di  -  lunedì 8 febbraio 2010

Come di consueto ogni lunedì mattina, è il momento per un nuovo post della rubrica Energia e Futuro, ma quest’oggi più che presentare nuove o vecchie tecnologie vorrei proporre a tutti i lettori alcune riflessioni che riassumono quanto ho presentato finora nei post e nei commenti, e riallacciarmi al “post riassuntivo” che scrissi in occasione del primo semestre della rubrica.

ENERGIA E FUTURO – RIFLESSIONI

La rubrica Energia e Futuro nasce nove mesi fa e come già spiegato in occasione del precedente post sopracitato, nelle mie intenzioni la rubrica vuole rappresentare un contenitore di informazioni sufficientemente completo e tecnico sui temi dell’energia alla portata di tutti i lettori, evitando ogni strumentalizzazione e presa di posizione da parte dell’autore che non sia giustificata da ragioni tecniche.

Approfittando di una lunga serie di post sull’Energia Eolica e prima di passare ad un nuovo argomento, ho pensato che fosse il momento di chiedere a voi lettori, in maniera più ampia rispetto allo spazio lasciato alla discussione alla fine di ogni post, di esprimere le vostre considerazioni e critiche per comprendere se la rubrica stia rispettando i canoni stabiliti e fornire tutti quei suggerimenti che potranno aiutare a migliorarla, sempre tenendo in considerazione i canoni sopra citati.

Questo post odierno non sarà però incentrato esclusivamente su questo invito alla riflessione sulla rubrica, ma nella parte che seguirà affronteremo alcuni punti tecnici su cui in tutti i post finora scritti ho invitato alla considerazione, in particolare voglio proporre una piccola riflessione sulle grandezze fisiche Potenza ed Energia che spesso vengono presentate nei mie post (ma anche da chi parla ad ogni livello di questi temi energetici).

POTENZA ED ENERGIA – DUE GRANDEZZE ABUSATE

Quando si sente parlare di temi legati all’energia spesso ci si scontra con cifre e grandezze fisiche usate come mezzi di propaganda senza che si spieghi esattamente cosa di fatto tutto ciò rappresenti per l’ascoltatore, vedremo pertanto di chiarire alcuni di questi concetti:

La Potenza viene definita come il Lavoro compiuto per Unità di Tempo e misurata in Watt [W] mentre l’Energia viene definita come la Capacità di compiere Lavoro e viene misurata in Joule [J].

Vedendo le differenti unità di misura è evidente come tra le due grandezze vi sia anche una differenza concettuale, ma anche un legame trattandosi sempre di due grandezze legate alla grandezza fisica Lavoro, in particolare da un punto di vista dimensionale (ovvero in termini di unità di misura) la Potenza si può esprimere anche come J/s (secondo) e pertanto moltiplicando per una unità di tempo si ottiene dimensionalmente una Energia:

Potenza = W = J/s = Energia / Tempo => Energia = P · Tempo = W·s

Contestualizzando questa breve spiegazione sommaria nel contesto degli impianti per la produzione di energia elettrica si può comprendere perché il discorso si sposti facilmente dalla potenza all’energia e viceversa… ma come orientarci per valutare la bontà di una tecnologia?

POTENZA ED ENERGIA – GUIDA ALL’USO

Nei miei interventi ho spesso evidenziato come la potenza ci aiuti poco a capire se un particolare impianto è in grado di soddisfare i nostri bisogni elettrici, in quanto le utenze “consumano energia“, inoltre i dati relativi alla potenza spesso non vengono spiegati correttamente, soprattutto quando si parla di impianti la cui energia primaria è di tipo Solare od Eolica, per i motivi che esporrò nel seguito.

La potenza di un impianto indica il valore nominale di potenza erogabile in presenza di una alimentazione di energia primaria (combustibile, sole, vento o qualunque fonte primaria necessaria per quell’impianto) costante al valore di progetto, condizione questa facilmente soddisfabile per un impianto tradizionale (Termoelettrico o Nucleare) in quanto l’energia primaria viene introdotta sotto forma di combustibile precedentemente prodotto, mentre per impianti di tipo Solare o Eolico l’energia primaria non può venire prodotta ed accumulata in precedenza, pertanto la potenza “effettiva” dell’impianto varia al variare della radiazione solare e della ventosità.

Per un impianto tradizionale si può valutare facilmente se la Potenza è adeguata alle utenze essendo noto a priori (a meno dei fermi impianti per le manutenzioni, deducibili comunque per via statistica) che si potrà produrre una certa quantità di energia, mentre per impianti Solari ed Eolici spesso si commette l’errore di applicare lo stesso metodo, non andando a considerare l’effettiva energia prodotta o producibile, valore dal quale si può ricavare il numero di ore equivalenti di funzionamento alla potenza nominale.

Un semplice esempio può contribuire a chiarificare questo quadro, ed è sufficiente ipotizzare una utenza che richiede una potenza di 100 MW costanti (dimensionalmente h/anno equivale a secondi/secondi e pertanto si riottiene una potenza) e si abbiano due tipi di impianto a disposizione per soddisfare tale bisogno, in particolare uno è un impianto tradizionale mentre l’altro è Eolico o Solare, aventi in tutti i casi una potenza nominale pari a 100MW.

Il numero di ore di funzionamento delle utenze a richiesta di potenza costante è pari a 24·365 =  8760 ore/anno, pertanto la richiesta di energia sarà pari a E = 100 * 8760 = 876000 MWh.

Apparentemente si potrebbe pensare che (trascurando per tutti i casi i fermi impianti per le manutenzioni e quindi avendo un coefficiente di disponibilità del 100% in relazione ai guasti) tutte le soluzioni possibili siano in grado di soddisfare il bisogno elettrico dell’utenza, ma mentre per l’impianto tradizionale la potenza è anche indice diretto dell’energia prodotta, nel secondo caso (Solare od Eolico) non si avrebbe il soddisfacimento della domanda di energia in quanto, a causa della variabilità della fonte primaria di energia, l’impianto opererà a potenza continuamente variabile ed in generale inferiore a quella nominale per periodi più o meno lunghi.

Purtroppo quando si parla di energie rinnovabili ci si scontra con personaggi che, pur discutendo di soluzioni importanti per la riduzione delle emissioni, spesso omettono questi “dettagli” in quanto il rinnovabile come ogni altra forma di energia rappresenta una forma di business, pertanto l’obiettivo di chi ci opera è esclusivamente quello di ottenere dei guadagni, inoltre mai come in questo caso l’attenzione della società e dei media è orientata su queste soluzioni, con il rischio di alimentare un “finto ecologismo” che avrebbe un effetto doppiamente negativo, pertanto il mio invito a tutti i lettori è di esaminare con spirito critico questi temi, in modo da permettere di apprezzare i benefici di queste soluzioni senza però cadere nelle trappole dei “numeri gettati a caso“.

A lunedì prossimo!

20 Commenti »

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  • # 1
    compass
     scrive: 

    La relazione che lega Potenza ed Energia dovrebbe essere semplicemente:

    Potenza = W = J/s = Energia / tempo

  • # 2
    Simone (Autore del post)
     scrive: 

    @ compass

    Hai ragione, ho fatto cavolate nel controllare quello che avevo scritto, correggo subito

  • # 3
    Simone (Autore del post)
     scrive: 

    @ compass

    Rivedendo l’articolo gli errori erano più di uno… dovrebbe essere tutto ok adesso (e spero anche più chiaro)

  • # 4
    matteo
     scrive: 

    Anche la conclusione è sbagliata, la potenza di un impianto è già mediata dalla disponibilità dell’energia.
    un impianto eolico da 100 MW in realtà produce 200 MW se lo studio ha evidenziato un coefficente del 50% in quella zona.

  • # 5
    Simone (Autore del post)
     scrive: 

    @ matteo

    Premesso che il riferimento al confronto tra una soluzione tradizionale ed una rinnovabile a “potenza variabile” era molto semplificato per permettere un semplice paragone e quindi si riferiva alla potenza nominale delle turbine (nel caso eolico) od alla potenza di picco (per il fotovoltaico) od alla potenza nominale (nel caso di termodinamico) ecc…

    Per quanto riguarda la tua affermazione se un impianto eolico ha potenza 100 MW le turbine sono nel complesso da 100MW, nessuno sceglierebbe macchine sovradimensionate o sottodimensionate, quanto poi produce in termini di energia è una conseguenza della potenza delle turbine e delle condizioni di ventosità (suggerisco i precedenti articoli sul’eolico ), quindi qualunque discorso sul coefficiente lascia il tempo che trova e mi lascia pensare che non abbia compreso lo spirito del mio post sulle differenze ed i legami tra potenza ed energia

  • # 6
    matteo
     scrive: 

    quando si dice che un impianto eolico ha potenza 100MW significa che mediamente in un anno tiene la potenza media di 100MW e non che la potenza massima è 100MW quindi è già mediata.
    parola di ingegnere energetico

  • # 7
    zap
     scrive: 

    Oltre a quanto dice matteo, aggiungo anche che un impianto tradizionale non ha mai una disponibilità del 100%.
    Anzi in Italia siamo su valori pietosi attorno al 50/60%.

    In conclusione, anche chi denigra le fonti rinnovabili spara numeri a caso.

  • # 8
    Simone (Autore del post)
     scrive: 

    @ matteo
    Non hai proprio capito i termini del paragone e da ciò che hai scritto cadi proprio nell’errore che indicavo nel post… allora vediamo di fare un pò di chiarezza:

    1)il confronto (estremamente banalizzato e semplificato) è stato fatto tra un impianto “tradizionale” ad erogazione di potenza costante (come potrebbe essere un Impianto a Vapore) ed un impianto “alternativo” ad erogazione di potenza variabile (variabile non per scelta ma perché dipendente dalla variabilità della fonte di energia primaria… tipico caso degli impianti eolici e solari di qualunque natura)

    2)lo scopo era quello di permettere di evitare l’errore di ritenere due impianti di uguale “dato di targa” in termini di potenza capaci di produrre la stessa energia elettrica (che poi è quella che noi consumiamo)

    3)quando si indica la POTENZA di un impianto si indica sempre la sua POTENZA NOMINALE, sia che si tratti di un impianto a vapore, a TG, a ciclo combinato, cogenerativo, nucleare, eolico, idrioelettrico, solare fotovoltaico e termodinamico ecc. se si crede il contrario si commette un errore… e questa cosa la insegnano sin dal corso di macchine

    4)quando si valuta l’ENERGIA producibile si tiene conto del numero di ore di funzionamento dell’impianto (e per semplicità avevo detto di trascurare i fermi macchina x la manutenzione) e del livello di potenza al quale deve operare (che però è meglio considerare costante per questo ragionamento, quindi ritenere il consumo delle utenze costante)

    Ti suggerisco un esempio per chiarire il tuo errore… nei post sul solare termodinamico (cito quelli perché sono riportati i dati tecnici) ci sono due esempi di impianti esistenti, per i quali vengono indicati la potenza ed il numero di ore equivalenti alla potenza nominale… se la loro potenza tiene già in considerazione “la media” legata alla variabilità dell’insolazione (analogo alla ventosità per l’eolico) perché il numero di ore equivalenti è così ridotto?
    Se fosse come tu affermi (“parola di ingegnere energetico”) quell’impianto, indicato come (metto una cifra a caso) di potenza pari a a 100 MW dovrebbe produrre la stessa energia che un impianto tradizionale sempre di potenza pari a 100 MW produrrebbe… ma così non è… evidentemente c’è un errore… vedere che a commetterlo è un ingegnere energetico mi rammarica molto

  • # 9
    Simone
     scrive: 

    ” e pertanto dividendo per una unità di tempo si ottiene dimensionalmente una Energia.”

    Non dovrebbe essere “moltiplicando” invece che “dividendo” (come infatti si vede dalla formula sottostante)?

  • # 10
    Simone (Autore del post)
     scrive: 

    @ Simone

    Hai perfettamente ragione… avevo fatto un errore (segnalato da compass) come ho corretto ho lasciato quel “residuo”… ora correggo subito…

  • # 11
    Simone (Autore del post)
     scrive: 

    @ zap

    La frase “trascurando per tutti i casi i fermi impianti per le manutenzioni e quindi avendo un coefficiente di disponibilità del 100% in relazione ai guasti” è così difficile da comprendere?… la ragione di tale ipotesi è per permettere di evidenziare il tipico errore di equiparare in termini di produzione energetica impianti di potenza nominale identica ma caratterizzati dai problemi di cui ho parlato nel post… mi chiedo se sia stato letto con attenzione o se ci si sia fermati a vederlo come una critica alle rinnovabili (che assolutamente non vuole essere) che ha irritato qualche lettore…

    Secondo poi la disponibilità di un impianto tradizionale non dipende dalla sua collocazione “nazionale”, quindi dire che in Italia la situazione è pietosa è la solita sparata, soprattutto perché i valori non sono quelli che indichi… per impianti che operano in continuo (ade esempio gli impianti a vapore per carico di base) i valori medi sono compresi tra 0.8 e 0.9… in Italia!

  • # 12
    Nicola
     scrive: 

    l’articolo, a mio avviso, chiarisce perfettamente il concetto che l’autore intendeva esprimere.

    Non si possono confrontare le mele con le pere…..

  • # 13
    Francesco
     scrive: 

    Veramente un’ottima idea quella di chiarire il significato tra potenza nominale ed effettiva, ed energia realmente disponibile, un argomento sempre lasciato in secondo piano o trattato con molti errori e lacune. E chi appoggia le energie rinnovabili si può infervorare quanto vuole, ma questo della potenza discontinua è un problema grande, anzi gigantesco, e purtroppo dimostra come esse non potranno mai essere la soluzione definitiva al problema energetico, ma dovranno essere sempre affiancate da centrali di grande potenza e produzione costante. Ad esempio pensare di mandare avanti un serio piano industriale in una qualsivoglia nazione solo con le rinnovabili è pura follia. Rinnovo i miei complimenti a Simone, e spero che l’argomento venga portato avanti nel tempo

  • # 14
    Simone (Autore del post)
     scrive: 

    @ Nicola & Francesco

    Fa piacere vedere che qualcuno ha compreso lo spirito del post e non lo ha interpretato come una sterile critica alle rinnovabili

  • # 15
    joe.vanni
     scrive: 

    @ Simone (author)
    Gli articoli trattati finora, pur nella limitatezza dello spazio, sono stati davvero interessanti.
    Prendo spunto dalla differenza tra potenza ed energia che evidenzia per solare ed eolico, in quanto fonti non continue, la necessità di accumulo o di integrazione con altre fonti; esiste anche un altro approccio per risolvere il problema di variabilità dei carichi elettrici e della produzione elettrica da tante fonti , piccole e grandi: la rete elettrica intelligente “SMART GRID”. Progetto che Obama in USA sta realizzando in modo deciso coinvolgendo grossi e piccoli nomi delle aziende informatiche ed elettriche.
    http://www.genitronsviluppo.com/2009/04/07/smart-grid-rete-elettrica-intelligente/
    Chiedo all`autore se verrà fatto più avanti un cenno agli ultimi sviluppi sui biocarburanti ed alla nuova frontiera della produzione di carburanti da CO2 (http://www.carbonsciences.com/01/technology.html).
    Propongo tra le fonti rinnovabili la trattazione del geotermico sia di bassa temperatura (applicazioni in bioedilizia) che di profondità (geotermico di terza generazione).
    Comunque finora ottimo lavoro!

  • # 16
    Simone (Autore del post)
     scrive: 

    @ joe.vanni

    Ti ringrazio per i complimenti e soprattutto per avere espresso un parere sulla rubrica, per me è utile al fine di capire come indirizzarla… sugli spunti che fornisci posso assicurare il mio interesse a trattare anche il geotermico (in entrambe le sue forme), sullo smart grid e sui biocombustibili (ma anche sui combustibili in generale)… diciamo che i temi futuri saranno (ma si accettano indicazioni):

    1)Energia dall’acqua (idroelettrico, moto ondoso)
    2)Energia nucleare
    3)Impianti a ciclo combinato e cogenerativi
    4)Gassificazione
    5)Efficienza energetica nell’edilizia
    6)Biocombustibili e combustibili in genere
    7)Geotermia
    8)Motori a combustione interna tradizionali e innovativi (HCCI – PPC, che poi sono l’argomento della mia attività di ricerca)
    9)Tecnologie dell’idrogeno
    10)Reti di trasmissione
    11)”Fuffa” energetica (tipo Perendev e simili)

    Non sono in ordine… considerando che riesco a scrivere (e spesso con molti problemi) e poi bisogna anche considerare i suggerimenti dei lettorisia sugli argomenti da trattare prima che su eventuali altri argomenti… anche e credo che quei macro argomenti comprendano un numero di post piuttosto elevato… penso possa esserci materiale anche per un 100 post

  • # 17
    Simone (Autore del post)
     scrive: 

    “considerando che riesco a scrivere”… manca la parte finale “un post alla settimana”

  • # 18
    Andrea Ferroni
     scrive: 

    Premessa la mia ignoranza a livello tecnico, credo di aver ben compreso il tema proposto.

    Quello che mi chiedo è come mai, in genere, quando vengono trattati questi temi tutti finiscano per chiedersi “tutte energie rinnovabili non è possible” e gli altri rispondono “tutte energie da combustione (o fissione, ecc…) non è tollerabile”.
    Ma il vecchio _in medio stat virtus_ non si può fare? Se l’energia dal petrolio è continua ma inquinante e costosa, e se l’energia da rinnovabili è più ecologica e nel lungo periodo a buon mercato, perché fa tanto paura puntare alla soluzione ibrida?

    Secondo me la questione energia non va vista solo da un punto di vista dell'”ingegnere energetico”. Qui ci sono in ballo moltissimi altri argomenti:
    . l’indipendenza energetica
    . l’indipendenza dai materiali di combustione (che sia uranio, petrolio o gas poco importa: non abbiamo nulla nel nostro suolo)
    . il lascito ai posteri:
    – che fare di centrali esaurite ?
    – come smaltire gli scarti di produzione? (scorie radioattive piuttosto che gas o altro)
    . cosa succederebbe in caso di incidenti o problemi? Quale prezzo dovremmo pagare in termini economici e di vite?
    . quanto costano gli impianti ai cittadini ?
    . quando e quanta energia produce l’impianto ?
    . ecc…

    Questo si chiama piano energetico.
    Se valutassimo solo uno dei suddetti punti, l’analisi è, a mio avviso, incompleta.
    …dispiacerebbe a qualcuno se, installando sui tetti di mezza Italia dei pannelli fotovoltaici (ad esempio) riuscissimo ad evitare le centrali nucleari? Certo, non saremmo autosufficienti grazie al sole (soprattutto di notte ;-)) o al vento, o al calore della terra ma, per mio conto, avrei già raggiunto più di uno dei predetti obiettivi.

    Ho trovato il post interessante e l’ho letto di gusto. Solo che l’ultimo paragrafo mi sembra una nota stonata. Sembra dire “attenti quando vi parlano di rinnovabili, perché sono persone attaccate ai soldi che non vi diranno che durante la notte e le giornate nuvolose o poco ventose il vostro impianto non produrrà energia”. E’ un po’ riduttivo ridurre la questione solo a “di notte siamo senza corrente”… e poi tutti sono attaccati ai soldi, anche coloro che oggi stanno spingendo per il nucleare.
    …ma forse è un’opinione solo mia…

    Scusate se l’ho fatta lunga e ho messo sulla tavola troppe cose.

  • # 19
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @ Andrea Ferroni

    Il punto è che quando si parla di fonti energetiche eterogenee ci si trova a fare i conti con il parametro sbagliato (la potenza) e la conseguenza di ciò è quella di creare una falsa informazione… sicuramente il mix energetico è necessario, nucleare o meno (se sei giunto in questo post dal mio ultimo sul nucleare) il problema è che, da una parte abbiamo un disperato bisogno di energia, dall’altro che dobbiamo renderla quanto più sostenibile economicamente e durevole… e sono problemi che si intrecciano molto più di quanto appare a prima vista… quando ho scritto questo post ho voluto proprio mettere in evidenza le incongruenze di alcune assunzioni che venivano fatte circa l’autonomia energetica quando si parlava di rinnovabili, tipologia che rappresenta (vista la discontinuità) benissimo il problema Potenza != Energia, argomento che per le fonti tradizionali non si presenta in questi toni… c’è un grande boom sulle rinnovabili e grandi speculazioni su di esse mascherate dalla natura “verde” delle tecnologie che sta portando ad una informazione sbagliata dei cittadini… ogni soluzione ha pregi e difetti, conoscerli aiuta a saperle utilizzare per ciò che possono dare…

    Tutti i punti che evidenzi devono e fanno già parte di quello che si chiama “piano energetico”… ma il punto di partenza dello stesso è comunque sempre “l’ENERGIA”… finché ci servirà quella si dovrà trovare il modo per produrla… tutto il resto verrà sempre dopo…

    La parte conclusiva fa riferimento alle rinnovabili come a tutte le altre forme di energia, la sola differenza è che mentre sulle soluzioni tradizionali se ne parla costantemente per i problemi che possiedono, sulle rinnovabili si tende spesso a sorvolare su quello che poi è il dato più importante… l’energia… che è quella che vogliamo quando a casa premiamo un interruttore… e riempirsi la bocca di annunci pseudoecologisti non produce un solo kWh in più… e chi specula su questo non fa un grande servizio di informazione…

  • # 20
    Giuseppe
     scrive: 

    Certo che ci voleva questa precisazione!!!
    la differenza tra potenza installata ed energia prodotta è un parametro fondamentale per una corretta informazione…
    quello che spesso manca..
    e che uno si dichiari “ingegnere energetico” e dica certe cose molto probabilmente è in mala fede… oppure si è “c……o” la laurea, sarebbe bello che fosse la verità.. allora con l’eolico avremmo già risolto i problemi energetici italiani..
    Io sono molto favorevole alle E. rinnovabili, ma per valutarle voglio sapere l’effettiva produzione di energia.. e questo dato, lo sto cercando da qualche ora, ma non riesco a trovarlo (ma mica mi arrendo eh..) e anche quando si da un indicazione di energia con la h finale (kwh-gwh-twh) poi manca l’indicazione se riferito ad un ora, un giorno, un mese, un anno… e per cui non vuol dire niente. E’ proprio disinformazione, spinta da coloro che installano impianti rinnovabili ma non dicono la verità.. ma è proprio un delitto dire le cose correttamente in Italia!!!!.
    Che poi le soluzioni con la tecnologia si trovano.. (parlando della continuità..) premesso che ci vorranno decenni prima di arrivare a una rilevanza delle rinnovabili non continuative, poi mezzi vari per avere un volano per queste energie ci sono: una volta (ma presumo anche ora) erano le stazioni di pompaggio dei bacini idroelettrici, adesso ci saranno sicuramente altre forme, dalla produzione dell’idrogeno a veri e propri volani… l’importante è valutare in maniera disinteressata gli impatti e i rendimenti dei vari metodi…
    Dopo sta “sviolinata” devo ritornare alla mia condizione di ignorante che era alla base della mia ricerca serale per vedere l’efficenza dell’eolico.. ma purtroppo un “ingegnere” mi ha fatto girare un po’troppo le “pale eoliche”…
    grazie delle riflessioni iniziali..

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