di  -  giovedì 7 maggio 2009

Pubblichiamo un guest post di Simone Serra

Molto spesso tra le pagine dei giornali, nei salotti televisivi, ma anche tra le righe dei post e dei commenti di Appunti Digitali, si legge di questa o quella tecnologia per la produzione di energia elettrica, si sente parlare di nuove soluzione, di “rivoluzioni” tecnologiche, ma raramente si cerca di spiegare come funzioni il “sistema di produzione”, del perché vengano impiegate tecnologie differenti e quali siano le caratteristiche delle stesse.

Questo post, senza avere l’ambizione di essere completamente esauriente, vuole fornire “una base” tecnica (seppur senza entrare in tecnicismi) per aiutare i lettori meno esperti a comprendere la diatriba energetica.

FABBISOGNO DI ENERGIA

Per noi tutti è normale premere un qualunque interruttore e dare per scontato che la lampadina o l’elettrodomestico che abbiamo tra le mani inizi a funzionare, ma questa energia come ed in che momento viene prodotta?

L’energia elettrica viene prodotta “sul momento”, pertanto è possibile immaginare un impianto che fornisce costantemente energia alle utenze, ma a questo punto è lecito domandarsi: “come è possibile che venga prodotta esattamente quando schiaccio un interruttore?”

Per rispondere a questa domanda è necessario fare un passo indietro ed introdurre il “diagramma di carico giornaliero”.

Diagramma carico giornaliero

In questo diagramma viene rappresentato un tipico andamento dei consumi giornalieri di energia, si può individuare facilmente un “carico di base” (B) sempre presente (anche se di diversa entità) sia di giorno che di notte, il valore medio della potenza richiesta (PB), due picchi (A) oltre il valore medio, che corrispondono alle situazioni di massima richiesta e due regioni nelle quali la potenza richiesta dall’utenza risulta inferiore al valore medio (C).

Un diagramma come quello rappresentato nella precedente figura può essere indicativo di una particolare giornata della settimana, ed ovviamente varia da giorno a giorno, in maniera maggiormente evidente in corrispondenza dei fine settimana ed al variare dei periodi dell’anno.

A prima vista si può pensare di prevedere quale sarà l’andamento della domanda, ed in effetti è proprio quello che viene fatto, ma è altrettanto facile immaginare come sia impossibile prevedere le richieste istantanee, ovvero fornire l’energia elettrica esattamente quando noi schiacciamo un interruttore.

Tali richieste istantanee risultano fortemente mediate dalla contemporanea richiesta di più utenze, e dallo spegnimento di altre, ma sono comunque indicative della necessità del sistema di produzione di essere in grado di rispondere con una grande rapidità alle piccolissime variazioni di carico.

Fatta questa introduzione possiamo ora esaminare le tipologie standard di impianto per la produzione di energia elettrica.

IMPIANTI DI PRODUZIONE

In Italia, ma più in generale in tutti paesi industrializzati, vengono utilizzati contemporaneamente tre tipologie di impianto, ognuna caratterizzata da vantaggi e svantaggi, ed adatta a rispondere ad una parte delle esigenze dell’utenza.

1)Impianti Termoelettrici a Vapore;
2)Impianti di Turbina a Gas (a ciclo semplice o combinato);
3)Impianti Idroelettrici (ad acqua fluente od a bacino);

In questa serie di post non verranno prese in considerazione altre tipologie di impianto che saranno esaminate in post separati (Nucleare, Geotermico, Eolico e Solare e soluzioni particolari come MHD).

Nei prossimi post esamineremo approfonditamente ogni tipologia di impianto.

22 Commenti »

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  • # 1
    Giulio
     scrive: 

    Molto molto interessante. Sto giusto scrivendo una tesi sulle energie rinnovabili in Europa e devo ammettere che, parlando con le persone (non i tecnici chiaramente) e con lo stesso professore, che tecnico del settore energia non è (io studio relazioni internaizonali), si capisce come molte piccole cose come queste non si conoscano affatto.
    Complimenti per la ottima idea di questa serie di post. Aspetto con ansia i prossimi!

  • # 2
    luca
     scrive: 

    La gente non sa cosa significa premere l’interruttore della luce. c’è uno studio dietro che neanche ci si immagina. per esempio si utilizza il load forecasting per andare a prevedere (mediante i dati storici e non) la richiesta nel breve e nel lungo termine di energia elettrica. l’altro grosso problema è la distribuzione dell’energia sulla rete nazionale (load flow). spero che riusciate ha spiegare in maniera semplice questi argomenti così forse le persone si renderanno conto di tutti i problemi riguardante l’elettricità.

  • # 3
    arkanoid
     scrive: 

    consiglio di dare un’occhiata al sito del GSE che si occupa di queste belle cosette, dato che molti credono che l’enel sia il factotum di tutto ciò che riguarda l’energia ma non è per nulla la realtà ;)

  • # 4
    zap
     scrive: 

    Pochi sanno che l’Italia è perfettamente in grado di coprire con le sue centrali il fabbisogno sia di base che di punta.

    Viceversa la Francia, piena di centrali nucleari, ha un enorme surplus di produzione rispetto alal richiesta di base (e quindi letteralmente svende a bassissimo prezzo l’elettricità che altrimenti dovrebbe butta via nelle ore notturne) mentre NON è in grado di coprire il suo fabbisogno di punta e quindi COMPRA “elettricità di punta” all’estero a carissimo prezzo.

    Alla faccia del “nucleare che garantisce l’autonomia e sicurezza energetica”! La Francia è molto meno sicura di noi perchè dipende dall’estero per i picchi di richiesta, mentre l’Italia ha risorse proprie.

  • # 5
    Simone
     scrive: 

    @zap

    Non possiedo dati relativi alla Francia, la mia intenzione nel post (che risulta diviso in 3 parti) è quella di mostrare “come funziona in Italia” (ma non è completamente diversa la situazione anche negli altri paesi industrializzati) e successivamente verrà mostrata una “giornata tipo”, con diagrammi ottenuti da dati reali dove anche l’acquisto di energia dall’estero viene rappresentato.

    Vorrei comunque fare notare che Italia, Francia ed in generale tutto l’Europa hanno “grosso modo” lo stesso fuso orario, quindi se la Francia sfora in notturna è notte in tutto Europa, quella energia pertanto (salvo una minima quota che viene comunque importata anche da noi durante la notte) la compra solo chi non riesce nemmeno a coprire il carico di base e necessita un continuo afflusso di energia…

  • # 6
    zap
     scrive: 

    @Simone
    Come detto l’Italia (a differenza della Francia) PUO’ coprire sia la base che la punta.

    Ovviamente, visto che la Francia di notte ha un enorme suprlus che butterebbe via, conviene comprare questa “elettricità in svendita” piuttosto che produrla da sè.

    In sostanza la Francia deve vendere a basso costo la sua elettricità di base notturna e comprare costosa elettricità di punta diurna.

  • # 7
    Simone
     scrive: 

    @zap

    Devi avere frainteso ciò che ho scritto, l’energia che importiamo noi dalla Francia durante la notte è abbastanza esigua, ovviamente rientrano considerazioni di tipo economico, essendo la Francia un grosso produttore (perlopiù da nucleare e quindi da impianti a vapore) il costo del kWh prodotto risulta basso e facilmente appetibile, ma comunque come sarà evidente nel 3° post, durante la notte anche i nostri impianti sono al minimo tecnico, e questo implica un aumento del costo di quanto producono, ed un loro spegnimento non è praticabile soprattutto per gli impianti a vapore, il funzionamento dell’intero sistema si basa su un equilibrio molto precario, un ipotetico guasto ad un impianto deve essere immediatamente superabile mediante l’impiego del resto degli impianti, e visto che gli impianti termici richiedono un tempo più o meno grande per incrementare la potenza (da pochi minuti a svariate ore) si può precedere con quelli più celeri (idroelettrico essenzialmente) a coprire questo buco in attesa dell’arrivo a regime degli impianti termici, dopo di chè l’idroelettrico dovrà procedere al ripompaggio dell’acqua utilizzata per evitare problemi durante le ore diurne quando serviranno per la regolazione fine del carico.

    Probabilmente l’Italia ha un sistema di produzione più flessibile, ma anche la Francia dispone di idroelettrico per la regolazione fine e di turbogas per i picchi.

  • # 8
    zap
     scrive: 

    @Simone
    Tutto chiaro.
    Qualche dato: nel 2006 la Francia ha avuto picchi giornalieri di quasi 90 GW, a fronte di un parco installato nucleare di circa 60 di GW (tipicamente disponibili al 75-80% pertanto in realtà 45-48GW).
    Ne risulta che resta scoperta per una quota importante del fabbisogno di punta.

    Di contro il fabbisogno giornaliero di base si aggira sui 30GW, ed anche qua è evidente il loro pessimo mix energetico poichè si trovano con una quota enorme di elettricità da buttare via (e che noi compriamo a prezzi stracciati).

    Ribadisco che attualmente le importazioni della Francia sono aumentate, visto che NON hanno grandi capacità di punta neanche con altre tipologie di impianti. Non è improbabile (ma non ho dati) che comprino anche dall’Italia, che viceversa ha impianti a ciclo combinato adattissimi a coprire le punte.

  • # 9
    Simone
     scrive: 

    @zap

    Certo si tratta di picchi di potenza importanti, e dipende da quale parte di regolazione stiamo parlando, perchè una parte la devono fare gli impianti turbogas (ciclo semplice o combinato), mentre una parte la devono fare gli impianti idroelettrici, e l’EDF possiede entrambi, poi ovviamente se ci sono dei picchi di potenza imprevisti (succede ma non è la norma) anche la Francia può “andare sotto”, non so se noi esportiamo energia, in quanto alla fine un conto è ragionare sulla necessità di potenza, un conto è valutare sull’energia prodotta (e venduta/acquistata)… certo guardando i dati 2007 dell’EDF (disponibili sul sito anche in Inglese) risulta un forte squilibrio della produzione Francese, ma dal momento che nessuno è stupido tra chi produce energia ho seri dubbi che la Francia ci “regali” energia a basso costo in cambio di energia di regolazione costosa, sarebbe interessante possedere i dati di tutti gli stati europei e fare un’analisi comparata, poi di certo i 90GW risultano un picco importante, ma non credo rappresenti la norma (non dimentichiamoci che anche in Italia stiamo avendo grossi problemi in estate con i picchi di potenza, combinando questo dato con le riserve idriche nei bacini che si riducono e che a volte vengono “intaccate” per necessità di acqua per usi potabili, con le difficoltà a raffreddare i condensatori degli impianti a vapore, anche noi spesso siamo a rischio blackout)

  • # 10
    ser
     scrive: 

    E’ surreale ritenere che la francia venda energia all’italia a prezzi stracciati.
    Dico solo che nel territorio nazionale sono stoccate anche scorie nucleari francesi……..

  • # 11
    fx123
     scrive: 

    La storia che la Francia svende l’energia di notte è una bufala nata sul forum di hwupgrade qualche tempo fa, qua c’è un dei post a riguardo per chi se l’è persa:
    http://www.hwupgrade.it/forum/showthread.php?p=26475477#post26475477

  • # 12
    fx123
     scrive: 

    La cosa è abbastanza ridicola, sempre riferito al post sopra, come se anche la Francia non avesse dei bacini in cui pompare l’acqua invece di farlo fare all’Italia svendendo cosi l’energia che produce.

  • # 13
    fx123
     scrive: 

    Il picco di 90GW della Francia quanto è durato? Pochi secondi, minuti, ore? E importante dirlo perche cambia parecchio.
    E meglio ragionare sull’energia prodotta in termini di KWh all’anno piuttosto che sulla potenza momentanea richiesta, altrimenti si possono trarre conclusioni sbagliate.

  • # 14
    fx123
     scrive: 

    Durante la siccità del 2003 si è visto quanto è affidabile l’idroelettrico.
    L’idroelettrico va bene per gestire i picchi mentre per i consumi di base serve una fonte che possa produrre decine di TWh in modo garantito e continuo su cui ci si possa fare affidamento 24 ore su 24 e non quando capita, e di fonti con simili caratteristiche c’è il nucleare o i combustibili fossili.
    Adesso il petrolio è la fonte predominante ma sarebbe una buona idea ridurre le quote per ovvi motivi in favore di qualcosa con un impatto ambientale più basso, e l’alternativa è evidentemente una sola.
    Per un paese come l’Italia inserire qualche centrale nucleare tra le fonti in modo da diversificare è sicuramente una buona cosa.

  • # 15
    Andrea86
     scrive: 

    Bell’articolo,finalmente se ne parla in maniera competente.Un appunto:per la produzione base in europa ormai sono integrati anche gli impianti a vapore che sfruttano il nucleare.
    Ho letto che per qualcuno l’ENEL non è il centro del sistema energetico italiano,mi permetto di dissentire.L’enel gestisce TERNA,ENEL TRASMISSIONE,ENEL PRODUZIONE ed è praticamente in una posizione scorretta perchè produce e gestisce il prelievo di energia per soddisfare il load flow (se chiedete a qualche azienda che produce energia in italia vi dirà l’impronunciabile…).
    Per l’idroelettrico c’è da dire che ormai i salti geodedici sono finiti e che molte centrali sono di accumulazione e pompaggio e quindi energeticamente sconvenienti se la produzione è basata su idrocarburi.
    Comunque io sto facendo una tesi su un concentratore parabolico che si usa negli impianti solari a concentrazione, negli USA ne è in progetto uno da 300MW!
    Comunque EXXON MOBIL annualmente fa delle previsioni molto interessanti, sono di parte ma confrontano parecchi dati come PIL e Popolazione per fare previsioni energetiche.Si trova facilmente in rete.

  • # 16
    Simone
     scrive: 

    @Andrea86

    Infatti ho indicato che gli impianti nucleari sono dal punto di vista impiantistico degli impianti a vapore.

    Gli impianti idroelettrici a bacino hanno come scopo principale la regolazione del carico, comunque non voglio anticipare il contenuto dei prossimi due post dove queste cose verranno esaminate in maniera più approfondita.

    Sono lieto che abbia ritenuto questo post “competente”, il mio obiettivo era proprio quello di impostare delle basi generali da cui proseguire per i prossimi post

  • # 17
    Andrea86
     scrive: 

    Eh si,ancora una volta la rete si dimostra di qualità ben superiore rispetto ad altri mezzi d’informazione dove queste cose sono state trattate in maniera, oso dire, ridicola. Comunque riguardo al nucleare hai ragione, non avevo letto il post in cui lo precisavi.
    Per l’idroelettrico mi riferivo semplicemente alla tipologia di accumulazione e pompaggio che è utile sì nei picchi,ma energeticamente sconveniente.Mi fermo qui così non anticipo niente, comunque complimenti per il lavoro. Se ti dovesse servire qualcosa sarò lietissimo di aiutarti.

  • # 18
    Simone
     scrive: 

    @Andrea86

    Hai perfettamente ragione sull’aspetto sconveniente della produzione energetica degli impianti a bacino, io precisavo solo il fatto che è necessario operare in questo modo per non venire meno la capacità di seguire i carichi istantanei.

    PS giusto per curiosità, cosa studi?(o dove lavori)

  • # 19
    Capire l’energia: impianti termoelettrici a vapore e turbine a gas - Appunti Digitali
     scrive: 

    […] scorso post abbiamo tratteggiato le dinamiche fondamentali del fabbisogno energetico. In questo post e nel […]

  • # 20
    Capire l’energia: gli impianti idroelettrici ed un “caso reale” - Appunti Digitali
     scrive: 

    […] avere tratteggiato le dinamiche fondamentali del fabbisogno energetico e mostrato i fondamenti degli impianti termoelettrici, in questo post, prima di prendere […]

  • # 21
    Le emissioni inquinanti negli impianti termoelettrici (tratti generali) - Appunti Digitali
     scrive: 

    […] esaminato nei post precedenti quale risulta essere lo scenario della produzione energetica (post 1) e quali risultano essere le tipologie di impianto “tradizionali” principalmente […]

  • # 22
    Energia e Futuro - il punto sulla rubrica a sei mesi dalla nascita - Appunti Digitali
     scrive: 

    […] distanza di circa sei mesi dal primo post (7 Maggio 2008) nel quale iniziavo ad affrontare il tema della produzione dell’energia per […]

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