lunedì 2 agosto 2010

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È interessante confrontare i vantaggi e gli svantaggi di due tecniche per ottenere energia elettrica che sono candidate a sostituire i combustibili fossili.

Centrali nucleari

Il vantaggio principale delle centrali nucleari consiste nella elevata potenza e nella disponibilità della produzione di energia, sono infatti disponibili reattori che raggiungono anche i 1600 MW di potenza. La produzione di energia è costante, quindi possono essere impiegate come fonti energetiche “di base”, ovvero fornire la quota di energia elettrica che è necessaria giorno e notte e in tutti i giorni dell’anno. Non sono adatte invece ad essere fonti energetiche “di picco”, ovvero fornire l’energia elettrica nei periodi in cui è richiesta una quantità di energia superiore alla media, ad esempio nelle giornate più calde dell’estate o nelle giornate più fredde invernali. Poiché la potenza è poco modulabile, nel caso in cui una nazione possieda una grande quota di energia prodotta dal nucleare come la Francia, si corre il rischio di dover “svendere” l’energia all’estero nei periodi in cui c’è poca richiesta, come nelle ore notturne.

Gli svantaggi sono diversi. Le centrali nucleari sono molto costose, da 3800 a 5200 $/kW, mentre il MIT calcola circa 4000 $/kW. La sicurezza è un problema molto delicato, poiché un incidente può avere conseguenze disastrose. Il combustibile nucleare deve essere prodotto attraverso una complessa sequenza di lavorazioni e le scorte di minerale sono stimate in 60 anni. Un problema non ancora risolto è costituito dallo smaltimento dei rifiuti nucleari, poiché i siti devono avere caratteristiche fisiche stringenti.

Centrali solari CSP

Le centrali solari CSP sono centrali che concentrano i raggi solari attraverso degli specchi in tubi che contengono un fluido. Il fluido riscaldato viene impiegato per generare vapore, che muove una turbina per produrre elettricità. Oltre ad essere ad energia rinnovabile, queste centrali hanno il vantaggio di essere fonti energetiche affidabili e, sotto alcune condizioni, continue. Durante la notte la centrale può continuare a produrre elettricità, sfruttando il calore residuo del fluido. Aumentando la quantità di fluido e aumentando gli specchi è possibile aumentare l’autonomia della centrale.

Il fluido è costituito generalmente da sali usati nei fertilizzanti e le centrali non hanno problemi di sicurezza. Una volta costruite è richiesta solo la manutenzione.

La svantaggio principale consiste nella loro collocazione, che deve essere sufficientemente soleggiata da ricaricare di calore il fluido per la notte. Attualmente le centrali solari CSP hanno un costo comparabile a quello delle centrali nucleari ed è necessario disporre di collegamenti a lunga distanza per portare l’elettricità dove viene consumata. Il costo dell’elettricità è attualmente superiore a quello del nucleare, ma poiché non dipende dal costo del carburante, può solo diminuire attraverso la produzione di massa dei componenti più utilizzati, ovvero gli specchi.


Centrale Nucleare Centrale Solare Termica a Concentrazione
Costo di costruzione ($/kW) da 3800 a 5200 [7] da 4200 [4] a 5388-5700 [3]
Costo elettricità (LCOE) (c$/kWh) da 8,5 a 11 [7] strettamente correlato alla posizione della centrale
da 12,8-13,6 [3] a 20 [4]
si prevede una diminuzione fino a 5 nel 2020 [6]
Vita della centrale 60 anni 60 anni
Vulnerabilità ad attacchi terroristici Elevata: sono considerate un obiettivo primario
Necessitano di complesse misure di sicurezza relative alla centrale e ai materiali
Nessuna
Costi aggiuntivi Decommissioning, Gestione dei rifiuti radioattivi, Trasporto dei materiali radioattivi e sicurezza Linee elettriche su lunghe distanze
Emissioni indirette di CO2 Presenti nella costruzione della centrale e nella produzione del combustibile nucleare Presenti solo nella costruzione
Problematiche da risolvere Gestione dei rifiuti radioattivi, Proliferazione nucleare Nessuna

Conclusioni

Si prevede che in dieci anni i costi delle centrali solari CSP si riducano fino a diventare competitivi con le fonti energetiche tradizionali. L’immagazzinamento dell’energia rende queste centrali le uniche fonti rinnovabili che possono garantire una generazione di energia continua. Queste caratteristiche le rendono, assieme all’eolico, le energie rinnovabili maggiormente appetibili per il futuro. Sia per le centrali solari che per il nucleare esistono margini di miglioramento tecnologico, ma mentre per le centrali si tratta di migliorare la produzione di massa per ridurre i costi, le centrali nucleari di nuova generazione devono affrontare sfide tecniche molto più difficili, come lo sviluppo di sistemi di sicurezza migliori, lo sviluppo di reattori “veloci” (IV generazione) e una soluzione per la gestione dei rifiuti radioattivi.

Riferimenti:

[1] John M. Deutch, J.M., Charles W. Forsberg, A. C. Kadak, M. S. Kazimi, E. J. Moniz, J. E. Parsons, DU, Yangbo, L. Pierpoint
"Update of the MIT 2003 Future of Nuclear Power Study", Massachusetts Institute of Technology, 2009. Disponibile: http://web.mit.edu/nuclearpower/pdf/nuclearpower-update2009.pdf
[2] Yangbo Du, John E. Parsons, "Update on the Cost of Nuclear Power", Working Papers 0904, Massachusetts Institute of Technology, Center for Energy and Environmental Policy Research. Disponibile: http://tisiphone.mit.edu/RePEc/mee/wpaper/2009-004.pdf
[3] K. Ummel, D. Wheeler "Desert Power: The Economics of Solar Thermal Electricity for Europe, North Africa, and the Middle East", december 2008, Center for Global Development. Disponibile: http://www.cgdev.org/files/1417884_file_Desert_Power_FINAL_WEB.pdf
[4] "Technology Roadmap Concentrating Solar Power", International Energy Agency, 2010, Disponibile: http://www.iea.org/papers/2010/csp_roadmap.pdf
[5] Ramteen Sioshansi, Paul Denholm "The Value of Concentrating Solar Power and Thermal Energy Storage", Technical Report, February 2010, National Renewable Energy Laboratory, Disponibile: http://www.nrel.gov/docs/fy10osti/45833.pdf
[6] "Clean Power from Deserts – The DESERTEC Concept for Energy, Water and Climate Security", Whitebook 4th edition, February 2009, Desertec Foundation, Disponibile: http://www.desertec.org/fileadmin/downloads/DESERTEC-WhiteBook_en_small.pdf
[7] Seth Borin, Todd Levin, and Valerie M. Thomas, "Estimates of the Cost of New Electricity Generation in the South", Working Paper # 54, Georgia Institute of Technology, disponibile: http://www.spp.gatech.edu/faculty/workingpapers/wp54.pdf

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