Università degli Studi di PerugiaFacoltà di Ingegneria

Corso di Impatto AmbientaleModulo A: Pianificazione Energetica

Ing. Giorgio Baldinelli

a.a. 2011-12

Introduzione al corso

• 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.

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.

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.

• PREREQUISITI:• Fisica tecnica 1 e 2. E’ inoltre consigliato avere sostenuto gli esami di Fonti

Energetiche Rinnovabili e di Energetica Applicata.

• TESTO ADOTTATO• Gino Moncada Lo Giudice, Francesco Asdrubali: “LA SFIDA

DELL’ENERGIA Cambiamenti climatici, energia e ambiente in un mondo inquieto”, Franco Angeli, Milano 2007, pagg. 140, € 14,00, ISBN 978-88-464-9259-3.

• TESTI CONSIGLIATI • C. Caputo L’impatto delle macchine sull’ambiente, Masson1998• B. Galletta et Al., Dal progetto alla VIA, Voll. 1 e 2, Franco Angeli, 1994• G. Cau, D. Cocco, L’impatto ambientale dei sistemi energetici, SGE

Servizi Grafici Editoriali, 2002• 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).

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)

• Principale causa di impatto ambientale: impiego di combustibili fossili

• Ma anche i sistemi energetici che utilizzano fonti rinnovabili producono impatti di diversa natura

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.)

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

• 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

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)

Altri inquinanti gassosi

• Acido cloridrico (HCl)

• Acido fluoridrico (HF)

• Ammoniaca (NH3)

• Metalli pesanti (Mercurio, Cromo)

• Diossine e furani

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)

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)

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

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

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

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

Post-trattamento dei prodotti della combustione

• Tecnologie a valle del processo di combustione

• Filtri (elettrostatici, a manica, ceramici)

• Desolforatori

• Denitrificatori

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

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)

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

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

• 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)

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)

• 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

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

• Turbine a gas:• Compressore• Condotti aspirazione• Scarico

• Generatori eolici

• Sistemi di mitigazione• Alla sorgente/lungo il percorso/sul ricettore• Attivi/passivi

Altre emissioni

• Inquinamento da campi elettromagnetici

• Inquinamento nucleare

• Occupazione suolo

• Alterazione ecosistemi

• Impatto visivo