Energie energetiche rinnovabili Idroelettrico

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Energie energetiche rinnovabiliIdroelettrico
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Idroelettrico

• L'energia idroelettrica è stata la prima fonte
  rinnovabile ad essere utilizzata su larga scala,
  il suo contributo alla produzione mondiale di
  energia elettrica è, attualmente, del 18.
• L'energia del sole fa evaporare l'acqua dei
  bacini idrici presenti sulla terra (in gran parte
  dagli oceani),  il vapore, sottoforma di pioggia
  o neve cade sulla terraferma, accumulandosi in
  bacini sopraelevati.
• Lacqua, fluendo verso un bacino più basso per
  effetto della forza di gravità, acquista energia
  cinetica che viene sfruttata per la produzione di
  energia meccanica ed elettrica.
• Si può dire che l'acqua è il fluido di unenorme
  macchina termica alimentata dal Sole.
• Lidroelettrico viene considerato rinnovabile su
  scala ridotta a causa dell'impatto negativo delle
  grandi dighe sull'ecosistema.

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Centrale idroelettrica

• La centrale idroelettrica trasforma l'energia
  idraulica di un corso d'acqua, naturale o
  artificiale, in energia elettrica.
• In linea generale lo schema funzionale comprende
  l'opera di sbarramento, una diga o una traversa,
  che intercetta il corso d'acqua creando un invaso
  che puo' essere un serbatoio, o un bacino, dove
  viene tenuto un livello pressoche' costante
  dell'acqua.
• Attraverso opere di adduzione, canali e gallerie
  di derivazione l'acqua viene convogliata in
  vasche di carico e, mediante condotte forzate,
  nelle turbine attraverso valvole di immissione
  (di sicurezza) e organi di regolazione della
  portata (distributori) secondo la domanda
  d'energia.
• L'acqua mette in azione le turbine e ne esce
  finendo poi nel canale di scarico attraverso il
  quale viene restituita al fiume.

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Centrale idroelettrica

• Direttamente collegato alla turbina, secondo una
  disposizione ad asse verticale o ad asse
  orizzontale, e' montato l'alternatore, che e' una
  macchina elettrica rotante in grado di
  trasformare in energia elettrica l'energia
  meccanica ricevuta dalla turbina.
• L'energia elettrica così ottenuta deve essere
  trasformata per poter essere trasmessa a grande
  distanza.
• Pertanto, prima di essere convogliata nelle linee
  di trasmissione, l'energia elettrica passa
  attraverso il trasformatore che abbassa
  l'intensità della corrente prodotta
  dall'alternatore, elevandone però la tensione a
  migliaia di Volts.
• Giunta sul luogo di impiego, prima di essere
  utilizzata, l'energia passa di nuovo in un
  trasformatore che questa volta, alza l'intensità
  di corrente ed abbassa la tensione così da
  renderla adatta agli usi domestici.

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Turbine

• Una turbina idraulica e' essenzialmente
  costituita da un organo fisso, il distributore, e
  da uno mobile, la ruota o girante. Il primo
  indirizza e regola il flusso d'acqua, la seconda
  trasferisce all'albero su cui e' montata
  l'energia cinetica sottratta all'acqua.
• Dal punto di vista costruttivo si hanno 3 diversi
  tipi di Turbine
• Pelton costituite da un distributore a "spina" e
  una girante a "cucchiai" che vengono investiti
  dal flusso d'acqua che gli conferisce il moto
• Francis costituite da un distributore a spirale,
  a pale orientabili, che avvolge la girante, a
  pale fisse, che viene investita dall'acqua in
  uscita dal distributore
• Kaplan costituite da un distributore a spirale,
  a pale orientabili, che avvolge la girante, a
  pale orientabili, che viene investita dall'acqua
  in uscita dal distributore.
• La scelta dei diversi tipi di turbine viene
  effettuata in base al salto e alla portata
  d'acqua disponibili.

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Turbina Pelton

• Turbina idraulica utilizzata di solito con
  alti salti (50-1300 metri) e piccole portate.
• Le turbine Pelton sono costituite da un
  distributore a uno o più ugelli (fino a 6) in
  relazione alla portata da inviare alla girante e
  da una ruota, calettata sull'albero motore che
  trasmette la rotazione all'alternatore elettrico.
• Ogni ugello crea un getto, la cui portata è
  regolata da una valvola a spillo.

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Turbina Francis

• Turbina idraulica con pale della girante
  fisse, utilizzata di solito con medi o bassi
  salti (da 10 a 250 metri) e con portate medie.
• Le turbine Francis sono caratterizzate da un
  ingresso dell'acqua nella girante, che è
  annegata, in direzione radiale centripeta e da
  uno scarico assiale.
• Nelle turbine Francis veloci,
  l'alimentazione è sempre radiale, mentre lo
  scarico dell'acqua è solitamente assiale in
  queste turbine l'acqua si muove come in una
  condotta in pressione attraverso il distributore
  (organo fisso) perviene alla ruota (organo
  mobile) alla quale cede la sua energia, senza
  entrare in nessun momento in contatto con
  l'atmosfera.

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Turbina Kaplan

• Turbina idraulica con pale della girante
  regolabili utilizzata di solito con grandi
  portate e bassi salti (da 5 a 30 metri). Sono
  turbine a flusso assiale, utilizzate generalmente
  per bassi salti (2-20 metri).
• Le pale della ruota nella Kaplan sono sempre
  regolabili, mentre quelle del distributore
  possono essere fisse o regolabili.
• Quando sia le pale della turbina sia quelle
  del distributore sono regolabili, la turbina è
  una vera Kaplan (o a doppia regolazione) se sono
  regolabili solo le pale della ruota, la turbina è
  una semi-Kaplan (o a singola regolazione).

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Centrale idroelettricaEffetti collaterali

• La produzione di energia idroelettrica,
  tradizionalmente considerata pulita, ha
  drasticamente modificato il tracciato e la
  qualità di numerosi corsi dacqua in molte
  regioni dellarco alpino.
• Anche la cementazione dellalveo ha effetti
  negativi sullecosistema di difficile
  valutazione si considerino le conseguenze
  dellimpermeabilizzazione sulle falde freatiche.
• Va poi osservato come lalterazione dellacqua
  turbinata abbia come principale risultato il calo
  di fecondità dei pesci a valle delle centraline.
• Ma una delle più gravi conseguenze dello
  sfruttamento indiscriminato delle acque fluviali
  a fini energetici è rappresentata senza dubbio
  dalla modifica della portata dei fiumi che
  subiscono frequenti interruzioni dovute alla
  presenza delle dighe.

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Centrale idroelettricaEffetti collaterali

• Di fatto, esse interrompono la continuità del
  corso dacqua rendendo la vita impossibile sia ai
  pesci che alla fauna invertebrata.
• Infatti, un fiume in condizioni normali ospita
  moltissimi microorganismi che trasformano
  numerose sostanze da tossiche a innocue.
• Non va poi dimenticato che la diluizione delle
  sostanze inquinanti immesse dalluomo dipende
  fortemente dalla portata del fiume. Una
  sostanziale riduzione di questa ultima accresce
  limportanza relativa dei prodotti nocivi.

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Impianti di sfruttamento delle maree

• Nelle centrali mareomotrici l'energia
  elettrica viene prodotta sfruttando l'energia
  sviluppata dall'alternarsi delle maree.
• Da diversi anni è in funzione in Francia,
  alla foce del fiume Rance sulla Manica, una
  centrale mareomotrice che sfrutta l'energia
  prodotta dal dislivello dell' acqua che si forma
  tra l' alta e la bassa marea e che ha una potenza
  di 240 MW.
• In questa località il dislivello elevato
  raggiunto dalle maree consente la caduta di
  grandi masse d'acqua di alcuni metri, permettendo
  così di trasformare l'energia cinetica delle
  maree in energia elettrica.

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Impianti di sfruttamento delle maree

• L'acqua affluisce e defluisce in un bacino di
  alcuni chilometri quadrati, passando attraverso
  una serie di tunnel nei quali, acquistando
  velocità, fa girare delle turbine collegate a
  generatori (alternatori).
• Durante la bassa marea l'acqua del bacino
  defluisce verso il mare aperto, mettendo in
  rotazione la turbina quando il livello del mare
  comincia a salire e l'onda di marea è
  sufficientemente alta, si fa fluire l'acqua del
  mare nel bacino e la turbina si mette nuovamente
  in rotazione. Una particolarità di questo sistema
  è la reversibilità delle turbine che perciò
  possono funzionare sia al crescere sia al calare
  della marea.Se si sommano i contributi delle più
  favorevoli località si arriva a una potenza di
  circa 50000 MW di cui al massimo il 25 può
  essere convertito in energia elettrica.I costi
  degli impianti sono elevati e possono essere
  usati solo come fonte alternativa data la
  discontinuità della produzione.
• L'impatto ambientale potrebbe essere costituito
  dal disturbo per i pesci e dalla variazione delle
  coste limitrofe.

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Impianti di sfruttamento delle maree
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Impianti di sfruttamento delle maree
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OWC (colonna d'acqua oscillante)

• I dispositivi a colonna dacqua oscillante
  sfruttano le variazioni del profilo donda che si
  crea allinterno di un condotto per creare una
  variazione di pressione nellaria presente al di
  sopra della superficie dellacqua. Le variazioni
  di pressione dellaria fanno ruotare una turbina
  che genera la corrente elettrica. Se si opera al
  largo, su fondali di almeno 40 metri, l'energia
  convogliata da ogni metro lineare del fronte
  ondoso è elevata, pari a 70 kilowatt nei pressi
  della costa, invece, ne sono disponibili solo
  venti per la successiva trasformazione.
• Esistono ad oggi vari progetti e diverse
  implementazioni sperimentali che sfruttano questo
  principio
• Impianti in mare aperto
• su piattaforme galleggianti
• su piattaforme ancorate sul fondo (anche
  riutilizzando vecchi impianti di estrazione
  petrolifera)
• Impianti costieri

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OWC (colonna d'acqua oscillante)
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Sistemi con impianti sommersi
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Sistemi con apparati galleggianti