Centrale elettrica
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Una centrale elettrica è un impianto industriale atto alla produzione di energia elettrica. La società moderna si basa in maniera imprescindibile sull'uso dell'energia elettrica, perciò la produzione di tale energia e conseguentemente le centrali elettriche hanno una importanza tecnologica e strategica fondamentale. Le centrali elettriche odierne producono energia quasi esclusivamente in corrente alternata avvalendosi di macchine elettriche denominate alternatori. Esistono eccezioni in Russia, dove per problemi di perdite su elettrodotti estremamente lunghi sono state create centrali elettriche in corrente continua.
Indice
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[modifica] Principali tipologie di centrali elettriche
Le centrali elettriche si caratterizzano principalmente per due aspetti che sono spesso legati fra loro ovvero la potenza, cioè l'energia per unità di tempo che una centrale è in grado di erogare e il tipo di combustibile o altro sistema energetico in ingresso che convertito consenta di ottenere energia elettrica.
[modifica] Centrali termoelettriche
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Per approfondire, vedi la voce centrale termoelettrica. |
Le centrali termoelettriche sono sicuramente la tipologia di centrali più diffusa nel nostro pianeta. Il principio di funzionamento di una centrale termoelettrica classica è abbastanza semplice.
Un elemento combustibile (derivati del petrolio, carbone o gas, ma anche in alcuni casi biomassa o rifiuti) viene bruciato in modo da sviluppare una notevole quantità di calore; questo calore viene trasmesso a una caldaia, ovvero un serbatoio contenente acqua (che subisce a monte una serie di trattamenti al fine di essere purificata per non danneggiare gli impianti), tale acqua viene così trasformata in vapore raggiungendo temperature e pressioni elevate. Questo vapore viene convogliato verso delle macchine rotanti denominate turbine a vapore le quali grazie alla spinta dello stesso vengono messe in rotazione. Collegati all'albero in rotazione di tali turbine vi sono gli alternatori i quali convertono l'energia meccanica di rotazione in energia elettrica.
[modifica] Vantaggi
Generalmente le centrali termoelettriche erogano grandi potenze, dell'ordine delle centinaia o migliaia di MW e costituiscono la spina dorsale del sistema di produzione dell'energia elettrica, perché i loro impianti termici danno il massimo rendimento in regime di produzione costante; di solito quindi vengono tenute in funzione per lunghi periodi di tempo, costituendo la base della capacità produttiva. Anche se alcuni impianti termoelettrici possono essere polivalenti, ovvero in grado di centrali termoelettriche sono sicuramente la tipologia di centrali più diffusa nel nostro pianeta. Il principio di funzionamento di una centrale termoelettrica classica è abbastanza semplice.
Un elemento combustibile (derivati del petrolio, carbone o gas, ma anche in alcuni casi biomassa o rifiuti) viene bruciato in modo da sviluppare una notevole quantità di calore; questo calore viene trasmesso a una caldaia, ovvero un serbatoio contenente acqua (che subisce a monte una serie di trattamenti al fine di essere purificata per non danneggiare gli impianti), tale acqua viene così trasformata in vapore raggiungendo temperature e pressioni elevate. Questo vapore viene convogliato verso delle macchine rotanti denominate turbine a vapore le quali grazie alla spinta dello stesso vengono messe in rotazione. Collegati all'albero in rotazione di tali turbine vi sono gli alternatori i quali convertono l'energia meccanica di rotazione in energia elettrica.
utilizzare diversi tipi di combustibile, questo si ottiene a spese del rendimento termodinamico e quindi della spesa complessiva: per questo, in generale, si costruiscono centrali termoelettriche in grado di bruciare con la massima efficienza un particolare combustibile, e si riadattano gli impianti in caso diventi necessario bruciare un combustibile diverso.
[modifica] Svantaggi
I residui della combustione dei combustibili generano una quantità elevata di prodotti inquinanti come i fumi, il particolato fine, gli ossidi di zolfo e azoto e gli idrocarburi aromatici, che possono essere dispersi nell'ambiente. I progressi tecnologici degli ultimi anni hanno fatto sì che molte misure per l'abbattimento di tali prodotti fossero implementate nelle centrali (pretrattamento del combustibile, abbattimento delle polveri, desolforatori etc.) rendendo queste emissioni meno dannose. Nei paesi meno sviluppati questo tipo di impianti sono spesso molto dannosi, poiché a causa del loro alto costo di costruzione, le strutture di depurazione dei fumi non vengono costruite; ciò le rende delle pericolose fonti di inquinamento.
[modifica] Possibili Miglioramenti
E' possibile ridurre notevolmente l'impatto ambientale di queste centrali. Innanzitutto si puo' semplicemente utilizzare un combustibile poco inquinante (come il gas naturale, il gasolio desolforato e il carbone bonificato). E' possibile contenere notevolmente le emissioni di inquinanti tramite il montaggio di appositi filtri a reagente e catalizzatori ossidanti. Il calore residuo anziché essere sprecato immetendolo nell'aria (il caldo estivo degli ultimi anni è causato proprio da questo fatto!) puo' essere utilizzato per il teleriscaldamento nella stagione invernale (permettendo così di spegnere tutte le caldaie) e puo' essere utilizzato nel periodo estivo per il condizionamento (eliminando i condizionatori singoli).
[modifica] Termovalorizzatori
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Per approfondire, vedi la voce termovalorizzatore. |
I termovalorizzatori rappresentano l'evoluzione dei ben noti inceneritori di rifiuti.
La differenza sostanziale tra questi è che nel termovalorizzatore il calore prodotto dalla combustione dei rifiuti viene utilizzato per produrre energia elettrica in maniera analoga a quanto accade nelle centrali termoelettriche.
Gli odierni termovalorizzatori sono a tutti gli effetti delle centrali termiche che utilizzato i rifiuti come materiale combustibile, aggiunto ad altri materiali che ne conformano la prestazione alla combustione.
A differenza delle centrali termiche i termovalorizzatori necessitano a monte di complessi impianti di separazione dei diversi materiali allo scopo di ridurre l'impatto ambientale connesso alla combustione di un gran numero di sostanze diverse difficilmente controllabili. Normalmente dai rifiuti vengono eliminati i materiali riciclabili o non combustibili come i metalli o il vetro. Il residuo viene solitamente sottoposto a essiccazione e poi inviato ai bruciatori.
Affinché tutte le materie e soprattutto quelle plastiche brucino senza generare elementi tossici (ad esempio la diossina) è necessario raggiungere temperature molto elevate; a tal scopo vengono anche utilizzati metodi di pirolisi o altri metodi combinati.
Tale procedura, di combustione ad alta temperatura, però produce una miniaturizzazione delle polveri emesse, proporzionale con la stessa. Ciò può dunque portare alla produzione di nanoparticelle carboniose, che possono causare diverse patologie.
La combustione dei materiali risultanti dalla selezione dei rifiuti, miscelata agli additivi, produce una quantità di polveri pari ad una massa più grande della massa bruciata, per un rapporto di circa 1÷1.8, cioè: per 1 kg di rifiuti, si produce 1,8 kg di nano-polveri.
I termovalorizzatori hanno comunque un impatto ambientale comunque basso. Infatti viene bruciato un combustibile non riciclabile, che altrimenti sarebbe finito in discarica, rischiando di inquinare il terreno e la falda acquifera sottostante. Inoltre questi inceneritori possono diminuire globalmente gli inquinanti: infatti il calore residuo puo' essere utilizzato per il teleriscaldamento: basta pensare che con un solo inceneritore si puo' riscaldare un'intera città, facendo spegnere tutte le caldaiette autonome della città e questo puo' portare una diminuzione degli inquinanti. Secondo alcune prospettive il calore di scarto in futuro non verrà piu' nel periodo estivo disperso nell'aria, aumentando così la temperatura, ma verrà utilizzato per il condizionamento, tramite un gruppo frigorifero ad assorbimento, permettendo così di eliminare i singoli condizionatori elettrici divoratori di energia!
[modifica] Centrali idroelettriche
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Per approfondire, vedi la voce centrale idroelettrica. |
Insieme alle centrali termoelettriche sono state le prime tipologie di centrali in uso. Il principio di funzionamento delle centrali idroelettriche si basa sull'utilizzo dell'acqua, o meglio della sua energia cinetica, al fine di produrre energia elettrica.
Le centrali idroelettriche si suddividono in due tipologie:
- Centrali ad acqua fluente
Tali centrali sfruttano l'energia cinetica delle acque fluviali (energia idroelettrica), convogliate in particolari turbine idrauliche messe in rotazione dal flusso dell'acqua. Collegate all'albero rotante delle turbine vi sono gli alternatori che trasformano l'energia meccanica di rotazione in energia elettrica.
- Centrali a caduta
Tali centrali sfruttano l'energia potenziale di notevoli masse d'acque poste ad altezza maggiore rispetto a quella di presa (si parla in tal caso di 'invaso', o naturale o artificiale creato tramite dighe). L'energia potenziale dell'acqua viene trasformata in energia cinetica facendo confluire l'acqua in condotte forzate nelle quali l'acqua raggiunge notevoli velocità. L'acqua viene poi fatta confluire come nel caso precedente in turbine collegate ad alternatori producendo così energia.
Rispetto alle centrali termoelettriche, questo tipo di centrali produce un minore impatto ambientale durante il funzionamento; la parte maggiore dell'impatto ambientale si verifica durante la costruzione, a causa degli sbancamenti e delle grandi opere necessarie per realizzare gli invasi e il sistema di condotte forzate. Le centrali idroelettriche possono avere potenze che vanno da alcuni MW (centrali fluviali) alle decine o centinaia di MW per le grandi centrali a caduta.
[modifica] Vantaggi
Il principale vantaggio delle idroelettriche è che, una volta costruite, offrono energia a costi molto competitivi e non richiedono combustibili o materie prime; sono una fonte di energia totalmente rinnovabile e di fatto illimitata. Inoltre, con una manovra chiamata pompaggio (che consiste nel ripompare l'acqua dai bacini inferiori negli invasi durante le ore notturne, quando la richiesta di energia è minore) si può accumulare energia prodotta dalle altre centrali della rete, per restituirla di giorno nelle ore in cui la domanda di energia raggiunge il massimo. Un ulteriore vantaggio è legato al fatto che la variazione della produzione di energia può avvenire in maniera molto più rapida rispetto ad una centrale termoelettrica o nucleare, variando la quantità di acqua che viene convogliata alla turbina. Il loro impiego è infatti generalmente massimo durante le ore di maggiore consumo energetico.
[modifica] Svantaggi
Soprattutto le centrali a caduta, che richiedono un intervento edilizio di enormi proporzioni per la realizzazione di laghi artificiali per fungere da invasi, hanno un impatto ambientale di grandi proporzioni, sia nella fase costruttiva delle opere, sia a posteriori nell'impatto visivo ed estetico. Inoltre il fatto di alterare la portata e la distribuzione delle acque fluviali porta ad un cambiamento del microclima locale, per la maggiore umidità ed evaporazione portata dal lago che funge anche da serbatoio di calore, livellando le temperature fra giorno e notte. Questo porta in genere a variazioni nella flora e fauna locale; nel caso di bacini montani, si può avere un impatto anche su eventuali ghiacciai nelle vicinanze. Altro svantaggio è dovuto al deposito dei solidi in sospensione sul fondo dell'invaso. I ruscelli e torrenti che alimentano l'invaso, infatti, trasportano particelle solide erose durante il loro corso; quando l'acqua è nel bacino, la velocità dei corsi d'acqua si annulla e le particelle iniziano a depositarsi sul fondo riempiendo lentamente tutto il bacino fino al suo completo inutilizzo. Per poter nuovamente lasciare spazio all'acqua è necessario rimuovere tutti i depositi che vanno, però, smaltiti in qualche luogo, dando impatto ambientale.
[modifica] Centrali a fissione nucleare
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Per approfondire, vedi la voce Centrale nucleare. |
Le centrali nucleari sono analoghe alle centrali termoelettriche; la differenza sostanziale sta nel tipo di combustibile e di processo tecnologico che viene utilizzato per fornire calore e formare il vapore da inviare alle turbine. Queste centrali ottengono il calore da un processo di fissione nucleare del combustibile o in un prossimo futuro (2040/2050 in ipotesi ottimistiche) dal processo di fusione nucleare del combustibile
[modifica] Vantaggi
Questa tipologia di centrali produce un'elevatissima potenza per metro quadrato occupato dall'impianto, a costi più o meno uguali a quelli del carbone, che è attualmente la tecnologia economicamente più conveniente, rappresentando però una soluzione che permette di non dipendere piu' dai combustibili fossili. Le centrali nucleari non hanno emissioni inquinanti di alcun tipo, l'impatto ambientale di una centrale nucleare è praticamente nullo, la radioattività emessa dalle strutture è simile a quella emessa da un orologio da polso fluorescente e come essa inferiore di centinaia di volte al fondo naturale di radiazioni che comunque vengono percepite per effetto dei raggi cosmici e della naturale radiazione della terra.
[modifica] Svantaggi
Queste centrali sono potenzialmente pericolose se mal costruite o lasciate in mano a paesi interessati alla proliferazione militare, giacchè le centrali miste civili-militari (come quella di Chernobyl) sono molto più pericolose di quelle civili. Una rottura del sistema di contenimento e raffreddamento della centrale, possibile in impianti a grafite (richiesta per l'impiego militare), potrebbe portare alla dispersione nell'ambiente di materiale radioattivo e quindi alla contaminazione di vaste aree (vedi Disastro di Chernobyl), tale rischio, inesistente per le centrali occidentali attualmente operative e per quelle future, è viceversa presente per molte delle centrali più vecchie operative nei paesi dell'ex unione sovietica. Lo smaltimento delle scorie radioattive e della centrale nucleare quando il suo ciclo vitale risultasse esaurito è un problema non completamente risolto, la Finlandia e la Svezia per esempio hanno individuato modalità sicure per lo smaltimento delle scorie senza una grande spesa, in Italia invece lo smaltimento sembra ancora molto difficile. Le rigide norme di sicurezza rendono la costruzione di queste centrali costosa e lenta, anche per la variabilità nel tempo delle stesse norme. In Francia il tempo medio di costruzione di una centrale è di 4 anni, ed in Korea di 2 anni.
L'avvento di centrali nucleari di quarta generazione e di centrali autofertilizzanti dovrebbe risolvere alcuni degli aspetti negativi. Le nuove centrali saranno dotate di dispositivi di sicurezza passivi. Questi dispositivi di sicurezza non saranno basati su computer o sensori ma saranno basati su fenomeni fisici in modo che, se la centrale dovesse andare fuori controllo questi dispositivi di sicurezza entrerebbero in funzione automaticamente indipendentemente dalle indicazioni dei computer o del personale umano. Le centrali autofertilizzanti invece consentiranno di riutilizzare le scorie per produrre altro materiale fissile e quindi ridurranno i problemi di approvvigionamento e di smaltimento del materiale esausto, è atteso dal passaggio alla generazione autofertilizzante un differenziale di circa il 94% tra l'efficienza energetica dei vecchi reattori e quella dei nuovi, con una conseguente moltiplicazione delle risorse, attualmente scarse, di combustibile nucleare, tale da portare le attuali riserve di 100 anni per l'uranio e di qualche secolo per il torio ad oltre quindicimila anni.
[modifica] Centrali solari termiche
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Per approfondire, vedi la voce centrale solare. |
Per centrali solari si intendono le centrali solari termiche, che sfruttano l'energia solare, da non confondersi con i pannelli fotovoltaici che per rendimento, quantità di energia prodotta e costi non possono ancora essere oggi considerate centrali.
Le centrali solari termiche utilizzano come principio di base quello delle centrali termiche classiche, anche in questo caso la differenza sta nel metodo in cui viene scaldata l'acqua della caldaia.
Normalmente la centrale è formata da una superficie nella quale sono posti centinaia di specchi che concentrano i raggi solari in unico punto centrale (detto fuoco) nel quale si trova la caldaia. Questa colpita da tutti i raggi deviati dagli specchi si scalda fino a raggiungere temperature sufficientemente elevate per completare il ciclo del vapore fino alla turbina. Oppure da campi di concentratori parabolici lineari (in inglese parabolic trough),che riscaldano il fluido all’interno di condotti che percorrono la linea del fuoco.(vedi fig. a lato)
[modifica] Vantaggi
Notevoli sono i lati positivi di questa fonte di energia, non ci sono emissioni inquinanti o di gas serra, non è necessario il trasporto di combustibili, non si producono scorie, la centrale non è pericolosa per gli abitanti nei dintorni, e non si presta a pericolosi attentati terroristici. Altro vantaggio è che escluso i costi di costruzione e manutenzione si produce energia senza bisogno di materie prime, in quanto la luce solare è gratuita.
[modifica] Svantaggi
Questo tipo di centrali richiedono una superficie di esposizione solare di dimensioni elevate, che aumenta in funzione della potenza che si vuole produrre. Ovviamente, producono solo se sottoposte a buon irraggiamento solare, puo' quindi essere sufficiente una nuvola per interrompere il processo di produzione. Gli impianti più moderni infatti prevedono di stoccare il fluido ad alta temperatura in appositi serbatoi isolati, che permettono di far funzionare le turbine non solo durante la notte ma con una autonomia di alcuni giorni in caso di cattivo tempo. Questi impianti hanno comunque la possibilità di essere alimentati a gas, nel caso le condizioni sfavorevoli perdurino. Le centrali termiche solari hanno potenze mminime,i 20 megawatt raggiunti dalle tecnologie solari alla centrale di Priolo bastano ad un paese di 20 mila abitanti, una centrale termoelettrica ordinaria produce tra le 50 e le 200 volte di più. I costi per la messa in esercizio delle centrali solari sono inoltre elevatissimi, anche a ragione della necessità di sovradimensionare le strutture produttive in modo enorme per compensare la bassa disponibilità produttiva generata dalla discontinuità dell'irraggiamento, la quale è dovuta al ciclo solare e non puo' dunque essere aggirata ma è destinata ad essere smpre un problema strutturale della tecnologia.
Le centrali solari ad alta temperatura a volano termico con la sostituzione dell'acqua con più appropriate soluzioni saline proposte in Italia dal premio Nobel Carlo Rubbia rappresentano le fonti da questo tipo di energia con la maggiore convenienza prospettata attualmente in sperimentazione. La Spagna ha recentemente accolto Rubbia, dopo che lo stesso è stato allontanato dalla guida dell'ENEA per manifesta incapacità, ed ha lanciato anch'essa la sperimentazione di centrali simili a quelle progettate per l'Italia.
[modifica] Possibili miglioramenti
In queste centrali spesso durante l'anno non si raggiungono le temperature di 110 gradi richieste (per poter far evaporare l'acqua). Percio' una buona soluzione sarebbe che, nei periodi in cui non vi è una sufficiente insolazione, utilizzare il calore per produrre semplice acqua calda a 90°C, che, tramite una rete di teleriscaldamento, puo' essere utilizzata per la produzione di acqua calda sanitaria, per alimentare le caldaie a scambiatore di calore e per alimentare i gruppi frigoriferi ad assorbimento.
[modifica] Centrali eoliche
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Per approfondire, vedi la voce Centrale eolica. |
Le centrali eoliche sono centrali che sfruttano la velocità del vento per la produzione di energia elettrica. Il principio di funzionamento è abbastanza semplice, il modulo base di una centrale eolica è il generatore eolico. Questa apparecchiatura è composta da un'elica collegata a un albero alla quale è calettato il generatore di corrente.
L'elica e il generatore sono normalmente posti ad altezze elevate in modo da essere attraversati dai venti, venti che mettendo in rotazione l'elica fanno di fatto ruotare il generatore che produce così energia.
I generatori eolici possono essere di varie dimensioni ed essere utilizzati sia per un uso domestico rurale o in centrali normalmente composte di numerosi generatori. Le potenze di tali generatori variano dalle centinaia di W alle centinaia di kW.
[modifica] Vantaggi
Come per le centrali solari quelle eoliche non hanno residui, scorie o altri sottoprodotti. Il vento è gratis, quindi l'unica spesa è l'installazione e la manutenzione, pure se essa è molto elevata. Le centrali eoliche hanno un costo di costruzione abbastanza contenuto, 500.000 euro per un aerogeneratore da 1 MW, il quale tende pero' a lievitare in modo enorme per impianti di dimensioni adeguate alla produzione industriale. A terra occupa meno di 100 metriquadri, quindi non toglie la possibilità di continuare le precedenti attività su quel terreno (es. pastorizia...)
[modifica] Svantaggi
Le centrali eoliche per produrre quantità di energia apprezzabili devono essere costituite da diversi generatori eolici, tali generatori devono essere mantenuti a certe distanze per poter sfruttare il vento, e per evitare un affollamento che sarebbe sgradevole. Inoltre la disponibilità produttiva è molto bassa (14%) a causa della discontinuità del vento e dunque a parità di potenza nominale installata una centrale eolica produce un sesto di una centrale nucleare e un quinto di una centrale a gas, richiedendo in compensazione dunque un sovradimensionamento e un sovracosto pari a 6 volte quello nominale per ottenere le stesse prestazioni effettive.
Si possono installare solo dove c'è abbastanza vento e sono degli impianti moderatamente rumorosi, la loro pericolosità per i rapaci, naturalmente attratti dal rumore, è enorme e modificazioni della resistenza areodinamica dei suoli possono condurre ad alterazioni permanenti della ventosità, con contraccolpi sull'ambiente notevoli. Un esempio è il caso di Los Angeles, città la cui attuale bassa ventilazione, e il conseguente permanere dello smog, è probabilmente dovuta all'installazione di grandi impianti eolici nelle gole attraverso le quali il vento arrivava alla città che hanno provocato l'innalzamento delle correnti eoliche e lo scavalcamento della città da parte dei venti.
[modifica] Possibili miglioramenti
Vi sono nuove tecniche che permettono di installare aerogeneratori anche dove, fino a qualche tempo fa, non era pensabile. Sono state create nuove forme per le pale degli aerogeneratori, per limitare l'ingombro, sono stati creati alberi di trasmissione lenti, in modo da limitare notevolmente l'inquinamento acustico, e vi sono vari incentivi che permettono di ammortizzare il costo nel giro di pochissimi anni
[modifica] Centrali geotermolettriche
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Per approfondire, vedi la voce centrale geotermoelettrica. |
Le centrali geotermoelettriche sono di fatto centrali termiche che utilizzano come fluido primario per scaldare le caldaie il calore naturale dei vapori geotermici contenuti nel sottosuolo (energia geotermica). Non esiste dunque, in questo tipo di centrali, alcun processo di combustione. Le centrali geotermoelettriche possono raggiungere potenze anche rilevanti, di qualche centinaio di MW.
[modifica] Vantaggi
Una volta costruite le tali centrali sono estremamente pulite in quanto sfruttano un riscaldamento termico del tutto naturale e non hanno quindi scorie o residui atmosferici.
[modifica] Svantaggi
Tali centrali hanno elevati costi di manutenzione dovuti alla composizione delle acque provenienti dal sottosuolo. Spesso si trovano giacimenti geotermici anche molto grandi, ma non utilizzabili con le tecniche attuali, siccome la temperatura è intorno agli 80/90 gradi
Il problema sicuramente maggiore di queste centrali è che possono essere costruite solamente in appositi siti con presenza di attività geotermica, siti normalmente abbastanza rari.
[modifica] Sviluppi futuri
Sicuramente la produzione di energia elettrica per la sua importanza è oggetto di studi e sforzi in molti ambiti. Oltre alla sopra citata fusione nucleare elenchiamo una serie di esperimenti e possibilità che si sono affacciate a più riprese negli ultimi anni o che sono in via di sviluppo.
[modifica] Centrali a fusione nucleare
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Per approfondire, vedi la voce Reattore nucleare a fusione. |
Attualmente la maggior parte dei finanziamenti mondali nei confronti nelle nuovi fonti di energia si sta concentrando sulla costruzione di centrali nucleari basate sulla fusione nucleare.[citazione necessaria] La maggiore iniziativa è il progetto ITER che prevede la fusione nucleare di due atomi di trizio e deuterio per la generazione di un atomo più pesante e di un'enorme quantità di energia.
Il progetto ITER prevede la generazione di plasmi stabile che fornisca più energia di quanta ne richiede per la sua generazione. Questo progetto non è in grado di produrre energia elettrica infatti questo sarà lo scopo del successivo progetto DEMO. Il progetto DEMO mira a convertire l'energia disponibile dalla fusione nucleare in energia elettrica e solo dopo il completamento di questi progetti si potranno costruire centrali elettriche a fusione nucleare. Le prime si prevedono che saranno operative per il 2050.
[modifica] Vantaggi
Le centrali a fusione nucleare produrrebbero, come unico tipo di scoria, elio 4 che è un gas inerte e assolutamente non radioattivo, inoltre non userebbero sistemi a combustione e quindi non inquinerebbero l'atmosfera (di fatto non avrebbero emissioni di pericolosità rilevante). Inoltre dovrebbero essere in grado di ottenere grandi quantità di energia, anche superiori rispetto alle centrali a fissione odierne.
[modifica] Svantaggi
La fusione richiede temperature di lavoro elevatissime, tanto elevate da non poter essere contenuta in nessun materiale esistente. Il plasma di fusione viene quindi trattenuto grazie all'ausilio di elevatissimi campi magnetici, e le alte temperature vengono raggiunte con l'utilizzo di potenti laser. Il tutto rende il processo difficile, tecnologicamente dispendioso e complesso.
Altro problema è il materiale di ingresso in quanto trizio e deuterio non sono materiali facilmente reperibili in natura.
Inoltre rimane per queste, come per le centrali nucleari tradizionali, il problema della limitata vita operativa a causa della radioattività indotta nelle strutture.
[modifica] Centrali fotovoltaiche
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Per approfondire, vedi la voce Centrale solare. |
Le centrali basate su pannelli fotovoltaici convertono direttamente l'energia solare in corrente elettrica sfruttando l'effetto fotovoltaico.
Sebbene tale tecnologia risulti da tempo già affermata in ambito aerospaziale, per applicazioni di utenze isolate o per altri utilizzi di nicchia, la realizzazione di centrali fotovoltaiche è oggi ancora in fase di studio o prototipale.
[modifica] Vantaggi
Questo tipo di centrali richiede una bassa manutenzione dato che non sono dotate di complessi impianti ma solamente dei pannelli fotovoltaici che vanno periodicamente puliti ed orientati in direzione del Sole. Rappresenta inoltre una fonte di energia "pulita", dato che non produce alcun tipo di emissione o impatto ambientale, esclusi quelli necessari alla realizzazione dell'impianto stesso di produzione.
[modifica] Svantaggi
Il principale svantaggio degli impianti fotovoltaici è dovuto alla bassa efficienza dei pannelli (al massimo 25% in laboratorio, 14-16% in condizioni operative) e all'elevato costo dei suddetti pannelli che rende ancora totalmente antieconomica la realizzazione di centrali fotovoltaiche. Inoltre si presenta lo stesso svantaggio strutturale già visto per le centrali eoliche: a causa della bassissima disponibilità produttiva (11%), causata a sua volta della variabilità nel tempo dell'irraggiamento solare, le centrali solari possono produrre a parità di potenza nominale installata solo poco più di un decimo di quanto con la stessa potenza nominale sono in grado di generare centrali nucleari, a carbone o a gas, e dunque richiedono, per poter essere sfruttate, un sovradimensionamento originario e strutturale che ne moltiplica di un ordine di grandezza i costi.
[modifica] Centrali mareomotrici
Queste centrali sfruttano il movimento dei mari e degli oceani dovuti alle maree. Queste centrali accumulano l'acqua in un bacino durante l'alta marea e poi la rilasciano durante la bassa marea.
L'acqua viene fatta passare in condotte forzate che la conducono in turbine collegate ad alternatori che consentono di produrre corrente elettrica. In alcune zone della Terra il dislivello tra alta e bassa marea può essere anche di 20 metri e può quindi rendere conveniente l'istallazione di questi impianti.
[modifica] Vantaggi
Sono impianti molto simili alle centrali idroelettriche e quindi la tecnologia è già disponibile e collaudata
[modifica] Svantaggi
Solo poche zone sono adatte per l'istallazione di questi impianti e comunque la potenza generata è modesta rispetto alla superficie occupata dall'impianto.
Una seconda tipologia di centrali è basata sullo sfruttamento delle correnti sottomarine, che opportunamente incanalate potrebbero generare corrente elettrica tramite delle turbine. Queste centrali sono attualmente degli esperimenti da laboratorio, anche se in breve tempo si potrebbe passare ad un loro utilizzo reale per la produzione di corrente elettrica.
Una terza tipologia di centrali basata sugli oceani vuole sfruttare la differenza termica dei diversi strati dell'oceano. Acqua a differenti profondità ha differenti temperature e queste centrali utilizzano questa differenza di temperatura per produrre elettricità. Essendo la differenza termica tra i vari strati ridotta queste centrali hanno sempre un'efficienza molto bassa, tra 1 e il 3%.
[modifica] Celle a combustibile
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Per approfondire, vedi la voce Cella a combustibile. |
Le centrali basate su celle a combustibili utilizzano ossigeno e idrogeno per produrre corrente elettrica e calore.
L'idrogeno e l'ossigeno combinandosi nella cella a combustibile generano corrente elettrica, calore e acqua. La corrente elettrica può essere utilizzata per azionare i motori elettrici di un veicolo.
[modifica] Vantaggi
Bassissimo impatto ambientale.
[modifica] Svantaggi
L'assenza sulla terra di idrogeno gassoso pronto all'uso come fonte di energia.
L'idrogeno deve essere considerato un vettore energetico e non una sorgente di combustibile. L'idrogeno, infatti, molto abbondante nelle stelle, sulla terra esiste solo sotto forma di composto chimico, per lo più nella sua forma combusta, l'acqua.
L'estrazione dell'idrogeno dall'acqua, per il Secondo principio della termodinamica non può mai essere un processo conveniente, ossia l'energia che si ricava dall'idrogeno è sempre inferiore a quella necessaria per estrarlo.
È possibile ricavare energia dall'idrogeno presente in altri composti quali il metano, ma in questo caso si perdono i benefici ambientali.
Qualora diventasse disponibile, in futuro, una grande quantità di energia di altra natura, parte di essa potrebbe essere utilizzata per generare idrogeno e alimentare celle a combustibile per l'alimentazione di automobili elettriche.
[modifica] Fusione fredda
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Per approfondire, vedi la voce Fusione fredda. |
Questa voce è ritenuta di parte, o non neutrale, (vedi l'elenco delle voci non neutrali). Se vuoi contribuire alla voce, e per ulteriori informazioni, partecipa alla pagina di discussione relativa. (uso di questo tag) (voce segnalata nel mese di settembre 2006)
Motivazione: stile, mancano citazioni, mancano dettagli sulle critiche Vedi anche: Progetto fisica Portale fisica Segnalazione di Sergio Ballestrero 13:32, 3 set 2006 (CEST)
Si fece un gran parlare della fusione a freddo nel 1989, quando due scienziati statunitensi, Martin Fleischmann e Stanley Pons, annunciarono di essere riusciti a trarre energia pulita e che non rilasciava alcun tipo di scorie, da una fusione di due nuclei atomici, anziché dalla classica fissione di un nucleo atomico (comunemente di uranio o plutonio).
La fusione nucleare avviene incessantemente nel Sole a milioni di gradi centigradi; le presunte reazioni di fusione nucleare di Fleischmann e Pons invece avvenivano a temperatura ambiente, per questo è stata definita "fusione fredda".
Dopo gli entusiasmi iniziali, i due scienziati cominciarono però a essere sommersi da accuse secondo cui la reazione nucleare di cui essi parlavano fosse dovuta a una messa in scena o ad un errore di laboratorio. Infatti gli altri laboratori non furono in grado di replicare l'esperimento di Fleischmann e Pons.
Nel 2002 all'ENEA di Frascati è stata definitivamente confermata la natura nucleare delle reazioni che avvengono nella fusione fredda. Ecco la conclusione dello studio: "La presenza, verificata sperimentalmente, di 4He rappresenta la prova definitiva della natura nucleare del processo".[citazione necessaria]
Il ricercatore francese Jean Louis Naudin ha dimostrato che non servono nemmeno il costoso palladio e l'introvabile acqua pesante (D2O), ma bastano tungsteno, carboncini, acqua di rubinetto e carbonato di Potassio (K2CO3). [citazione necessaria]
[modifica] Vantaggi
Richiede impianti di ridotte dimensioni ed economici. Il combustibile può essere ricavato semplicemente dall'acqua tramite elettrolisi.[citazione necessaria] Non vi sarebbero scarti inquinanti da smaltire.[citazione necessaria]
[modifica] Svantaggi
Data la attuale non ripetibilità degli esperimenti e la mancanza di una solida teoria sui fenomeni legati alla fusione fredda attualmente non si possono fase stime temporali su un reale impiego di questo tipo di centrali.
[modifica] Centrale solare orbitale
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Per approfondire, vedi la voce Centrale solare orbitale. |
Le Centrali solari orbitali dovrebbero ottenere energia elettrica attraverso pannelli fotovoltaici costruiti in orbita. L'energia ottenuta dovrebbe essere trasmessa a Terra tramite microonde. Le microonde verrebbero ricevute tramite un'estesa schiera di antenne e convertite in corrente elettrica immessa nella rete di distribuzione. Una seconda alternativa prevede la trasmissione a Terra dell'energia tramite potenti laser. A Terra ricevitori composti da pannelli fotovoltaici dovrebbero nuovamente convertire la luce del laser in corrente elettrica che verrebbe inviata nelle linee ad alta tensione per la distribuzione. Questa seconda alternativa ridurrebbe notevolmente la dimensione degli impianti a Terra ma ridurrebbe in modo drastico la potenza elettrica prodotta data la scarsa efficienza dei pannelli fotovoltaici a Terra.
[modifica] Vantaggi
Essendo in orbita i pannelli sarebbero sempre illuminati e fornirebbero una corrente costante, la mancanza di atmosfera consentirebbe ai pannelli fotovoltaici una maggior efficienza rispetto ad un istallazione a Terra.
[modifica] Svantaggi
La costruzione in orbita è molto costosa e le continue conversioni (da luce a corrente, a microonde e nuovamente a corrente) deprimerebbero le prestazioni dell'impianto dissipando la buona parte della potenza irraggiata dal Sole.
Questo tipo di impianto al momento è solo ipotetico ma se si riuscisse a realizzare un ascensore spaziale allora il costo del trasposto del materiale in orbita verrebbe sensibilmente abbattuto e di conseguenza potrebbe diventare economicamente vantaggiosa la sua costruzione.
[modifica] Materia e antimateria
Sicuramente molti appassionati di fantascienza e trekker si saranno chiesti se sia realmente possibile costruire un motore materia-antimateria. Anticipando il fatto che non ci sono studi a oggi che si muovono verso tale direzione si può però affrontare l'argomento sotto un punto di vista teorico. Gli studi scientifici legati al mondo microscopico hanno da anni non solo prodotto antimateria (da notare che parlando di antimateria ci si riferisce ad antiparticelle o di singoli antiatomi, e non a quantità di materia macroscopiche) ma dimostrato ampiamente che l'annichilazione della materia con l'antimateria converte l'intera massa in energia (E=mc2), sviluppando grandi quantità di energia. Quindi si potrebbe affermare che un ipotetico reattore che sfrutti questi due elementi sarebbe in grado di generare enormi quantità di energia. Naturalmente siamo gran lungi dall'essere in grado di fare ciò. Odiernamente l'antimateria viene prodotta principalmente nei ciclotroni per uso scientifico e non si conoscono mezzi tecnologici per produrne quantità rilevanti; ma soprattutto la sua produzione richiede l'utilizzo di quantità di energia enormemente superiori a quelle che si potrebbero ricavare dalla sua conversione in energia.
[modifica] Voci correlate
- Produzione di energia elettrica
- Produzione di energia elettrica in Italia
- Trasmissione di energia elettrica
- Distribuzione di energia elettrica
- Petrolio
- Carbone
- Energie rinnovabili
