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Ipotesi circa l'approvvigionamento energetico - Thomas B Johansson -
La Figura 1, mostra l'afflusso di energia solare della Svezia. Il totale di energia solare in arrivo durante l'anno in Svezia (a terra). La Svezia riceve più radiazione solare di quella che comunemente si pensa; il 40 per cento per quanto l'Africa del Nord, calcolato sulla base delle superfici orizzontali. 1500-2000 ore di sole all'anno, con variazioni che si verificano all'interno del paese. La radiazione solare in entrata totale quindi non pone grandi problemi, ma lo squilibrio tra le diverse volte l'anno significa che, rispetto alle regioni più a sud, la Svezia è più dipendente da sistemi in grado di immagazzinare energia da estate all'inverno
.
La Figura 2 presenta un sistema ipotetico di approvvigionamento per l'anno 2015 il quale coincide con la dimensione della domanda che abbiamo descritto. Il sistema di alimentazione è caratterizzato da un gran numero di fonti di energia.
Una di queste, la BIOMASSA, è dominante. Altri grandi contributi sono stati ottenuti da celle solari, energia idroelettrica, eolica e solare termico. Le fonti di energia sono indotte ai vari settori della domanda essenzialmente in tre modi diversi. Le celle a combustibile sono considerate essenziali per il sistema elettrico, nonché nel settore dei trasporti. Queste sono alimentate tramite BIOMASSA gassificata o anche da METANOlo ricavato sempre dalla BIOMASSA. Il METANOlo è anche il carburante per il settore trasporti. Al fine di raggiungere il doppio dell'efficienza attuale nel settore dei trasporti, come ipotizzato, una grande parte delle auto e dei camion devono essere alimentati da motori elettrici. Questo potrebbe essere raggiunto in situ da generazione di energia elettrica da celle a combustibile o batterie elettriche all'interno del veicolo. Distretto di riscaldamento che utilizzano impianti di COGENERAZIONE con la BIOMASSA per il riscaldamento e la produzione di energia elettrica è un elemento importante per il riscaldamento della città più grandi. Un particolare interessante del sistema che abbiamo scelto è la grande frazione del contribuito di energia elettrica. Come si può vedere, diverse tecnologie di produzione di energia elettrica diretta, e di COGENERAZIONE per il TELERISCALDAMENTO e le celle a combustibile nel settore industriale si completano a vicenda.
Celle solari saranno usate in vari modi, alcune saranno collegate direttamente al loro carico e alcune utilizzate per la produzione di METANOlo (in combinazione con la BIOMASSA), come pure per un accumulo stagionale di energia. Questo sistema è stato scelto per motivi economici, dal momento che un accumulo stagionale di IDROGENO tende ad essere costoso rispetto al METANOlo.
L'energia idroelettrica contribuirà con 65 TWh, che è un livello leggermente al di sopra di quello attuale. Ulteriori impianti di energia idroelettrica sono tecnicamente ed economicamente possibili, ma sono limitati da condizioni ecologiche e ambientali, nonché dalle perturbazioni sociali che seguirebbero nella Svezia settentrionale, se grandi centrali per la produzione di energia idroelettrica continuassero a svilupparsi.
L'eolico dovrebbe contribuire per 30 TWh utilizzando 3700 impianti di 4 MW installati in zone della Svezia, con una velocità media del vento a 50 o 100 metro sopra il livello di 6 m/s. Una grande dimostrazione del programma è ora in fase di avvio.
La BIOMASSA sarà prodotta, sia in aree marine che terrestri. Attualmente circa 35 TWh di BIOMASSA sono utilizzati nell'industria della carta e pasta di cellulosa in forma di corteccia e soluzioni liscivianti. Abbiamo ipotizzato che l'energia da piantagioni contribuirà tanto quanto 280 TWh. Questo si basa sulla recente ricerca svolta in Svezia che indica un rendimento di 100-200 MWh per ettaro, in prova, gestendo attentamente zone coltivate con cloni selezionati di salice (Salix sp) e pioppo (Populus sp) (1 ettaro) . Abbiamo ulteriormente assunto che sarà possibile utilizzare i 2,9 milioni di ettari in Svezia piantagioni per la produzione di energia di questo tipo e che la resa media sarà di 90 MWh per ettaro e per anno. La resa media è suscettibile di diminuire dagli elevati livelli attiali raggiunti nel quadro di ricerca, in quanto le condizioni delle zone sono ampie e più realistiche saranno le condizioni realizzate su larga scala. E' anche probabile che ulteriori ricerche aumenteranno il massimo rendimento al di sopra dei presenti risultati preliminari. I terreni saranno grandi aree, circa delle stesse dimensioni di quelle ora usate in agricoltura per la Svezia (6-7 per cento della superficie totale). Esse saranno, tuttavia, molto più piccole dei 23 milioni di ettari di foreste attualmente utilizzati dal settore della carta e della pasta di cellulosa.
L'energia solare contribuirà con 71 TWh, soprattutto per il riscaldamento. Nel clima svedese, ciò significa che il calore deve essere conservato in estate per l'uso in inverno, quando la grande domanda di riscaldamento si verifica. Si presume che questo sarà effettuato con di sistemi di riscaldamento che utilizzano calore a bassa temperatura, se con la tecnologia esistente, il calore può essere immagazzinato in grandi serbatoi d'acqua.Una taglia adatta per il riscaldamento di alcune centinaia di appartamenti è 50.000 m3. Tali sistemi sono stati studiati da parte dello Ministero dell'energia e la Società di Svezia per l'Energia Atomica e le indicazioni sono che sistemi di questo tipo potrebbero essere costruiti con criteri accettabili di economia di oggi.
Testo Originale:
In Figure 1 the solar energy influx is shown. In Figure 2 we present a conceptual supply sustem for the year 2015 matched to the size of demand we have described. The supply system is characterized by a large number of energy sources. One of these, biomass, is dominant. Other large contributions are obtained from solar cells, hydropower, windpower and solar heating. The energy sources are converted to the demand sec- tors essentially in three different ways. Fuel cells are consi- dered to be essential in the electricity system as well as in the transport sector. They are fed either by gasified biomass or by methanol also produced from biomass. Methanol is also the fuel for the transportation sector. In order to achieve the doubled efficiency in the transport sector, as assumed, a large fraction of the cars and trucks have to be powered by electric engines. This could be reached by in situ generation of electricity by fuel cells or electric batteries in the vehicles. District heating using co- generation plants with biomass for heat and electricity produc- tion is an important feature in heating the larger cities. An especially interesting feature of the system we have chosen is the fairly large fraction contributed by electricity. As can be seen, several technologies produce electricity directly, and co-generation for district heating and tuel cells in industry com- plement each other. Solar cells will be used in various ways; some will be con- nected directly to their loads and some used for the production of methanol (in combination with biomass), as well as for sea- sonal storage of energy. This scheme has been chosen for economic reasons, since seasonal storage of hydrogen tends to be expensive compared to methanol. Hydropower cor. tributes 65 TWh, which is slightly above the present level. Further installations of hydropower are technically and economically possible but are restricted by environmental and ecological conditions as well as the social disruptions that would follow in northern Sweden if large-scale hydropower production continues to expand. Windpower is expected to contribute 30 TWh using 3700 units of 4 MW installed in areas of Sweden with median wind speeds at the 50 or 100 meter level above 6 m/s. A large demonstration program is now being started. Biomass is produced both in marine areas and on land. At present around 35 TWh biomass are used in the paper and pulp industry in the form of bark and lye solutions. We have as- sumed that energy plantations will contribute as much as 280 TWh. This is based on recent research carried out in Sweden indicating a yield of 100-200 MWh per hectare, in small, careful- ly managed areas planted with selected willow (Salix sp) and poplar (Populus sp) species (1 hectare = 104 m2). We further assume that it will be possible to use 2.9 million hectares in Sweden for energy plantations of this kind and that the average yield will be 90 MWh per hectare and year. The average yield is likely to decrease from the present high levels attained under research conditions as the areas are expanded and more realis- tic large-scale conditions achieved. It is also likely that further research will increase the maximum yield above the present preliminary results. The land areas required are large, roughly of the same size as those now used in Sweden for agriculture (6-7 percent of total land area). They are, however, much smaller than the 23 million hectares of forests presently used by the paper and pulp industry. Solar heating contributes 71 TWh, mostly for space heating. In the Swedish climate this means that heat has to be stored in the summer for use in the winter when the large heating demand occurs. It is assumed that this will be carried out in district heating systems using low temperature heat, where with exist- ing technology, heat may be stored in large reservoirs of water. A suitable size for the district heating of several hundred apartments is 50,000 m3. Such systems have been investigated by the State Power Board and the Atomic Energy Company of Sweden and the indications are that such systems could be built today with acceptable economy.