Fonti rinnovabili

Solare fotovoltaico e termico - Eolico - Biomasse e biocarburanti -

Idroelettrico - Geotermia

Solare fotovoltaico e termico

Eolico

Biomasse e biocarburanti

Idroelettrico

Geotermia

Solare fotovoltaico e termico

Cosa sono
Un pannello fotovoltaico è un impianto elettrico che sfrutta l'energia solare per produrre energia elettrica mediante effetto fotovoltaico.
Completamente diverso è invece un pannello solare termico, che sfrutta i raggi solari per scaldare un liquido e produrre energia termica.

Sono tre le tecnologie principali per trasformare in energia sfruttabile l'energia del sole:

• il pannello fotovoltaico sfrutta le proprietà di particolari elementi semiconduttori di produrre energia elettrica quando sollecitati dalla luce. I pannelli fotovoltaici convertono quindi la luce solare direttamente in energia elettrica. Hanno una efficienza di conversione che arriva fino al 40% nelle celle da laboratorio ma in pratica l'efficienza media va da un po’ meno del 20% dei pannelli in silicio cristallino a circa il 10% dei pannelli in silicio amorfo.  Non avendo parti mobili o altro, necessitano di poca manutenzione, soprattutto pulizia periodica, e hanno una durata operativa stimata di circa 30 anni. Il difetto principale di questi impianti è la discontinuità dell'energia prodotta nel corso della giornata come delle stagioni
   
• il pannello solare termico sfrutta i raggi solari per scaldare un liquido con speciali caratteristiche, contenuto nel suo interno, che cede calore, tramite uno scambiatore di calore, all'acqua contenuta in un serbatoio di accumulo
   
• il pannello solare a concentrazione sfrutta una serie di specchi parabolici a struttura lineare per concentrare i raggi solari su un tubo ricevitore in cui scorre un fluido termovettore o una serie di specchi piani che concentrano i raggi all'estremità di una torre in cui è posta una caldaia riempita di sali che per il calore fondono. In entrambi i casi "l'apparato ricevente" si scalda a temperature molto elevate (400 °C ~ 600 °C). Le elevate temperature raggiunte permettono anche la trasformazione del calore in energia elettrica (solare termodinamico).

Per saperne di più: Il solare, aspetti tecnici

Gli impianti solari in Toscana e nel Mondo
A fine 2018 la capacità di generazione di energia elettrica da fotovoltaico nel mondo si avvicinava ai 500 GW, con un aumento di ben 94 GW in un anno. Nello stesso momento in Cina l’installato era circa 175 GW, in USA circa 50 GW, in Germania ben 45 GW.
In Italia a fine 2018 il totale installato era oltre i 20 GW mentre in Toscana di circa 812 MW.

Il solare fotovoltaico e termico nelle leggi
Vi sono varie semplificazioni previste per l'istallazione delle diverse tipologie di pannelli solari.
Non tutte le aree sono adatte alla installazione di impianti solari. La Regione Toscana già con la l.r. 11/2011 e la delibera Consiglio Regionale 68/2011 individuava le aree non idonee alla istallazione degli impianti fotovoltaici a terra. Con l’ulteriore delibera Consiglio regionale 15/2013 dettava invece opportuni criteri e modalità di installazione per impianti fotovoltaici a terra e impianti fotovoltaici posti su frangisole.
Vedi il quadro complessivo di semplificazioni e criteri a: www.regione.toscana.it/-/autorizzazioni-rinnovabili

Eolico

Cosa è
L'energia eolica è il prodotto della conversione dell'energia cinetica del vento in altre forme di energia. Attualmente viene per lo più convertita in energia elettrica, con un procedimento relativamente semplice e poco costoso.
Un impianto eolico è composto da uno o più aerogeneratori, quasi sempre turbine ad elica (“generatori eolici ad asse orizzontale”) di grandi dimensioni. Le pale dell'elica, come esili ali, offrono una resistenza minima all'avanzamento e si orientano automaticamente in direzione del vento. La rotazione avviene ad una velocità bassa per i grandi aerogeneratori e si ferma automaticamente in caso di vento eccessivo. Al mozzo vi è la c.d. “navicella” dove è installato il generatore elettrico.
Esistono anche “generatori eolici ad asse verticale”. Venivano utilizzati in Mesopotamia fin dall' inizio di quella civiltà, sopratutto per irrigare. Negli ultimi anni stanno risvegliando l'interesse di alcune aziende e gruppi di ricercatori. Il principale vantaggio dell'asse verticale è il costante funzionamento indipendentemente dalla direzione del vento.
Per saperne di più: la tecnologia eolica, il mini eolico, il micro eolico, l'eolico off shore

Wind-Gis: il potenziale eolico della Regione Toscana

WIND-GIS è un sistema informativo, consultabile da tutti, che illustra il potenziale eolico della Toscana, nel senso che mostra le aree nelle quali si registra una ventosità tale da rendere possibile lo sfruttamento del vento per la produzione di energia elettrica. Realizzato dal LAMMA su incarico della Regione WIND-GIS è stato costruito attraverso delle simulazioni matematiche sviluppate nell'ambito di uno specifico modello.
Per saperne di più: www.regione.toscana.it/-/wind-gis

Gli impianti eolici in Toscana e nel Mondo
A fine 2018 la capacità di generazione di energia elettrica da fonte eolica nel mondo aveva raggiunto un totale di 597 GW, con un incremento nel solo anno di 50,1 GW. La Cina è oltre 200 GW, gli USA vicino a 100 GW.
In Europa spicca la Danimarca in cui nel 2019 ben il 47% di elettricità arriva dall’eolico, mentre in Italia a fine 2018 si è arrivati ad un installato di più di 10 GW.

In Toscana al 2019 la potenza installata era di circa 143 MW. Vedi in particolare i seguenti impianti:

- Montemignaio (AR), parco eolico omonimo, 3 aerogeneratori per totali 1,8 MW
- Chianni (PI), parco eol. Monte Vitalba, 7 aerogeneratori per totali 5,95 MW
- Scansano (GR), parco eol. Poggi Alti, 10 aerogeneratori per totali 20 MW
- Pontedera (PI), parco eol. Gello, 4 aerogeneratori per totali 8 MW
- Montecatini Val di Cecina (PI), parco eol. La Miniera 6 aerogeneratori per totali 9 MW
- Montecatini Val di Cecina (PI), Ampliamento La Miniera per totali 7,5 MW
- Firenzuola (FI), parco eol. Monte Carpinaccio per totali 14,75 MW
- Riparbella (PI), parco eol. Poggio Malconsiglio per totali 20 MW
- Santa Luce (PI), Fattoria Eolica di Santa Luce per totali 26 MW
- Piombino (LI), parco eol. Foce di Cornia per quasi 20 MW

L'eolico, il mini e micro eolico nelle leggi
Le definizioni non sono sempre corrispondenti a quelle della tecnica. Vi sono varie semplificazioni previste per l'istallazione delle diverse tipologie di impianti eolici.
Vedi il quadro complessivo a: www.regione.toscana.it/-/autorizzazioni-rinnovabili

Biomasse e biocarburanti

Per biomassa si intendono tutti quei materiali di origine organica, animale o vegetale, che non hanno subito processi di fossilizzazione, quindi il petrolio, il carbone e gli altri combustibili fossili, pur di origine organica non possono essere definiti biomassa.

La biomassa è da sempre utilizzata per la produzione di calore. I camini e le stufe scaldano ancora oggi buona parte delle abitazioni toscane.
La legna è utilizzata anche sotto forma di cippato e pellet.
Il cippato è legno ridotto in scaglie con dimensioni variabili da alcuni millimetri ad un paio centimetri. Il legno in pellet è un combustibile ricavato dalla segatura essicata e poi compressa in forma di piccoli cilindri con un diametro di alcuni millimetri, tipicamente 6-8 mm.

Ma oltre alla legna vi sono molti altri tipi di biomassa utilizzata per la produzione di energia, in particolare scarti e residui dall'agricoltura (che possono comprendere sia sostanze vegetali che animali), dalla silvicoltura e dalle industrie connesse, fino alla (sola) frazione biodegradabile di rifiuti.

Negli impianti di produzione di energia elettrica nella maggior parte dei casi non si brucia la biomassa direttamente ma bioliquidi o biogas o gas di sintesi che sono prodotti dalla biomassa. Ciò permette una combustione migliore con un quadro delle emissioni in atmosfera ben più contenuto.
Col termine biogas si indica il gas, composto fondamentalmente da metano e anidride carbonica, prodotto dalla fermentazione batterica anaerobica (in assenza di ossigeno) di sostanze organiche. Oggi si stanno diffondendo tecnologie che permettono di raffinare ulteriormente il biogas ed ottenere biometano, equivalente al metano che si usa nelle case per riscaldarsi o cucinare.
Interessante per la realtà toscana è anche il syngas, ovverosia "gas di sintesi", miscela di gas che può essere prodotta dalla gassificazione dei residui della manutenzione delle foreste.

Da prodotti e residui agricoli vengono anche estratti oli vegetali, il biodiesel e il bioetanolo.

La combustione delle biomasse è da sempre una fonte rinnovabile importantissima per la Toscana ma in più località può comportare criticità per la qualità dell’aria, soprattutto per l’emissione in atmosfera di “particolato”.

I problemi, differentemente da quello che si potrebbe ipotizzare, non sono di norma localizzati negli impianti industriali, che hanno fatto passi da gigante negli anni, per le tecnologie, i filtri utilizzati, i controlli. E’ nei piccoli impianti, soprattutto gli impianti domestici di riscaldamento, che non vi è stato un salto tecnologico adeguato.
A questo scopo con il DM 7 novembre 2017, n. 186 è stato creato un sistema di certificazione della qualità dei generatori di calore alimentati a biomasse combustibili solide (fino a 5 stelle assegnabili a caminetti, stufe, caldaie di emissioni ridotte).
Nel contempo il piano regionale per la qualità dell’aria PRQA ha dovuto dettare limitazioni e obblighi specifici per il riscaldamento con la biomassa: vedi la campagna informativa Aria di Toscana

Per saperne di più: biomasse, aspetti tecnici

Le biomasse in Toscana
Gli utilizzi delle cosiddette “biomasse” in Toscana sono notevoli e disparati.
Si pensi solo che più 50 % della superficie della Regione è superficie forestale: un importantissimo “polmone verde” che può dare anche un apporto importante per la cattura dell’anidride carbonica.
Per quanto riguarda l’utilizzo agro-energetico in Toscana il comparto delle biomasse segue a ruota, fra le rinnovabili, la geotermia: nel 2017 il consumo energetico da biomasse nella Regione ammontava a 539 mila Tep (quasi tutta energia termica), pari al 39% delle rinnovabili toscane.

Gli impianti alimentati a biomassa nelle leggi
Gli impianti di produzione di energia termica da biomassa sono soggetti ad autorizzazioni regionali per gli aspetti emissivi; per quelli di produzione elettrica l’autorizzazione regionale copre anche tali aspetti. Vi sono poi varie semplificazioni previste per l'istallazione di mini impianti.
Vedi il quadro complessivo a: www.regione.toscana.it/-/autorizzazioni-rinnovabili

Non vanno confusi gli impianti industriali di produzione di energia da biomassa con gli inceneritori di rifiuti. Infatti:

• non c'è equivalenza fra biomasse e rifiuti, solo la parte biodegradabile dei rifiuti è considerata una biomassa;
• un impianto autorizzato a produrre elettricità da biomasse anche per bruciare la semplice parte biodegradabile dei rifiuti ha bisogno di uno specifico percorso, ovvero di essere autorizzato ai sensi della parte quarta "Norme in materia di gestione dei rifiuti e di bonifica dei siti inquinati" del d.lgs. 152/2006.

Idroelettrico

L'impianto idroelettrico sfrutta la trasformazione dell'energia potenziale gravitazionale (posseduta da masse d'acqua in quota) in energia cinetica nel superamento di un dislivello, la quale viene poi trasformata, grazie ad un alternatore accoppiato ad una turbina, in energia elettrica.

L'energia idroelettrica viene ricavata dal corso di fiumi e di laghi grazie alla creazione di dighe e di condotte forzate.
Esistono vari tipi di impianti: nelle centrali a salto si sfruttano grandi altezze di caduta disponibili nelle regioni montane. Negli impianti ad acqua fluente si utilizza invece masse di acqua fluviale che superano piccoli dislivelli; si tratta quindi solitamente di impianti di piccola potenza che hanno però il pregio di poter essere installati nei siti più svariati.

La produzione di energia idroelettrica può avvenire anche attraverso lo sfruttamento del moto ondoso, delle maree e delle correnti marine. In questo caso si parla di energia mareomotrice.

Gli impianti idroelettrici sono stati fondamentali per lo sviluppo dell’elettricità in Italia: da inizio novecento fino al 1950 l’energia elettrica italiana era quasi totalmente idroelettrica. Oggi però è complesso trovare localizzazioni per nuovi grandi impianti e quindi la crescita dell’installato è modesta. Sul suo futuro vi sono ombre e luci:

• Gli sbarramenti hanno necessità di manutenzione continua e in alcuni casi di ammodernamento degli impianti. Alcuni bacini esistenti soffrono di vetustà e sono soggetti a fenomeni di interramento.
• La crescente carenza di acqua e l'andamento sempre più torrenziale delle piogge comporta un utilizzo prioritario di dighe e bacini per gli usi idropotabili e la laminazione delle piene riducendo la producibilità degli impianti idroelettrici.
• La produzione idroelettrica è programmabile e questo rende l'idroelettrico particolarmente prezioso per il sistema elettrico nazionale.
• Gli impianti di pompaggio sono ancora oggi il modo più economico per "stoccare" l'energia; quando in rete vi è un surplus di energia elettrica l'acqua accumulata in un bacino a valle viene rispedita al bacino a monte, pronta a produrre elettricità quando vi è necessità; i due bacini possono formare anche un circuito chiuso.

Per saperne di più: Energia idroelettrica, aspetti tecnici

Gli impianti idroelettrici in Toscana e nel Mondo
Per quanto riguarda il comparto elettrico, l’idroelettrico è ancora oggi la fonte rinnovabile più importante nel mondo e ugualmente in Italia. A fine 2018 l'energia idroelettrica vantava 1.172 GW di potenza installata nel mondo (Irena).
In Italia nello stesso tempo il totale installato (potenza efficiente lorda) è di 22,9 GW. In Toscana (dove non ci sono grandi impianti) l’installato risultava di MW 373,1.

Gli impianti idroelettrici nelle leggi
Gli impianti idroelettrici sono autorizzati dalla Regione con una procedura duplice: oltre all'autorizzazione per l'impianto il proponente deve anche dotarsi di una concessione per la derivazione di acqua pubblica.
Per l'istallazione di mini impianti idroelettrici (impianti sotto i 10 Megawatt) vi sono alcune semplificazioni previste.
Vedi il quadro complessivo a: www.regione.toscana.it/-/autorizzazioni-rinnovabili