Occupazione lorda di terreno per fonte e tecnologia

[Roberto Deboni DMIsr]

Su una pubblicazion settoriale ho trovato questa tabellina:

Potenza specifica media in termini di Occupazione lorda di terreno

Tecnologia W/m2 Note
------------------------------------------------------------
Solare a Collettori termici 80 produzione acqua calda
Solare fotovoltaico 20 rendimenti pannelli: 10-30%
Solare termodinamico 10 Specchi orientabili a torre
Eolico 2 Area parco eolico
Idroelettrico 1 Bacini montani
Coltivaizoni forestali 1 Fotosintesi
Legna da ardere 0,1

Ovviamente c'e' un errore di fondo ... (non mi riferisco ai numeri
in se', ma alla logica della tabella).

Apriamo il dibattito.

[Armando Lario]

scommetto che si riferisce alla dispacciabilità :)
cose da semplice appassionato:
-solare a collettori termici: ne vedevo in passato, non ne ho più visti e ne ho sentito parlare male, sopratutto perchè se non ti serve acqua calda la producono lo stesso e la devi smaltire obbligatoriamente. me ne aveva parlato un tizio che aveva una campagna che aveva i collettori con dei cilindri rotanti che potevano coprire i collettori
-eolico: caspita che poco!
-idroelettrico: idem, anche i successivi

[Roberto Deboni DMIsr]

On 26/02/2023 22:10, Armando Lario wrote:
> On Sunday, 26 February 2023 at 16:37:33 UTC+1, Roberto Deboni DMIsr wrote:
>> Su una pubblicazion settoriale ho trovato questa tabellina:
>>
>> Potenza specifica media in termini di Occupazione lorda di terreno
>>
>> Tecnologia W/m2 Note
>> ------------------------------------------------------------
>> Solare a Collettori termici 80 produzione acqua calda
>> Solare fotovoltaico 20 rendimenti pannelli: 10-30%
>> Solare termodinamico 10 Specchi orientabili a torre
>> Eolico 2 Area parco eolico
>> Idroelettrico 1 Bacini montani
>> Coltivaizoni forestali 1 Fotosintesi
>> Legna da ardere 0,1
>>
>> Ovviamente c'e' un errore di fondo ... (non mi riferisco ai numeri
>> in se', ma alla logica della tabella).
>
> scommetto che si riferisce alla dispacciabilità :)

No, perche' l'oggetto e' "quanto territorio mi serve" ... mi perdoni :-)

> cose da semplice appassionato:
> -solare a collettori termici: ne vedevo in passato, non ne ho più visti e ne ho sentito parlare male, sopratutto perchè se non ti serve acqua calda la producono lo stesso e la devi smaltire obbligatoriamente. me ne aveva parlato un tizio che aveva una campagna che aveva i collettori con dei cilindri rotanti che potevano coprire i collettori

Data l'altissima efficienza e densita' di energia, anche in Italia
dovremo fare come si fa massivamente in nord europa: un impianto solare
termico per ogni abitazione. Il bello e' che in Italia la superficie
necessaria e' piu' piccola che per i poveri "nordici", inoltre il
diformismo stagionale e' minore.

> -eolico: caspita che poco!

Non lo so se e' poco, perche' cio' che veramente interessa e' quanta
energia posso spremere per ogni km2 "impegnato", non quanti chilowatt
ci posso strafugnare dentro.

> -idroelettrico: idem, anche i successivi

E' il dato dell'idroelettrico a bacino (esiste anche quello fluente
che puo' diventare una concentrazione enorme di energia, vedi i grossi
fiumi di certi paesi).

Vediamo qualche ipotesi. Ma prima togliamo i collettori termici, che
seppure dovrebbero essere usati con priorita' (altissima resa con minore
costo), fanno parte di un altro gruppo: quello della generazione di
acqua calda, mentre il resto e' produzione di energia elettrica.

Inoltre direi di evitare di considerare il fotovoltaico sui tetti,
perche' non e' confrontabile con le altre ipotesi, e poi il titolo
stesso e' occupazione di terreno. E aggiungo, con le quantita' che
ci servono (partiamo da almeno 1 TW(p) (cioe' 1000 GW(p)) se siamo
seri nel volere spegnere il gas metano) e' impensabile che ci bastino
tutti i tetti e copertura d'Italia, un po' di territorio dobbiamo
dedicarlo al solare, come del resto gia' si e' iniziato.

Sappiamo che con il 20% di rendimento medio commerciale attuale ci
bastano 5 m2 di moduli fotovoltaici per ogni kW(p). D'altra parte,
se vogliamo la massima produzione almeno anche nelle mezze stagioni,
sacrificando qualcosa in inverno, dobbiamo potere usare tutti i
moduli anche quando il Sole non e' alto, e quindi dobbiamo tenere uno
spazio tra un filare e l'altro. Empiricamente possiamo calcolare una
percentuale di terreno non utilizzato pari al valore della latitudine.
Ovvero, piu' si va a nord, e piu' i filari vanno distanziati.
In realta' dovremo anche considerare il valore economico a cui
possiamo vendere l'energia durante le ore in cui il Sole e' piu' alto,
perche' piu' e' costosa, piu' ci possiamo permettere di avere anche
dei moduli "coperti" durante le prime ore e quelle tarde della giornata,
ovvero potremo mettere i moduli in filari piu' fitti.
Ma per ora limitiamoci a massimizzare lo sfruttamento dei moduli.
Quindi per ospitare filare di moduli dobbiamo calcolare circa un
+37% in Sicilia, +42% a Roma, un +45% in Padania. Sappiamo
anche che la produzione varia da un 1300 kW·h/anno/kW(p) nella
Padania, 1450 kW·h/anno/kW(p) a Roma a 1600 kW·h/anno/kW(p) in
Sicilia. Mettendo insieme il tutto abbiamo la seguente tabella:

m2/kW(p) kW·h/kW(p) kW·h/m2 con pompaggio (75%)
---------------------------------------------------------------
FV-nord 7,25 1300 179 134
FV-centro 7,10 1450 204 153
FV-sud 6,85 1600 233 175

Notare come la stessa tecnologia produca un 30% in piu' al sud rispetto
al nord, e' questo ha un impatto sui tempi di rientro delle emissioni di
CO2 emesse durante la fabbricazione e per l'installazione dell'impianto,
cosa che i fautori del fotovoltaico "uber alles" non vi dicono mai,
citando i dati della fascia del Sole come validi anche per la nebbiosa
Padania ...

Il problema del distanziamento vale anche, ovviamente, per il solare
termodinamico. Possiamo fare una decente estrapolazione utilizzando
i dati del migliore impianto solare termodinamico a specchi lineari
(non ho i dati di un decente impianto a torre, perche' negli Stati
Uniti, l'unico paese, a quanto pare, dove sono disponibili i dati
dettagliati annuali e mensili di ogni impianto di generazione in rete,
non c'e' un impianto a torre di tecnologia avanzata, ma solo il
cesso di Google di Ivanpah (e Crescent Dunes non e' ancora in piena
produzione). Perche' scelgo il migliore tecnologicamente ? Perche' mi
pare ovvio che andremo a riprodurre la tecnologia migliore, non a
copiare impianti obsoleti. O no ?
Solana eroga 250 MW netti in rete, a fronte di 780 ettari occupati
e si trova ad una latitudine di 33 gradi. La sola componente diretta
della localita' vale 300 kW·h/m2/mese a luglio ad un minimo di
140 kW·h/m2/mese a febbraio, valore medio La produzione annua media e'
di 742 GW·h. Una immediata divisione ci da' 0,95 GW·h/ettaro.
In Padania la radiazione diretta vale 215 kW·h/m2/giugno e ad un
minimo di 62 kW·h/m2/novembre. A Roma varia tra 255 kW·h/m2/luglio
e 68 kW·h/m2/dicembre. In Sicilia varia tra 269 kW·h/m2/luglio a
103 kW·h/m2/dicembre. Sulla base della media tra i valori max/min,
rispetto a Gila Bend, la radiazione diretta da nord, centro a sud,
vale il 63%, 73,4% e il 84,5% di quella a Gila Bend. Pero' aumenta
anche la differenza stagionale salendo di parallelo, e questo
penalizza l'efficienza dell'impianto. Empiricamente ho valutato
una penale del -22% in Sicilia, e -60% nel resto d'Italia. Notare
che questa penalizzazione puo' essere annullata integrando la
produzione solare con gas metano, gas che puo' essere prodotto
d'estate con l'esubero solare estivo. Risultati in tabella:

DNI/G.Bend GW·h/ha senza gas GW·h/ha kW·h/m2
------------------------------------------------------------
FV-nord 63,0% 0,60 25,2% 0,24 60/24
FV-centro 73,4% 0,70 29,4% 0,28 70/28
FV-sud 84,5% 0,80 66,0% 0,63 80/63

Purtroppo ci manca un impianto solare termodinamico di potenza
(cioe' di almeno 50 MW) in Italia per avere un dato piu' preciso,
infatto ho voluto essere conservativo nei calcoli, e ho speranze
che la resa sia maggiore. Come da lei ricordato, il solare
termodinamico e' dispacciabile e non solo nel suo "prezzo"
include il costo economico della sezione di accumulo, ma la sua
produzione include anche la "penale" che e' causata dal
trasferimento temporale di energia, dal momento della cattura
(diurno) al momento della consegna (serale e notturna).

Ad esempio, se vogliamo che il fotovoltaico venga traslato
durante le ore del picco serale, non solo abbiamo da considerare
il costo delle batterie necessarie o dell'impianto di pompaggio,
ma anche la penalizzazione risultante dal ciclo di accumulo.
Nel caso delle batterie sembra che l'efficienza sia intorno
al 90% "lordo" (tutto incluso), e quindi la perdita sarebbe
moderata, ma non e' fattibile (prima di tutto per ragioni di
disponibilita' delle risorse minerarie e produttive, e di
conseguenza economiche) arrivare a stazioni di accumulo di
migliaia di MW·h di capacita', come necessario. Per fornire
tale servizio, oggi si usano le centrali di pompaggio. E il
ciclo di ritorno del pompaggio ha una efficienza ben piu'
bassa, intorno al 75%. Ed ecco spiegata l'ultima colonna
della prima tabella. MA ATTENZIONE! Nel calcolo manca il
consumo di territorio del bacino di pompaggio, area invece
gia' compresa nel calcolo del solare termodinamico.

Osservando la resa dispacciabile in Sicilia tra fotovoltaico
con pompaggio (175 kW·h/m2 - ma ignorando l'area occupata
dall'impianto di pompaggio) e solare termodinamico (80 kW·h/m2)
uno potrebbe dire che il fotovoltaico e' meglio, dimenticando
pero' due aspetti. Il primo e' che non si possono costruire
"economicamente" impianti di pompaggio ovunque, in particolare
dove ci sono pianure. Il solare termodinamico invece nei
pianori ci sta benissimo. Il secondo e' che oltre alla questione
"consumo di territorio" c'e' anche quello dei costi e sarebbe
opportuno anche dare un "valore" ad una certa autarchia, o
almeno dei posti di lavori impegnabili in Italia.
E' vero che qualcuno pensa che cio' si potrebbe fare costruendo
le celle fotovoltaiche in Italia. Ma lo scarso successo
dell'elettronica in Italia (quanti semiconduttori produciamo
in Italia ?) e l'evidente maggiore tendenza verso la metalmeccanica
e le costruzioni edili spingerebbero verso la logica del solare
termodinamico.

Ed ora l'eolico. Calcoliamo la superficie "necessaria" (che
deve tenere conto di non mettere le pale troppo vicine
per evitare interferenze che riducano l'efficienza) oppure
la superficie "occupata", che va da quella occupata
fisicamente dalla torre e le fondamenta a quella piu'
ampia di una zona di rispetto, o per evitare rischi o
per evitare danni alla salute (ad esempio per le vibrazioni
sonore) ? Per il primo valore, ho trovato che per una
turbina da 2 MW, la distanza minima e' di 400 m circa.
Un altra fonte parla di 0,6 ettari. E poi c'e' la questione
della producibilita'. In Italia, dati 2021, 11'254 MW di
eolico hanno prodotto 20'724 GW·h. Un valore medio di
1'841 MW·h/MW(p). Se fossero tutte pale da 2 MW, avremo
bisogno di 0,3 ettari per MW ovvero 6'138 MW·h/ettaro,
cioe' 614 kW·h/m2. Attenzione, questo non e' il dato del
"consumo del territorio" (che potrebbe essere molto piu'
basso) ma del territorio "necessario" per produrre alla
massima efficienza.

Ancora piu' complicato e variabile e' il calcolo della
occupazione del territorio per l'idroelettrico a bacino,
ma anche fluente, perche' dipende dalla quantita'
d'acqua del bacino idrografico o dalla portata del fiume.

Prendiamo i dati della diga di Hoover: area del bacino
idrografico 435'000 km2 (questa e' l'area "necessaria"),
area del bacino idrico 640 km2 (questa e' l'area "consumata").
Potenza 2'080 MW e produzione annua 3'300 GW·h.
Quindi 3'300 / 640 = 5,156 GW·h/km2 che sono 5,156 kW·h/m2.

Salvo errori ...

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