Corso di Pianificazione Energetica Ing. Giorgio Baldinelli a.a. 2012-13

1. Università degli Studi di PerugiaFacoltà di Ingegneria Corso di Pianificazione Energetica Ing. Giorgio Baldinelli a.a. 2012-13 Introduzione al corso

2. OBIETTIVI: • Fornire agli allievi nozioni in materia di impatto ambientale dei sistemi energetici, di procedure di valutazione di impatto ambientale e di pianificazione energetica e sviluppo sostenibile. Illustrare i principali interventi di mitigazione degli impatti. • CONTENUTI • Introduzione al corso. • Cambiamenti climatici, energia e ambiente. • Qual’è il consumo di energia del pianeta?. Cambiamenti climatici. Conferenza di Rio e Protocollo di Kyoto. Che cosa si può fare. Fonti energetiche rinnovabili. Energia nucleare. Centrali termoelettriche a “carbone pulito”. I Rigassificatori di gas naturale liquefatto. Termovalorizzazione dei rifiuti solidi urbani.

3. Segue contenuti • Le interazioni fra i sistemi energetici e l’ambiente: impatto ambientale dei sistemi energetici, ruolo della produzione e distribuzione dell’energia sull’impatto ambientale, valutazione degli effetti ambientali e sanitari. • L’inquinamento atmosferico: sorgenti, inquinanti, legislazione, tecniche per il controllo delle emissioni. L’inquinamento globale: piogge acide, ozono, effetto serra. Le conferenze internazionali e lo sviluppo sostenibile, la carta di Aalborg e i processi di Agenda 21. • Emission trading, certificati verdi e certificati bianchi.

4. Segue contenuti • L’inquinamento termico, acustico, luminoso, elettromagnetico. Valutazione, normativa, mitigazioni. • La valutazione di impatto ambientale: legislazione, procedure, metodologie, contenuti e fasi. Altre procedure di valutazione di impatto: Life Cycle Assessment, Valutazione Ambientale Strategica. L’impronta ecologica. Applicazioni, esempi e casi di studio. • Certificazioni ambientali di siti produttivi: EMAS. • La pianificazione energetica nazionale, regionale e comunale: normative, procedure, metodologie, contenuti e fasi. La gestione razionale delle risorse. La diversificazione delle fonti e l’incentivazione delle fonti energetiche rinnovabili e alternative. Applicazioni, esempi e casi di studio.

5. PREREQUISITI: • Fisica tecnica 1 e 2. E’ inoltre consigliato avere sostenuto gli esami di Fonti Energetiche Rinnovabili e di Energetica Applicata. • TESTO ADOTTATO • G. Cau, D. Cocco, L’impatto ambientale dei sistemi energetici, SGE Servizi Grafici Editoriali, 2002 • TESTI CONSIGLIATI • G. Moncada Lo Giudice, F. Asdrubali: “LA SFIDA DELL’ENERGIA Cambiamenti climatici, energia e ambiente in un mondo inquieto”, Franco Angeli, Milano 2007. • C. Caputo L’impatto delle macchine sull’ambiente, Masson1998 • B. Galletta et Al., Dal progetto alla VIA, Voll. 1 e 2, Franco Angeli, 1994 • P. Morris, R. Therivel, Methods of Environmental Impact Assessment, UCL Press Limited, 1995 • MODALITÀ DI VERIFICA DEL PROFITTO: • La verifica del profitto consiste in un colloquio orale della durata di circa 30’ (domande sulla parte teorica del corso).

6. Le interazioni tra i sistemi energetici e l’ambiente Sistemi di conversione energetica: • impianti di generazione elettrica • MCI per autotrazione • Impianti termici civili e industriali • Sistemi molto diversi per tipologia e configurazione, potenza (dai pochi kW dei MCI a centinaia di MW delle centrali termoelettriche), rendimenti (da 15-20 % piccoli MCI, dal 25% al 53% per le centrali elettriche, fino all’85-90% generatori energia termica)

7. Principale causa di impatto ambientale: impiego di combustibili fossili • Ma anche i sistemi energetici che utilizzano fonti rinnovabili producono impatti di diversa natura

8. Classificazione degli impatti: • Per componente ambientale interessata (aria, acqua, suolo, fauna, flora, paesaggio ecc) • Per tipologia di emissioni inquinanti (solide, liquide, gassose, acustiche, termiche, ecc.)

9. Interazioni fra i sistemi di conversione dell’energia e l’ambiente • Emissioni di materia: solide, liquide, gassose • Emissioni di energia: calore, radiazioni (ionizzanti e non ionizzanti), rumore • Altre interazioni: occupazione suolo, impatto visivo, altro

10. L’entità e l’importanza relativa delle diverse emissioni dipendono dal tipo di impianto e della tecnologia adottata • Impianti termici e nucleari: emissioni di materia ed energia • Impianti FER: impatti visivi, fauna e flora, ecosistemi

11. Emissioni gassose • Sono la forma di interazione ambientale più rilevante e derivano dai processi di combustione • Principali inquinanti: • Ossidi di Zolfo (SOx) • Ossidi di Azoto (NOx) • Monossido di Carbonio (CO) • Particolato • Composti Organici Volatili (COV) • Anidride Carbonica (CO2)

12. Altri inquinanti gassosi • Acido cloridrico (HCl) • Acido fluoridrico (HF) • Ammoniaca (NH3) • Metalli pesanti (Mercurio, Cromo) • Diossine e furani

13. Andamento nel tempo delle emissioni • CO2: sensibile aumento negli ultimi 20 anni (energia) • SOX: diminuzione (combustibili) • NOx: diminuzione (combustione) • CO e altri: diminuzione meno marcata (compensazione) • Fonti degli inquinanti: • Il settore energetico (combustione e trasporti) è responsabile per oltre il 90% delle emissioni dei principali inquinanti (fatta eccezione per i COV)

14. Origine degli inquinanti: • Composizione chimica del combustibile (esempio: tenore di zolfo, cloro, fluoro) • Modalità di svolgimento del processo di combustione (eccesso d’aria, temperatura, fiamma)

15. Approcci per mitigazione impatto: • Utilizzo di combustibili puliti • Pre-trattamento del combustibile • Riduzione della produzione di inquinante durante la combustione • Post-trattamento dei prodotti della combustione • Diluizione degli inquinanti allo scarico

16. Utilizzo combustibili puliti • Impiego di combustibili intrinsecamente privi di sostanze quali zolfo, cloro, mercurio • Esempio: gas naturale o olio combustibile BTZ • Poco efficaci per controllo emissioni CO e NOx

17. Pre-trattamento combustibile • Trattamento preliminare chimico e fisico • Lavaggio carbone per riduzione particolato • Desolforazione prodotti petroliferi • Depurazione gas di sintesi negli impianti di gassificazione • Poco efficaci per controllo emissioni CO e NOx

18. Riduzione della produzione di inquinante durante la combustione • Impiego di tecnologie in seno alla combustione stessa • Combustione letto fluido: aggiunta di sorbenti a base di calcio e magnesio per evitare SOx • Iniezione di vapore in turbina a gas per ridurre NOx • Combustione a più stadi

19. Post-trattamento dei prodotti della combustione • Tecnologie a valle del processo di combustione • Filtri (elettrostatici, a manica, ceramici) • Desolforatori • Denitrificatori

20. Diluizione degli inquinanti allo scarico • Non è una tecnica di riduzione delle emissioni ma solo di mitigazione dei relativi effetti • Anche la legislazione fa riferimento a fumi secchi e con un determinato tenore di ossigeno

21. Emissioni liquide • Aspetto di crescente importanza per emanazione di normative più severe, scarsità risorse idriche, aumento produzione effluenti liquidi • Problema che riguarda soprattutto centrali termoelettriche a vapore convenzionali, ma anche processi combustione letto fluido e gassificazione (meno importante per turbine a gas e MCI)

22. Fonti di consumo di acqua e di produzione di effluenti liquidi: • Sistemi di raffreddamento (torri evaporative) • Reintegro del generatore di vapore • Lavaggio del generatore di vapore • Sistemi di desolforazione (ad umido) Centrale da 320 MW a ciclo aperto: 30.000 – 40.000 m3/h acqua • Si inserisce un sistema di trattamento delle acque (limiti di emissione Dlgs 152/99) Problema della temperatura degli scarichi

23. Emissioni solide • Riguardano soprattutto sistemi energetici alimentati con combustibili solidi o idrocarburi pesanti • Ceneri del combustibile • Residui solidi prodotti dalla depurazione dei fumi (desolforazione) • Composizione ceneri: ossidi di silicio, alluminio e ferro (80%), ossidi di calcio, magnesio, zolfo, potassio, sodio, fosforo, tracce di metalli pesanti

24. Centrale termoelettrica a carbone bituminoso da 320 MW: 10-12 t/h di ceneri, per un totale di 60.000-70.000 t/a • Reimpiego delle ceneri: • Cementifici • Sottofondi stradali • Manufatti per l’edilizia • Discarica (letto fluido)

25. Emissioni termiche • L’inquinamento termico può essere diretto (rilascio di fumi caldi) o indiretto (rilascio di sostanze che interferiscono con i meccanismi di scambio termico della Terra) • L’inquinamento termico diretto può causare significative variazione del microclima locale (temperatura e umidità relativa dell’aria, temperatura dell’acqua)

26. Le emissioni di energia termica sono correlabili al rendimento dell’impianto: Q2/L = 1/η - 1 • Un aumento del rendimento dell’impianto non solo consente di ridurre i consumi di combustibile e quindi le quantità di inquinanti prodotte, ma anche di ridurre la quantità di calore emessa • Centrale termoelettrica a vapore da 320 MW: rendimento 40%, Q2 = 420 MW, portata d’acqua di 10/12 mc/s (incremento di 8-10 °C) per un ciclo aperto

27. Emissioni acustiche • Problema di grande attualità, recentemente regolamentato da apposita legislazione (L.Q. 447/95) • Principali fonti di rumore: • Turbine a vapore • Gruppi turboalternatore • Ventilatori • Sfiati vapore, tubazioni percorse da vapore • Sistemi movimentazione carbone

28. Turbine a gas: • Compressore • Condotti aspirazione • Scarico • Generatori eolici • Sistemi di mitigazione • Alla sorgente/lungo il percorso/sul ricettore • Attivi/passivi

29. Altre emissioni • Inquinamento da campi elettromagnetici • Inquinamento nucleare • Occupazione suolo • Alterazione ecosistemi • Impatto visivo