauribile ed abbondante che tuttavia è discontinua nel tempo. Inoltre le varie condizioni climatiche e la latitudine influenzano l’irraggiamento del sito.

I Sistemi Solari Fotovoltaici
Il sistema fotovoltaico è un dispositivo capace di trasformare l’energia solare in energia elettrica.
Il principio di funzionamento si basa sull’ "effetto fotovoltaico", ovvero il fenomeno attraverso il quale si genera una tensione elettrica ai capi di un materiale semiconduttore, opportunamente trattato, quando questo viene investito dalla radiazione solare. Attualmente il materiale più utilizzato è il silicio.

La conversione della radiazione solare in energia elettrica avviene nella Cella fotovoltaica, che è l’elemento base del processori trasformazione della radiazione solare in energia elettrica. La cella fotovoltaica è una piastrina (circolare o quadrata) le cui facce,
superiore ed inferiore, costituiscono i poli (positivo e negativo) della cella a basso voltaggio (0.5 Volt e intensità di 3 Ampere), ma ad alta densità di corrente (eroga circa 1/1.5 W di potenza se investita da una radiazione di 1000 W/m2). Questo valore di tensione, minore di quello necessario per il funzionamento della maggior parte delle apparecchiature elettriche, può essere aumentato collegando tra loro più celle che, in questo modo, costituiscono un modulo. Un modulo è costituito da 36 celle, ha una superficie di circa mezzo metro quadrato ed eroga, in condizioni ottimali, tra i 40 e 50 W. Per far funzionare le apparecchiature domestiche è necessario collegare più moduli tra loro, formando così un campo fotovoltaico.

La modularità di tali sistemi determina una loro particolare flessibilità di utilizzo. Infatti la loro applicazione può andare dall’alimentazione di piccoli orologi da polso (0.01 W) fino alle centrali di potenza(oltre 1 MW).
Tali sistemi fotovoltaici, indipendentemente dal loro utilizzo e dalla taglia di potenza, possono essere divisi in due categorie:

  • sistemi connessi in rete (grid connected): sono sistemi collegati permanentemente alla rete elettrica nazionale.
    Nelle ore di scarsa o nulla insolazione, quando il generatore fotovoltaico non produce energia sufficiente a coprire la domanda di elettricità, è la rete a fornire l’energia richiesta. Viceversa, se durante le ore di insolazione il sistema fotovoltaico produce più energia elettrica di quanto sia richiesto, il surplus viene trasferito alla rete.
  • sistemi isolati (sand alone): sono sistemi che necessitano di un basissimo consumo di energia elettrica o poco accessibili alla rete elettrica. Sono caratterizzati dalla necessità di fornire l’energia elettrica all’utenza anche in condizioni di bassa insolazione o buio. Si rende così necessario accumulare l’energia elettrica prodotta e non utilizzata al momento della produzione attraverso un opportuno sistema a batterie. Poiché la corrente generata dal sistema fotovoltaico è una corrente continua, se il carico richiede una corrente alternata è necessario disporre di un convertitore cc/ca (inverter).

Il Costo di un Impianto Fotovoltaico
Un impianto fotovoltaico richiede un forte impegno di capitale iniziale, anche se successivamente le spese di gestione e di manutenzione sono molto basse.
L’analisi di tutti gli aspetti economici relativi ad un impianto fotovoltaico è assai complessa. In particolare ogni applicazione deve essere valutata nel suo specifico contesto, tenendo conto soprattutto dell’energia elettrica prodotta, della durata dell’impianto, ecc.

Le Normative di riferimento e Il Conto Energia
Già da qualche anno il governo italiano promuove la diffusione della tecnologia fotovoltaica attraverso un sistema di incentivi finanziari.
Dal 19 settembre 2005 è in vigore il Conto Energia che prevede non più un contributo per la costruzione dell’impianto fotovoltaico ma la remunerazione dei kWh prodotti ad un prezzo superiore a quello di mercato per un periodo di 20 anni.

Il Conto Energia è un particolare incentivo per l’installazione degli impianti fotovoltaici grid connected (connessi alla rete) da 1kWp a 1MWp. Il meccanismo italiano del Conto Energia può essere considerato una sorta di “sistema di incentivazione misto o ibrido”. Infatti, l’energia elettrica prodotta dall’impianto fotovoltaico beneficerà della tariffa incentivante sia se autoconsumata sia se immessa nella rete pubblica locale. Possono presentare domanda le persone fisiche e giuridiche quindi privati, aziende, enti
pubblici e condomini.

Solare Termico
Un sistema solare termico ha come componente fondamentale un convertitore di energia solare, detto collettore solare.
Il collettore solare è solitamente composto da una piastra captante di materiale metallico trattato in modo specifico (rame o acciaio), sulla quale sono saldati i tubi dove scorre il fluido (acqua) da scaldare; la piastra è inserita in una scatola di contenimento dalla quale viene isolata con appositi materiali. Sulla superficie esposta al sole c’è la coperta trasparente in vetro o materiali plastici, che limitano le dispersioni solari nel momento in cui l’irraggiamento colpisce il pannello solare.

Esistono due tipologie d’impianti di solare termico:

  • impianti solari con sistema a circolazione naturale:
    funzionano in maniera naturale. Si basano sul principio
    secondo cui l’acqua calda sale verso l’alto, non hanno bisogno
    di una pompa per la circolazione, però devono avere il serbatoio
    di accumulo più in alto rispetto al pannello solare;
  • impianti solari con sistema a circolazione forzata:
    vuol dire che c’è una pompa, come nei sistemi di riscaldamento
    tradizionali, responsabile della circolazione, e, quindi, non c’è
    più il vincolo del serbatoio in alto. Hanno sicuramente dei costi
    maggiori rispetto all’impianto semplice, dovuti alla presenza di
    una serie di elementi aggiuntivi.

Il solare termico può risultare utile per diversi scopi e finalità:

  • produzione di acqua calda sanitaria;
  • riscaldamento degli ambienti, soprattutto se accoppiati a sistemi di riscaldamento a pavimento o soffitto radiante e ad una caldaia a condensazione;
  • riscaldamento delle piscine.

La tecnologia attuale permette non solo l’applicazione per uso abitativo, ma anche un utilizzo per i campi
sportivi, nonché per imprese operanti nel settore caseario o della carta.

Il costo di un Impianto Solare Termico

Un impianto solare termico ha, per l’utente finale, come ad esempio una famiglia di 3-4 persone, un costo che si aggira intorno ai 3.500 €, senza considerare le detrazioni fiscali.
Per quanto riguarda gli aspetti economici, i risparmi e i vantaggi economici per l’utente finale, possono aggirarsi su qualche centinaio di euro se l’energia prodotta dal Sole, va sostituire il gas. E’ ovvio che nel momento in cui il solare termico sostituisce uno scaldabagno elettrico, quindi si risparmia elettricità, i risparmi possono arrivare anche ad un migliaio di euro annuali.

Un impianto di riscaldamento dell’acqua calda sanitaria permette di coprire totalmente il consumo nei mesi più caldi, mentre durante l’inverno riesce a offrire anche fino al 70-80% dell’acqua calda necessaria.

Energia Eolica
Questa FER sfrutta letteralmente la spinta del vento per azionare delle turbine (aerogeneratori) che permettono di generare energia elettrica. È una FER sito dipendente, nel senso che necessariamente l’installazione di centrali eoliche è legata alla ventosità del sito stesso e purtroppo i punti più ventosi sono, solitamente, quelli situati sui crinali collinari/montuosi.
In Italia, lo sviluppo e l’utilizzo di questa tecnologia è sempre stato osteggiato dall’oggettivo impatto ambientale, che una centrale eolica ha sul territorio e per via delle infrastrutture che ne si necessitano per la sua costruzione.

Aspetti sensibili che riguardano l’energia eolica sono i seguenti:

  • Occupazione del territorio;
  • Impatto visivo;
  • Effetti di interferenza elettromagnetica;
  • Effetti su flora e fauna.

Tali aspetti, comunque, appaiono in generale di così lieve entità da poter affermare che il bilancio costi ambientali - benefici ambientali è ampiamente positivo.
Per esempio, per quanto riguarda la rumorosità di questa tecnologia vediamo il confronto con altre sorgenti di rumorosità:

Sorgente Rumore in dB(A)
Interno di una metropolitana: 100
Martello pneumatico a 7 m:     95
Traffico in città:                       90
Centrale eolica a 350 m:         45
Rumore di fondo notturno:      40

Gli aspetti positivi dell’energia eolica sono:

  • gli aerogeneratori non hanno alcun tipo di impatto radioattivo o chimico, visto che i componenti usati per la loro costruzione sono materie plastiche e metalliche;
  • l’energia eolica è un’energia pulita, perché non provoca localmente emissioni dannose per l’uomo e per l’ambiente;
  • riduzione della dipendenza energetica dall’estero, diversificazione delle fonti energetiche, regionalizzazione della produzione. 

Oltre alle grandi centrali, che possono utilizzare aerogeneratori in grado di generare una potenza di 5 Mega watt elettrici (circa 2 mila appartamenti contemporaneamente accessi), oggi sul mercato esistono una vasta gamma di aerogeneratori anche per usi domestici, così grazie all’utilizzo di mini turbine eoliche, molto piccole, moderne e silenziose, specifiche per l’utilizzo urbano, è possibile sfruttare l’energia eolica 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. Infatti, le turbine per mini eolico raggiungono al massimo i 20 kW di potenza e possono trovare spazio anche sui tetti o nei giardini.
Le mini turbine eoliche hanno un impatto visivo quasi nullo e la scarsa velocità del vento, tipica dell’ambiente urbano, non è un vincolo per questa tecnologia; le turbine sono in grado di produrre energia anche con flussi ventosi modesti. Inoltre, al contrario dei grandi aerogeneratori, il mini eolico si presta alla generazione distribuita di elettricità, non necessitando di grandi infrastrutture per il trasporto dell’energia elettrica presso le utenze. E’ proprio in tale contesto che si hanno le maggiori prospettive di sviluppo della tecnologia. Prima di installare un microgeneratore è importante verificare che non vi siano strutture circostanti che potrebbero ostacolare il movimento delle pale, o anche danneggiarle, e che il sito scelto abbia caratteristiche di ventosità minime da poter giustificare la scelta.

La Geotermia
La geotermia si rivolge alla ricerca e allo sfruttamento dell’energia di campi geotermici o di altre manifestazioni utilizzabili dal calore terrestre. Questa energia viene trasferita alla superficie terrestre attraverso i movimenti convettivi del magma o
tramite le acque circolanti in profondità.

L’interesse per lo sfruttamento del calore è legato all’ enorme quantità di energia disponibile; viene calcolato infatti che il flusso geotermico corrisponda ad una potenza complessiva nei primi 3 Km di crosta terrestre pari a 2.000 volte superiore a quella ottenibile da tutti i giacimenti di combustibili fossili.

L’energia geotermica rappresenta una delle fonti energetiche alternative più promettenti (al posto dell’energia termica prodotta dalle centrali elettriche a combustibili fossili) sia perché è praticamente inesauribile e sia perché le nuove tecnologie permettono di raggiungere grandi profondità e costi contenuti ed efficienze elevate.

Gli impianti geotermici possono essere utilizzati per il riscaldamento, raffrescamento degli edifici e produzione di acqua calda.
Gli impianti geotermici possono essere di due tipi :

  • a sonda verticale:
    le tubazioni vengono inserite verticalmente nel terreno fino a profondità di 150 mt. Per il prelievo di calore dal sottosuolo;
  • a sonda orizzontale:
    le tubazioni in questo caso sono inserite in modo orizzontale nel terreno, e svolgono lo stesso ruolo delle precedenti. L’unico inconveniente è che occuperanno molto più sottosuolo rispetto all’altra tipologia di sonda. Solitamente sono inserite a 2 mt circa di profondità nel sottosuolo Per realizzare l’impianto è necessario seguire un iter organizzativo degli scavi la cui competenza varierà a seconda della regione del Comune in cui s’intendono realizzare i lavori.

Energia Idroelettrica
Per energia idroelettrica si intende l’energia derivante dal potenziale meccanico di un bacino idrico o di un corso d’acqua.
Le grandi centrali idroelettriche hanno un impatto notevole sull’ambiente e gli ecosistemi.

Per questo motivo si sente sempre più parlare di una nuova forma di sfruttamento delle acque: il miniidroelettrico.
Questo è in grado di sfruttare i letti dei fiumi per la produzione di energia elettrica senza necessariamente creare dei laghi artificiali.

Gli impianti idroelettrici sfruttano l’energia potenziale posseduta in un corso d’acqua che compie un salto durante il quale la stessa energia viene catturata e trasformata in energia meccanica attraverso apposite turbine che ruotano grazie al passaggio
dell’acqua nelle stesse. Successivamente l’energia meccanica viene trasformata in elettrica attraverso un’apposita macchina chiamata alternatore. Inoltre è possibile utilizzare turbine idrauliche di piccolissime dimensioni in grado di produrre energia elettrica per utenze domestiche.
In questo caso si parla di micro-idroelettrico.

Gli impianti “mini e micro” hanno sicuramente dei vantaggi rispetto alle grandi centrali idroelettriche:

  • facilità d’installazione;
  • limitata risorsa idrica per la produzione di energia elettrica;
  • possibilità di sviluppare una generazione distribuita vicino alle utenze domestiche.

Queste tipologie d’impianto sono consigliate per le utenze isolate, non raggiunte o lontane dalla rete elettrica. Un esempio possono essere le piccole comunità montane o piccoli villaggi.

Il Costo di un impianto “Mini e Micro” Idroelettrico
In questo caso il costo dell’impianto varia a seconda del luogo in cui questo viene installato e della potenza della turbina.
Per quanto riguarda il mini-idroelettrico i costi d’impianto variano tra i 1.500-2.500 €/KW, ma circa il 50% della spesa è da attribuire alla realizzazione di opere civili.
In relazione al micro-idroelettrico i prezzi possono variare tra i 600-1.500 €/KW.

Biomasse
Tra le energie rinnovabili, la biomassa è l’unica a poter essere convertita in combustibili solidi, liquidi o gassosi mediante opportune tecnologie di conversione. Di conseguenza, questo vettore energetico può essere utilizzato in un vasto campo di applicazioni energetiche, dalla produzione di energia termica ed elettrica, alla produzione di combustibile per i mezzi di trasporto. Il loro utilizzo permette di ottenere notevoli vantaggi sia per il clima che per la tutela dell’ambiente.

L’apporto di CO2 all’atmosfera derivante dall’uso di biomassa è complessivamente nullo, dato che la quantità di anidride carbonica liberata con la combustione o con altri processi che ne scompongano la struttura, è la stessa impiegata per la crescita della pianta. Gli impianti a biomasse hanno taglie di potenza variabile, possono essere impianti di grande potenza o piccole caldaie per uso domestico. Le applicazioni domestiche consistono essenzialmente in caldaie per il riscaldamento dell’abitazione, la cottura dei cibi e la produzione di acqua calda sanitaria. Un’altra prospettiva per l’uso della biomassa è la produzione dei biocarburanti.

Per lo sfruttamento delle biomasse ad uso energetico, è necessario che il reperimento delle stesse rientri in un raggio massimo di 30 km dal loro punto di utilizzo.


Il Costo di un impianto a Biomasse
Biomassa          €/Quintale
Cippato:                3-6
Legna da ardere:     11
Pellet:                  15 - 30

La tecnologia attuale permette impianti ad un costo decisamente basso e facilmente ammortizzabile in pochi anni: i costi variano dai 2.500 ai 7.000 € a seconda della tipologia della caldaia.

Il prezzo della biomassa per le caldaie varia a seconda della tipologia. Comunque, a parità di energia prodotta, tali biocombustibili sono meno costosi di quelli tradizionali come metano, GPL e gasolio.

Le caldaie soprattutto quelle a pellet, necessitano di ridotta manutenzione e possono trovare applicazione nel campo del riscaldamento domestico sia per utenza autonome, sia per utenze centralizzate.

Diverso è il caso di centrali alimentate a biomasse, le cui potenze possono raggiungere anche valori di 20-30 MW. Il costo di investimento di una centrale a biomasse varia tra i 2.000-3.000 €/KW. A questi si aggiungono i costi di gestione e manutenzione, variabili a seconda della tipologia e disponibilità della biomassa impiegata.

I contenuiti di questa pagina sono tratti dalla brochure "Verso un nuovo equilibrio energetico", disponibile in questa pagina per il download.

Per informazioni su Fonti Energetiche Rinnovabili e Risparmio energetico visita il sito:
ENEA (Ente per le Nuove Tecnologie, l'Energia e l'Ambiente).
 
Disponibili su questa pagina per il download anche le guide al risparmio energetico predisposte dall'ENEA:

  • Clima e cambiamenti climatici;
  • Condizionatori;
  • Energia Eolica;
  • Energia Fotovoltaica;
  • Idrogeno energia del futuro;
  • L'etichetta energetica;
  • Motori elettrici;
  • Noi per lo sviluppo sostenibile;
  • Risparmio energetico con l'illuminazione;
  • Risparmio energetico con il frigoriefro e il congelatore;
  • Risparmio energetico con gli impianti di riscaldamento;
  • Risparmio energetico con la lavatrice;
  • Risparmio energetico con la lavastoviglie;
  • Sistemi di illuminazione ad alta efficienza;
  • Detrazione IRPEF del 20% per l'acquisto di frigoriferi ad alta efficienza;
  • Detrazione IRPEF del 55% per interventi di risparmio energetico sugli edifici.