Le unità di misura dell’ energia e la loro dimensione
17 Gennaio 2010 di AmministratoreL’ ing. Pietruccio Soraperra ci ha inviato uno schematico vademecum con l’ elenco delle unità di misura dell’ energia più utilizzate e qualche esempio che dia un’ idea della loro dimensione.
Un quadro riassuntivo per chiarire le unità di misura dell’energia e la loro dimensione - di Pietruccio Soraperra (gennaio 2010)
Unità di Misura per l’ ENERGIA – Esempi e definizioni
Joule – 1 J - è il lavoro che si fa per sollevare un litro d’acqua di circa 10 cm.
Caloria – 1 kcal = 4186 J - in un pacchetto di crackers da 25 grammi ci stanno circa 120 kcal
Chilowattora – 1 kWh = 3,6 milioni di J - unità di misura dell’energia spesso usata nel campo dell’energia elettrica, sul mercato elettrico costa da 3c€ (centesimi di €) a 10c€ a seconda dell’ora e del giorno, mentre le medie giornaliere variano dai 5c€ a 8c€. Sulle nostre bollette, tutto compreso, 1 kWh costa più di 20c€. Un litro di benzina o di gasolio può sviluppare un po’ più di 8 kWh di calore per combustione, così un kg di carbone (dipende anche dal tipo di carbone). Un metro cubo di metano fa circa 10 kWh. Da un litro di benzina ricavo circa 1.6 kWh di lavoro sull’albero motore che quindi costa circa 70-90c€/kWh.
Terawattora – 1TWh = 1 miliardo di kWh - unità di misura adatta a misurare i consumi di una nazione. L’Italia fra produzione e importazioni in un anno necessita, in sola energia elettrica, di circa 360 TWh di cui ne perde 13 TWh per autoconsumo delle centrali e altri 20 TWh sulle linee elettriche. 7 TWh vengono assorbiti dai pompaggi. Il fabbisogno dell’utenza ammonta a circa 320 TWh/anno. Una quantità pari a 68 TWh finisce nelle case degli italiani (settore domestico). L’Italia importa 40-50 TWh di energia elettrica all’anno. Il fabbisogno totale di energia (energia primaria) per riscaldamento, industria, trasporti, agricoltura, perdite (ex. energia persa nei cicli termici per produrre l’energia elettrica) ammonta per l’Italia a circa 2230 TWh ogni anno: i consumi domestici di energia elettrica rappresentano quindi solo il 3% circa del fabbisogno totale di energia della nazione (per produrre i quali si usa il 7% circa dell’energia primaria).
Per produrre 1 TWh di energia elettrica:
- una moderna centrale a carbone (η=45%) ne userebbe 270 mila tonnellate (un cubo da circa 70m di lato) dal costo di circa 21 milioni di € (8c€/kg), mentre nelle centrali a gas a ciclo combinato (η=55%) servirebbero 180 milioni di m3 di gas (un cubo di 570m di lato) dal costo di 54 milioni di € (30c€/m3).
- in un EPR bisognerebbe fissionare 120 kg di uranio (η=37%) ottenendo 120 kg di prodotti di fissione, 20-30 kg di Plutonio e 2-3 kg di attinidi minori, “bruciando” 1800 kg di combustibile formato da uranio arricchito al 5% proveniente da 16 tonnellate di uranio naturale contenuto in 20 tonnellate di U3O8 (Yellowcake) dal costo di 1.6 milioni di € (80€/kg). In miniere con concentrazioni tipiche di 300-1000 ppm sarà necessario macinare 16-53 mila tonnellate di minerali trattando volumi di 2000-20000 metri cubi (un cubo di lato 13-27m). Un reattore tipo EPR produce 12.5 TWh/anno e costa 5 miliardi di € circa.
- coi pannelli fotovoltaici la luce non costerebbe niente, servirebbe un impianto da 770000 kWp (6 km2) dal costo di 3-5 miliardi di € (4000-7000 €/kWp), percepirebbe incentivi per 350-480 milioni €/anno.
Il sole invia 1 TWh all’anno su una superficie di 0.91 km2 in Trentino e di 0.56 km2 in Sicilia. In media il Lago di Garda assorbe 1TWh al giorno dal sole, senza scambi 1 TWh innalzerebbe la sua temperatura di 0.02°C.
Milione di tonnellate equivalenti di petrolio – Mtep = 11.63 TWh – unità di misura per il fabbisogno di energia primaria di una nazione. Per l’Italia è circa di 192 Mtep e quello “finale” (cioè tolte le perdite per trasformazione) intorno ai 140 Mtep: ad esempio per ottenere l’energia elettrica si perdono complessivamente circa 38 Mtep (pari a 440 TWh). Nel mondo il fabbisogno primario è circa 12100 Mtep.
Unità di Misura per la POTENZA – Esempi e definizioni
Un Watt W corrisponde a un flusso di energia di un J ogni secondo. Un chilowatt kW corrisponde a un flusso di energia (potenza) di 1000 Joule ogni secondo, cioè 1 kW = 1000 J/s. Il consumo medio di un italiano in termini di potenza elettrica ammonta a 130 W solo domestica e 610 W totale. In Italia la potenza assorbita dalla rete elettrica varia da 25 a 55 GW (gigawatt =1 miliardo di W), la potenza installata è 98 GW. Fabbisogno di energia primaria pro capite all’anno - in kW a testa: India 0.7; Cina 2 (1.1 nel 1998); media mondiale 2.4; Italia 4.2; Svizzera, Francia, Germania 5-6; media OCSE 6.2; Svezia, Russia 6-7; USA 11.
20 Gennaio 2010 alle 22:58
Vorrei chiedere spiegazioni riguardanti il costo €/kWh della EPR illustrata nei casi sopracitati … credo di aver sbagliato i conti … costa 0,4 €/kWh? ma anche 1kWp di fotovoltaico che produce (x ipotesi) 1.000 kWh annuo per 25 anni con un prezzo di €5.000 installati … il costo risulta 0,2 €/kWh? e per l’impianto nucleare non si è compreso la manutenzione e lo smaltimento? ecc..?? Potreste gentilmente chiarirmi?
Poi parlate giustamente di potenza e subito dopo di energia primaria procapite in kW … quando sopra parlate di energia in kWh? perchè? nel mio settore il fabbisogno di energia primaria si misura in kWh qui è diverso?
A che scopo sapere la potenza procapite se per vedere i consumi energetici devo moltiplicare ancora per il tempo? Se mi chiarite sta cosa vi ringrazio 100000
21 Gennaio 2010 alle 12:25
Ok, volentieri… un po’ alla volta perchè sono sempre in apnea da troppi impegni.
Intanto a scirvere qui sono io, uno solo, e rispondo per quello che dico, assumendomi ovviamente tutte le responsabilità come fanno i tecnici seri: quindi dovresti usare il singolare (e darmi del tu: sono un ragazzo democratico…). Se poi mi accorgo di aver sbagliato da qualche parte sono solo contento che qualcuno me lo faccia notare: al giorno d’oggi, società più della pubblicità che dei consumi, non va di moda amettere che si è sbagliato, ma non esiste persona al mondo che non l’abbia fatto, compresi i più grandi fisici della storia, da Newton ad Einstein a Fermi. L’intelligenza, come insegno ai miei studenti, è saper capire che viviamo in un mondo imperfetto e saper prendere le contromisure giuste per ridurre al minimo i danni.
21 Gennaio 2010 alle 17:11
intanto per il fotovoltaico consideri solamente il costo di installazione, mentre hai anche un costo di manutenzione e poi di smaltimento che non è quantificato e quantificabile. il costo di manutenzione è quantificato in 240€ annui mentre la lettura contatore in 60€ annui da beghelli (quindi non zio pino & figli installazioni), quindi in 25 annui hai da considerare:
nel caso beghelli
12000€ installazione
300×25=7500€ manutenzione&co
X€ decommissioning (ghgh) che valuteremo 3000€
72.000kWh prodotti in 25 anni
quindi sono (12000+7500+X)€:72.000kWh=(0.17+0.10+0.04)€/kWh che corrispondono a 31c€/kWh, lo stato te ne dà sui 45-50c€/kWh
per il nucleare invece le valutazioni sono per 40-60€/MWh, cioè 4-6c€/kWh, non 60c€/kWh, che dopo che la centrale è ripagata scendono notevolmente
per i dubbi però lascio rispondere pietruccio
21 Gennaio 2010 alle 19:44
Ringrazio Enrico.
Ok per il PV. Mancano i kWp (facciamo due conti lo stesso)
x Mirko
Producendo in media 72000/25 = 2880 kWh all’anno, se ammettiamo si tratti di una taglia tipica di 3 kWp vorrebbe dire che il conto è fatto su un fattore di utilizzazione di 960 ore all’anno: credo che un vaolre così basso derivi dal fatto che col tempo il rendimento cala, o l’impianto non è da 3 kWp come da me ipotizzato (in media in Italia si parla di 1300 ore all’anno)
In ogni caso si tratterebbe di circa 12000/3 = 4000€/kWp o più.
Indipendentemente dai kWp, facendo la proporzione, per produrre il TWh (miliardo di kWh) all’anno di energia dell’articolino mio, servirebbero
12000€*1 000 000 000 kWh / 2880 (kWh/anno)
= 4.2 miliardi di €
che come si vede è in linea con quanto dicevo sopra.
Poi, da lì al costo al kWh si devono fare i passaggi di Enrico.
Quello che è chiaro è che non ha senso incentivare regalando 40-50 c€ per qualcosa che costa 31 c€, tanto più che quelli poi l’energia se la tengono risparmiando altri 12-20 c€ (non so se risparmiano anche le tasse o almeno quelle le pagano) (soliti privilegi d’Italia).
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Sul costo del kWh nucleare immagino anch’io che tu ti sia dimenticato uno zero. Forse volevi scrivere 0.04 €/kWh, oppure sei finito nel sito di qualche pagliaccio o hai sentito i discorsi di propaganda di qualche piazzista (a volte si travestono e fanno finta di essere tecnici esperti, ma è solo gente che sta facendo promozione commerciale).
I conticini giusti sul costo nucleare li trovi nel citatissimo sito
http://www2.ing.unipi.it/~d0728/GCIR/Costi.pdf
Chiaro che trovi anche versioni altrettanto autorevoli tipo il MIT con valori differenti e più “pessimisti”, ma trovi anche chi dà valori inferiori a 2 c€/kWh.
Per orientarti a spanne basta fare due conti di massima, e puoi escludere subito un’ampia categoria di “versioni”. Per esempio con un EPR
l’impianto costrerà sui 5 miliardi
l’ammortamento sarà un 60% (5% d’interesse per 20 anni) e arriviamo a 8 (è recente una dichiarazione di accordi con le banche per 40 anni e chissà con che regole, ma più o meno siamo lì). Più imprevisto possiamo mettere 10 miliardi in tutto, mi pare una cifra ragionevole no? Il decommissioning adesso costa 1/2 miliardo. Facciamo a crescere e mettiamo 1 miliardo: siamo a 11 miliardi di € per una vita di 60 anni in cui produce 12.5 miliardi di kWh. L’incidenza è dunque
11 miliardi €/ (60*12.5) miliardi kWh = 0.015 €/kWh cioè
1.5 c€/kWh di ammortamenti
Poi possiamo considerare 500 persone a 100000 €/anno fanno 50 milioni all’anno più 200 milioni per manutenzione all’anno (sarebbe un 4% del costo dell’impianto all’anno, cioè in 60 anni 12 miliardi, cioè ce lo ricompri nuovo e te ne avanza). In totale di spese di gestione e manutenzione costa
0.25 miliardi € / 12.5 miliardi kWh = 0.02 €/kWh cioè
2.0 c€/kWh di gestione e manutenzione
per il costo del combustibile ho appena fatto due conti qui
archivionucleare.com/index.php/2008/07/01/situazione-risorse...
dove puoi vedere che costa 1.4 milioni per produrre 1 TWh, cioè
0.31 c€/kWh di combustibile finito (arricchito)
di cui 0.14 c€/kWh per il solo minerale ai costi di oggi (45 $/lb)
Smaltire il materiale in formazioni geologiche profonde costerebbe circa uguale, infatti se si usano gli ultimi dati aggiornati di Yucca, prima di essere cassata, avevano previsto 90 miliardi di dollari per smaltire combustibile che aveva prodotto (stima mia a spanne) 25 000 miliardi di kWh = 0.0037$/kWh cioè
0.3 c€/kWh per smaltimento rifiuti.
Totale 1.5+2+0.3+0.3 = 4.1 c€/kWh
Vuoi mettere gli imprevisti?
Notare che lo YellowCake pesa per 0.14 c€/kWh, cioè per il 3.4% adesso che costa 45 $/lb, se andasse a 135 $/lb, valore massimo raggiunto, invece di 0.14 costerebbe tre volte tanto, cioè 0.42 c€/kWh, che in totale costerebbe 4.4 c€/kWh con un’incidenza del 9.5%
A fronte di un triplicamento dei costi dell’uranio il costo unitario passerebbe da 4.1 a 4.4 c€/kWh con un aumento del 7.3%.
Cosa succederebbe se triplicasse il prezzo della benzina?
E quello del gas (con cui produciamo metà dell’energia elettrica)?
Quanto spendi di riscaldamento e di energia elettrica?
Quei prezzi raddoppierebbero o triplicherebbero perchè saranno anche in parte composti da tasse ma le tasse si pagano in proporzione, quindi…
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Il fabbisogno di energia si misura in kWh (o J, o Mtep) sono d’accordo ma se dici fabbisogno annuale ti stai riferendo a un’energia consumata in un toto di tempo, e quindi a una potenza.
In letteratura c’è chi esprime questi consumi ad esempio in MWh all’anno per famiglia o a testa, oppure in tep a testa, IEA le chiama “toe capita = TPES” nel suo “key statistics” ma in pratica è sempre energia consumata all’anno a testa e quindi una potenza media. Qualcuno la esprime in kW consumati in media a testa, serve solo per fare confronti per capire quale parte dell’umanità consuma molto e quale no. C’è ad esempio un gruppo ambientalista che sostiene che si possa mettere in piedi una società avanzata, tipo quelle occidentali, che senza rinunciare a troppe cose (cioè senza miseria) può vivere con 2 kW a testa medi (tutto compreso). Non è facile: al mondo l’umanità vive in media con 2.4 kW ma quanta miseria e quanti muoiono di fame (12 milioni solo fra i bambini sotto i 5 anni per cause dirette o indirette della miseria).
Certo, serve più organizzazione, più razionalità, più efficienza, anche meno egoismo, ma serve anche tanta più energia.
22 Gennaio 2010 alle 17:10
se non erro, a cui bisogna aggiungere anche i costi ELEVATI di compensazione alle ppaa territoriali , e lo smantellamento dela centrale…
piu varie ed eventuali, come sistemi meno costosi di produzioni da altre fonti, che farebbero diventare vetuste anzitempo le centrali stesse.
(piezonucleare?)
ad esempio i pannelli solari GIA’ ORA sono arrivati a un costo di 1 euro a Wp
ovvero 3500 euro per un 3,5kWp….
22 Gennaio 2010 alle 17:27
erri mirco… erri…
I costi dello smantellamento della centrale li ho messi eccome e anche il doppio di queli stimati ad oggi e quattro volte tanto il costo reale di smantellamento di una centrale americana degli anni ‘60 smantellata di recente.
22 Gennaio 2010 alle 17:28
hem………guarda che il decommissioning lo ha già contato
(cit)
l’impianto costrerà sui 5 miliardi
l’ammortamento sarà un 60% (5% d’interesse per 20 anni) e arriviamo a 8 (è recente una dichiarazione di accordi con le banche per 40 anni e chissà con che regole, ma più o meno siamo lì). Più imprevisto possiamo mettere 10 miliardi in tutto, mi pare una cifra ragionevole no? Il decommissioning adesso costa 1/2 miliardo. Facciamo a crescere e mettiamo 1 miliardo: siamo a 11 miliardi di € per una vita di 60 anni in cui produce 12.5 miliardi di kWh. L’incidenza è dunque
11 miliardi €/ (60*12.5) miliardi kWh = 0.015 €/kWh cioè
per il piezonucleare si è ampiamente discusso in merito……
per le compensazioni sono:
annualmente durante la costruzione 3000€/MW (maggiorato del 20% per potenze superiori ai 1600MW)
il costo dell’elettricità sarà aumentato di 0.4€/MWh (0.04c€/kWh) per dare le compensazioni economiche alla popolazione
considerando le energie fornite, si parla di molti milioni all’anno……
quando poi, come al solito, mi troverai uno che mi dà inverter, mi crea il supporto (visto che il tuo Wp è la tavoletta di silicio, non è il pannello autosufficiente che eroga energia), mi installa il pannello, mi fa tutti gli allacciamenti gratis anche se il pannello è da mettere al 5° piano di una casa, allora il prezzo sarà 1€/Wp, altrimenti ti devi accontentare dei 4€/Wp di oggi (che poi il tuo Wp mi dicevi che è il pannello al Te-Cd che vende una azienda tedesca solo per forniture superiori ai 50kWp)
22 Gennaio 2010 alle 18:00
Un po’ out of topic, ma credo interessante.
Notavo in questo articolo sul Corriere
milano.corriere.it/milano/notizie/cronaca/10_gennaio_22/a-mi...
con quanta prudenza viene trattato lo straziante caso delle leucemie infantili. In questo caso si tratta di Milano dove, oltre a registrare un incremento anomalo rispetto al dato nazionale (che già è alto) sembra di poter individuare delle zone dove sarebbe più frequente.
Al momento si cerca di capire, fare delle ipotesi, incrociare i dati statistici con considerazioni di tipo scientifico stando ben attenti a non dare in modo idiota e medioevale “la colpa” a questo o a quello, perchè la storia della scienza ci ha insegnato che il più delle volte la realtà è molto diversa da quello che pensiamo e ci riserva “sorprese” che neanche immaginiamo. Solo lo studio condotto in modo scientifico, serio e approfondito, accompagnato da passione, capacità e apertura mentale, lontano da ogni forma di ideologia e pregiudizio, ha dato risultati: leggersi la storia della scienza per verificare.
Quanto ho detto dovrebbe chiarire che razza di gente sia quella che sulla base di una statistica fatta oltretutto su un campione limitato di casi, ha dato senza problemi la colpa di alcune leucemie a certe centrali nucleari tedesche. Il tutto senza la presenza di una causa che possa fare da legame: la radioattività emessa dalle centrali tedesche è praticamente inesistente e infinitamente minore di quella naturale.
5 Marzo 2010 alle 20:49
Salve.
Chiedo scusa se magari la mia domanda non c’entra nulla con l’argomento.
Avrei una curiosità.
Visto che tutti si riempiono la bocca parlando di energie rinnovabili, sparando a zero contro il nucleare, vorrei sapere quanti m2 o km2 di pannelli solari sono necessari per produrre la quantità di energia prodotta da una centrale nucleare del modello di quelle che si pensa verrà costruita in Italia.
Se non è un problema è possibile avere gli stessi dati per l’eolico.
Vi ringrazio in anticipo e mi scuso se l’argomento non c’entra niente.
5 Marzo 2010 alle 22:02
allora, partiamo da alcuni dati presi dalla rete:
la centrale nucleare di gravelines in francia ha una area (presa da google map, molto spannometricamente) di 2kmq, consideriamone 4 per stare belli larghi. la sua potenza è
http://en.wikipedia.org/wiki/Gravelines_Nuclear_Power_Plant
e genera 40TWh all’anno (dice 38, ma è per approssimazioni varie, tanto ti interessa solo ordini di grandezza, giusto?)
considera che per una centrale da 2 reattori o da 6 non serve per la seconda il triplo dello spazio della prima, ma molto meno, visto che i reattori li puoi mettere “vicini” e molte strutture sono in comune (mense ed altro) e ti diminuiscono i costi (se hai 3 centrali da un reattore o una da 3 reattori, nel primo caso avrai 3 squadre antincendio, e sistemi e tutto triplo per molti inconvenienti, nel secondo ti basta il doppio, oppure per le apparecchiature di monitorazione ti basta anche solo uno solo, quindi si risparmia spazio e denaro)
passiamo al fotovoltaico
it.wikipedia.org/wiki/Modulo_fotovoltaico#I_prodotti_in_comm...
consideriamo 5mq/kWp (su wiki c’è di più, ma è per semplificare i calcoli), consideriamo che mediamente 1kWp genera 1.2MWh annui
da qui poi vediamo un’altra cosa:
upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/de/Nellis_AFB_Solar...
che un modulo consuma effettivamente molto più spazio, consideriamo che 1kWp consumi il quadruplo del suo spazio di generazione come spazio effettivamente occupato.
fin qui abbiamo:
nucleare con 4kmq e 40TWh/y
solare con 20mq e 1.2MWh/y
portiamo tutto alla stessa grandezza (stessa energia prodotta) ed abbiamo che dobbiamo avere 33.3GWp di fotovoltaico che ti consumano 666kmq di territorio
quindi per produrre tanto quanto quei 6 impianti nucleari devi avere una superficie coperta pari a quasi tutta la provincia di lodi che è di 780kmq (la copertura EFFETTIVA è un quarto nel nostro postulato iniziale, ma quella necessaria è 666kmq)
passiamo all’eolico, per l’eolico i calcoli sono molto più complicati, considera che la cina per sopperire a qualche % del suo fabbisogno vuole costruire 300GW di turbine eoliche che occuperebbero un’area grande come la francia (il consumo EFFETTIVO è infinitesimo, qualche %oo dell’area che deve avere la turbina), però possiamo prendere qualche esempio base:
http://en.wikipedia.org/wiki/Roscoe_Wind_Farm
consideriamo 2000h/y di produzione (è un dato generico, se è 2500 la solfa cambia molto)
vediamo che in una area di 100.000 acri ci sono 780MW di potenza eolica che generano 1.56TWh, per produrre i nostri 40TWh dobbiamo avere 20.000MW di potenza eolica in 10.000kmq di territorio (?) (fatto i conti giusti???)
i conti dovrebbero essere giusti, per il primo si, per il secondo…..mi è venuta una cifra con tantissimi 0 sulla calcolatrice visto che 1acro sono 4046mq
5 Marzo 2010 alle 22:39
Credo che sia possibli soltanto fare un conto a spanne, perchè i prezzi sono variabili, così come l’insolazione nelle varie zone d’Italia, perciò prendilo solo come un’indicazione di massima
Prezzo al kW: variabile nel range da 5500 a 7000 euro, con superficie variabile da 8 a 10 metri quadrati a seconda delle zone.
Probabilmente, per grossi impianti si possono spuntare prezzi più bassi rispetto all’impianto domestico.
Manutenzione ed assicurazione non comprese, come pure l’iter burocratico per i grossi impianti (bisogna produrre maggiore documentazione rispetto ai piccoli, anche se viene spalmata su di una prosuzione superiore.
centrale nucleare: produzione prevista di 1600 MW per l’EPR e di 1100 MW per l’AP1000
Basta moltiplicare per 1.600.000 i dati del fotovoltaico se vogliamo il confronto con l’EPR e per 1.100.000 se vogliamo il confronto con l’AP1000:
1 centrale con reattore EPR = 8 miliardi di euro e 16 km2, coi pannelli a 5000 euro/kw
1 centrale con reattore AP1000 = 5,5 miliardi di euro e 11 km2.
Naturalmente, il conto così fatto non sta in piedi… l’insolazione è variabile secondo le ore del giorno, secondo le stagioni e secondo l’annuvolamento, e la resa può scenderere anche a un terzo.
Questo porterebbe ad un enorme surdimensionamento, se vogliamo garantire una certa potenza, e non una produzione che solo occasionalmente raggiunge la potenza nominale: probabilmente, costi e superfici andrebbero raddoppiati o triplicati.
Di notte, non ci sarebbe alcuna produzione: o si accumula durante il giorno (ma bisogna avanzare dell’energia rispetto ai bisogni, con un ulteriore surdimensionamento, e costruire sistemi di accumulo con ulteriori, enormi costi), oppure bisogna comunque costruire delle centrali termoelettriche per sopperire alla mancata produzione fotovoltaica, duplicando di fatto i costi.
Le superfici occupate ed i costi di costruzione diventerebbero enormi: qualcuno in questo forum ha fatto conti molto più dettagliati e precisi, ma il risultato finale è lo stesso… non sta in piedi, che costi cento o mille volte di più di quel che possiamo permetterci, poco importa.
Per l’eolico… non penso che ci sia abbastanza vento da arrivare ad una produzione simile, ed è anche una fonte più incostante del Sole.
11 Marzo 2010 alle 09:52
Grazie mario.
Finalmente ragionamenti supportati dai numeri.