Articolo revisionato da Jesús Andrade, ingegnere elettronico e MBA presso ESIC, che unisce vent’anni di esperienza nella progettazione di apparecchi di illuminazione di emergenza e dispositivi per la prevenzione dei rischi a una solida formazione in direzione aziendale. Attualmente Andrade ricopre il ruolo di CTO presso SVE Worldwide, azienda specializzata nello sviluppo di soluzioni di prevenzione per l’industria.
L’importanza dell’elettricità
La maggior parte di noi non si rende conto di quanto l’elettricità sia importante nelle nostre vite, a meno che non abbiamo sperimentato gli effetti di un blackout per alcune ore e ci siamo resi conto che non possiamo più fare il 90% delle cose a cui siamo abituati. Azioni quotidiane come accendere la luce, caricare il telefono o mantenere il cibo fresco in frigorifero sono possibili grazie al sistema elettrico, che porta l’elettricità in ogni casa. Potresti pensare che sia tutto merito della magia e che sia per questo che non devi andare al supermercato tutti i giorni, ma la realtà è molto più complessa (allerta spoiler). Se vuoi imparare qualcosa in più su questo tema affascinante, ti invito a continuare a leggere.
Indice
Sistemi di produzione tradizionali basati su fonti fossili vs. sistemi rinnovabili
Sistemi basati sulla rotazione meccanica di un alternatore vs. energia fotovoltaica
Sistemi di generazione convenzionali
Sistemi di energia rinnovabile
Parti del sistema elettrico
Il sistema elettrico è diviso in tre parti ben distinte: i sistemi di generazione, i consumatori e la rete di distribuzione, che porta l’elettricità dai sistemi di generazione ai consumatori ed è la parte più difficile da spiegare. In questo post ci concentreremo sul primo elemento, cioè i sistemi di generazione. In questa guida analizziamo la produzione di energia elettrica rinnovabile e convenzionale, confrontando i diversi sistemi di generazione.
Tipi di generazione di energia elettrica
Esistono varie classificazioni per distinguere i diversi tipi di generazione di energia elettrica:
Sistemi di produzione tradizionali basati su energia fossile vs. sistemi rinnovabili
Probabilmente conosci già questa prima distinzione. In pratica, i sistemi che ti vengono in mente quando parliamo di generare energia tramite gas, petrolio, carbone o uranio (componente necessario per le centrali nucleari) sono quelli tradizionali; questo perché li utilizziamo da moltissimi anni. Come saprai, l’uso di queste fonti di energia produce effetti inquinanti dannosi per l’ambiente, principalmente l’emissione di enormi quantità di CO₂ nell’atmosfera.
Come principale alternativa ai sistemi di generazione di energia tradizionali, troviamo i sistemi rinnovabili, caratterizzati dall’uso di risorse naturali per generare energia in modo sostenibile e rispettoso dell’ambiente. Centrali idroelettriche che utilizzano l’acqua come elemento principale, aerogeneratori mossi dal vento o pannelli fotovoltaici che sfruttano l’energia del sole sono esempi di sistemi di generazione di energia rinnovabile.
Sistemi basati sulla rotazione meccanica di un alternatore vs. energia fotovoltaica
Come funzionano le fonti di energia tradizionali?
La maggior parte dei sistemi convenzionali, così come gli aerogeneratori e le centrali idroelettriche (energie rinnovabili), basano la produzione di energia sulla rotazione meccanica dell’albero di un generatore. Poiché l’obiettivo di questo articolo non è quello di farti spegnere il computer e darti all’alcol, diciamo semplicemente che il calore prodotto dalla combustione di gas o petrolio, oppure il movimento delle pale di un aerogeneratore, generano un movimento che, grazie all’elettromagnetismo, finisce per produrre corrente elettrica.
Come funziona un pannello solare?
L’energia fotovoltaica, invece, non ha bisogno della rotazione di un generatore: genera corrente elettrica quando diversi materiali (semiconduttori come il silicio cristallino o l’arseniuro di gallio) sono esposti a una sorgente luminosa (effetto fotoelettrico). L’energia fotovoltaica è in grado di convertire la luce del sole (fotoni) in energia elettrica.
Detto questo, questa è la classificazione che possiamo applicare a ciascun sistema di generazione elettrica. Ora andiamo a conoscere meglio ognuno di questi sistemi applicando la prima classificazione: sistemi convenzionali vs. sistemi rinnovabili.
Sistemi di generazione convenzionali
Tra i principali tipi di centrali elettriche convenzionali troviamo:
1)Centrali termoelettriche o termiche: trasformano l’energia chimica dei combustibili fossili (calore) in energia elettrica. Il loro funzionamento è molto simile indipendentemente dalla fonte energetica utilizzata.
1.1) Convenzionali: l’energia si ottiene bruciando materie prime fossili e non rinnovabili come carbone, gas naturale, petrolio o olio combustibile.
1.2) Ciclo combinato: simili alle centrali convenzionali, ma utilizzano solo gas naturale. Il loro funzionamento è più complesso, poiché dispongono di due turbine distinte: una a gas e una a vapore, che lavorano insieme. Hanno un rendimento maggiore.
1.3) Nucleari: generano elettricità a partire dall’energia termica prodotta dalle reazioni di fissione (scissione dei nuclei atomici) all’interno del recipiente in pressione di un reattore nucleare. L’elemento chiave di una centrale nucleare è il reattore, dove si trova il combustibile nucleare e dove avvengono le reazioni nucleari a catena che liberano energia termica. Come nelle centrali precedentemente citate, il calore viene utilizzato per riscaldare l’acqua fino a trasformarla in vapore ad alta pressione e temperatura. Questo vapore fa girare la turbina, collegata a un generatore che trasforma l’energia meccanica della rotazione della turbina in energia elettrica, pronta per l’uso industriale o domestico.
Sistemi di energie rinnovabili
Per quanto riguarda i sistemi rinnovabili, disponiamo dei seguenti:
Come funziona l’energia idroelettrica?
1) Energia idroelettrica: le centrali idroelettriche utilizzano una turbina per convertire in elettricità l’energia dell’acqua che cade da una certa altezza. L’acqua viene convogliata all’interno della turbina e diretta verso le pale situate sul bordo di un albero che aziona un generatore elettrico. La potenza è determinata dall’altezza di caduta dell’acqua in ingresso. Si tratta di una delle fonti di energia più economiche e con emissioni molto basse, per lo più dovute al cemento e all’acciaio impiegati nella costruzione delle centrali.
Come funziona una turbina eolica?
2) Energia eolica: come abbiamo già detto, una tipica turbina eolica moderna ha tre pale montate su un albero orizzontale, ciascuna di circa 60 metri di lunghezza, che muove un generatore di elettricità. L’energia eolica praticamente non genera riscaldamento globale né inquinamento; è associata solo a una piccola quantità di emissioni di CO₂ derivanti dai combustibili fossili utilizzati per la costruzione e il funzionamento dei parchi eolici.
Come funziona l’energia fotovoltaica?
3) Energia fotovoltaica: la principale fonte energetica è la luce del sole che riceviamo ogni giorno. Il silicio è il materiale principale utilizzato nei pannelli solari; il resto è composto da altri materiali fotovoltaici, come l’arseniuro di gallio e il tellururo di cadmio.
L’energia solare fotovoltaica già in funzione non genera inquinamento né gas a effetto serra e offre un modo sicuro di produrre elettricità. Non ha parti in movimento, il che riduce la manutenzione, e non produce inquinamento acustico né necessita di acqua (se non una piccola quantità per la pulizia dei pannelli). Per la sua produzione vengono impiegati alcuni materiali pericolosi, ma in quantità ridotte, oltre a energia proveniente da combustibili fossili; tuttavia, poiché i pannelli durano trent’anni o più, l’impronta di carbonio dell’energia elettrica prodotta arriva solo a circa il 10% di quella delle centrali elettriche a turbina a gas.
Quali fonti di energia alternative esistono?
4) Biomassa: per biomassa si intende tutta la materia organica che può essere utilizzata come fonte di energia. Può avere origine animale o vegetale e può essere ottenuta sia in modo naturale, sia tramite processi chimici realizzati nelle centrali a biomassa. La biomassa può essere classificata in tre categorie: naturale (si produce senza intervento umano), residuale (ha origine umana) e coltivata (campi energetici dove si coltivano specie specifiche per il loro sfruttamento energetico).
5) Solare termica: l’energia solare termica, o termosolare, è un tipo di energia rinnovabile che sfrutta l’energia del sole per generare energia termica o elettrica. A differenza dei pannelli fotovoltaici, che generano elettricità a partire dai fotoni della luce, la solare termica utilizza la radiazione solare per riscaldare un fluido. Questo fluido caldo può essere utilizzato per il riscaldamento, per l’acqua calda sanitaria e per altri processi che richiedono calore.
Oltre ai sistemi rinnovabili menzionati, vale la pena ricordare altre fonti rinnovabili la cui contribuzione può essere più ridotta rispetto all’eolica o alla fotovoltaica, ma che, su piccola scala o in determinate aree geografiche, possono assumere maggiore rilevanza:
6) Energia mareomotrice: energia delle maree.
7) Energia ondosa (o del moto ondoso): energia derivata dalla forza delle onde.
8) Energia geotermica: calore interno della Terra (limitata alle regioni del mondo con elevata attività geologica).
Per rendere tutto un po’ più semplice, abbiamo incluso un riepilogo visivo delle principali fonti di produzione di energia elettrica di cui abbiamo parlato:
Bene, ci siamo: sei arrivato alla fine di questo post. Complimenti! Speriamo che questo articolo sui diversi tipi di fonti per la produzione di energia elettrica ti sia piaciuto. Nei prossimi capitoli continueremo ad analizzare come puoi caricare il tuo telefono o accendere il computer grazie al sistema elettrico.