Articolo QualEnergia: appunti tecnici

Salve a tutti, questo è il mio primo post sul blog, mi presento. Mi chiamo Antonello Cherubini e sono neolaureato in ingegneria meccanica al Politecnico di Milano.
Vorrei fare una piccola appendice tecnica all’articolo di Alessandro Codegoni apparso su QualEnergia.it all’inizio di Ottobre 2012, sperando che possa essere utile a convincere alcuni scettici.

Nell’articolo si dice “… gli aquiloni, una volta in quota, agiscono come grandi ali o vele che vanno di bolina: il vento che passa sopra la loro superficie ricurva, genera una trazione, proporzionale alla superficie del kite e al cubo della velocità del vento.”
Vorrei specificare che la trazione delle funi non è proporzionale alla velocità del vento al cubo, bensì alla velocità al quadrato. Ad essere proporzionale alla velocità al cubo è invece la potenza. Forza x Velocità = Potenza.

Per quanto riguarda invece questo passaggio dell’articolo: “…però bisogna anche dire che molti degli stessi tecnici pensano che le stime di potenza e di capacità fatte da Ippolito si ridimensioneranno molto, una volta che si passerà dalla carta al mondo reale.” vorrei dire che ho provato dispiacere nel leggere queste ultime righe perché generano molta sfiducia in un lettore non esperto ed alimentano lo scetticismo. È giusto essere scettici nella vita, ma in questo caso vorrei che ci si confrontasse sui numeri.

Provo a spiegare in parole semplici un ragionamento che per essere compreso a pieno necessita di alcuni anni di studio. In particolare la dimostrazione della formula che userò è relativamente semplice, ma comunque assolutamente inaccessibile ad un pubblico generalista. Il modello matematico del volo del Kitegen è il modello di Loyd, del 1980. È assodato nella letteratura scientifica da oramai 30 anni.
La potenza estraibile dal Kitegen è data da questo prodotto:
Potenza = 1/2* rho * v^3 * 4/27 * E^2 * Cl * A
rho è la densità dell’aria
v è la velocità del vento che soffia sulla farm
E è l’efficienza aerodinamica dell’ala Cl è il coefficiente di lift (portanza aerodinamica) del kite
A è l’area del kite

Mettiamoci dentro dei numeri conservativi e vediamo cosa esce. “Conservativo” in gergo ingegneristico significa “non ottimistico”.
rho = 1.225 Kg/m^3
A = 150 m^2
v= 12 m/s (è quella utilizzata nel rating di una gigantesca turbina Vestas v100. Ricordiamo che la velocità poi si moltiplica al cubo, quindi è il numero più importante di questa formula)
E=10 (efficienza aerodinamica = rapporto portanza/resistenza, anche questo è un numero ragionevole, se volete posso approfondire, il discorso diventa complicato)
Cl=0.65 (anche qui il discorso diventa complicato)

Potenza Kitegen prima del capacity factor = 1/2* 1.225 * 12^3 * 4/27 * 10^2 * 0.65 * 150 = 1 528 800 W ovvero abbiamo già il nostro 1.5 MW (Di confronto, la famosa gigantesca Vestas v100 arriverebbe ora a 1.8MW)
Se a questo discorso aggiungiamo un capacity factor molto maggiore rispetto all’eolico convenzionale, cioè le famose 6000 ore/anno rispetto alle circa 2000 di una turbina classica, (anche qui sto un po’ semplificando il discorso) allora vi sarà chiaro che, utilizzando criteri di rating in qualche modo equivalenti a quelli dell’eolico tradizionale, si arriva in via “non ottimistica” a dire che il Kitegen è un impianto da 3MW. Se ci fidassimo dei numeri 6000 e 2000 allora dovremmo scrivere 4.5 MW, ma limitiamoci a fidarci dei 3MW. Il risultato è già incredibile.

Trovate ulteriori dettagli nella mia tesi di laurea.

Resto a disposizione per chi volesse ulteriori chiarimenti.
antonello.cherubini@gmail.com
Antonello Cherubini

Aggiornamenti su Alcoa, investitori e Piano Industriale

In molti ci chiedono aggiornamenti sul nostro coinvolgimento nel salvataggio dello stabilimento di Portovesme.

Ad oltre un mese dalla proposta KiteGen per Alcoa nessun esponente governativo ha preso contatto con noi per discutere i documenti presentati il 10 Settembre (1 e 2).

Restiamo ancora in attesa, convinti di aver prospettato l’unica vera soluzione possibile.

Probabilmente comporre in breve tempo un panel multidisciplinare come quello richiesto, qualificato in tutti i cinque domini dell’ingegneria in cui KiteGen spazia, è uno scoglio difficilmente aggirabile.

I contatti con Alcoa sono in corso già dalla prima ora; Alcoa aveva risposto con interesse a KiteGen (informando anche il sottosegretario De Vincenti e il Presidente Cappellacci) ma i rapporti si sono raffreddati poiché le garanzie istituzionali che Alcoa richiedeva per l’implentazione del nostro piano sono venute a mancare.

Il nostro auspicio è che la riforma del titolo quinto che riporterà la competenza sull’energia dalle Regioni allo Stato sia l’occasione per creare un organo all’interno del governo a servizio dello Stato in grado di capire le difficili e delicate questioni dell’energia.

La vicenda Alcoa ha creato grande interesse mediatico nei confronti di KiteGen che si è manifestato in un forte aumento di visite alla nostra sede sia da parte di giornalisti ma soprattutto da parte di nuovi investitori interessati a partecipare al progetto.

Ecco le più significative e recenti interviste rilasciate:

su greenreport.it

su corriere.it

Ai più desiderosi di novità positive, possiamo solo dire che in queste settimane sono in corso trattative piuttosto serrate con molti nuovi investitori in merito all’avvio del piano industriale.Anche l’aumento di capitale di SOTER ha ricevuto molte manifestazioni di interesse e ha portato finora ad un risultato veramente significativo.

PS: Visto che alcuni soci WOW ci hanno chiesto se è ancora possibile migrare in SOTER, vi informiamo che l’opzione di passaggio è ancora valida MA solo fino alla scadenza dell’attuale aumento di capitale fissata il 31/12/12

Seminar: Struttura e componenti del KiteGen Stem

Il post sulle funzioni dello stem ha animato diverse discussioni tecniche sulla nostra lista pubblica kitegen . Il seminar che proponiamo oggi inquadra la tematica aggiungendo dettagli sulle altre componentistiche elettriche e meccaniche correlate, tra le quali i sensori, la struttura igloo, gli alternomotori.

Le sette funzioni dello Stem

Lo Stem, letteralmente “Stelo” è il componente più appariscente del Kitegen  in configurazione yo-yo, tanto che l’intera macchina viene denominata Stem.

E’un braccio robotico sensorizzato realizzato in materiali leggeri (alluminio o fibra di carbonio) montato su una torretta rotante vincolata alla struttura portante (igloo o cupola) mediante una ralla.

Sebbene molte soluzioni adottate nei vari progetti di eolico d’alta quota (compreso il nostro prototipo mobilgen) non prevedano un braccio robotico di tali dimensioni (circa 20 m) lo stem non è certamente un elemento decorativo ma implementa ben 7 funzionalità della macchina:

1) La grande maggioranza dei fallimenti nei decolli (kite-crash) o nelle manovre di volo avviene a bassa quota.  Lo stem consente di operare sempre con la vela posta ad una quota opportunamente lontana dal suolo; inoltre il vento presente a 15-20 m di altezza sul terreno è sempre più intenso che al suolo, quindi la vela a quell’altezza ha maggiore probabilità di trovare il vento con la velocità sufficiente per il decollo.

2) il movimento ed i gradi di libertà del braccio robotico stem consentono di effettuare delle rapide manovre che generano un vento apparante sufficiente per far alzare la vela in volo anche in caso di venti molto deboli.

3) Lo stem consente ai cavi in uscita dagli alternomotori e dagli argani di rimanere allineati per molti metri riducendo la fatica e le vibrazioni su questi componenti

4) lungo lo stelo sono posti i sensori capaci di inviare alla centrale di controllo le informazioni sulle deformazioni meccaniche in atto e la posizione del braccio.  In particolare sono presenti 9 nanogauge (sensori di deformazione) e gli encoder che misurano gli angoli di rotazione del braccio rispetto al piano orizzontale e verticale

5) Quando la vela è investita  da raffiche lo stem è il primo componente cui viene trasmessa la forza impressa dalla raffica mediante i cavi.  I sensori di deformazione inviano le informazioni alla centrale di controllo che, qualora si rilevino raffiche troppo intense, è in grado di rispondere adeguatamente con manovre atte ad allontanare la vela dalla finestra di potenza riducendo la sollecitazione meccanica.   Durante il tempo di elaborazione e reazione della centrale di controllo, che per quanto breve è non nullo, lo stem consente di assorbire la sollecitazione meccanica mediante una opportuna deformazione elastica, salvaguardando i componenti meccanici più delicati.

6)  lo stelo consente di supportare il compasso, che è una mano robotica montata sulla sua sommità, che aggiunge gradi di libertà alle manovre sui cavi e la vela.  In particolare le due “dita” (o baffi) del compasso divaricandosi mantengono separati i cavi durante le manovre e ne evitano gli intrecci (twisting)

7) Secondo l’orografia dei siti i venti possono variare la direzione prevalente più o meno rapidamente nel corso delle stagioni o anche nel corso di una stessa giornata. Lo stelo, ruotando in accordo con le direzioni dei venti, consente sempre di posizionare la vela secondo la finestra di massima potenza.

Su Canaleenergia il Piano Industriale KiteGen per Alcoa

Canaleenergia, testata specializzata del Gruppo Italia Energia,  ci segue regolarmente e pubblica oggi una intervista riguardante il piano industriale proposto da KiteGen per il salvataggio di Alcoa.

KiteGen incontra il Presidente della Regione Sardegna Cappellacci sulla vicenda ALCOA

Si è svolto ieri sera l’incontro tra la Regione Autonoma Della Sardegna e la rappresentanza di KiteGen Resarch guidata dal CEO Massimo Ippolito. La Regione Sardegna si è dichiarata interessata ad intraprendere il percorso proposto da Kitegen, che prevede il finanziamento con fondi per l’innovazione di una fase di sperimentazione della nuova tecnologia eolica d’alta quota sotto l’egida di un panel di esperti proposti dai soggetti interessati, tra i quali potrebbero esservi la Regione stessa, esponenti del mondo accademico, rappresentanti dei lavoratori, degli investitori interessati a rilevare gli stabilimenti di Portovesme, di utility o distributori di energia elettrica oppure di Alcoa stessa qualora decidesse di non vendere più. A fronte del buon esito della sperimentazione sarà avviata la costruzione di farm eoliche troposferiche per un totale di 600 MW, ovvero 200 unità kitegen stem da 3 MW, destinate ad alimentare il complesso di Portovesme fornendo energia elettrica ad un costo inferiore a 25 euro/MWh ritenuto competitivo da Alcoa.
La Regione Autonoma della Sardegna presenterà il progetto al tavolo del MInistero Sviluppo Economico dedicato alla vicenda Alcoa che si terrà a Roma domani 19 Settembre

Aggiornamento del 20 Settembre

10:31 - Per Alcoa ci sono state “di recente altre due nuove manifestazioni di interesse che giudichiamo di una certa importanza: sono da prendere in considerazione, ma è molto prematuro parlarne”. Queste le parole del sottosegretario allo Sviluppo, Claudio De Vincenti. Intanto Glencore si è presa del tempo per decidere, e nel frattempo, ha ribadito De Vincenti, “sappiamo che Klesch ha già presentato ad Alcoa la richiesta di riaprire il negoziato”.

Governatore Sardegna: “Interesse da società cinese e di Torino”
I due nuovi gruppi interessati all’acquisto sono un’azienda torinese e una “grossa società cinese che avrebbe già richiesto di avere accesso alla data room”. Lo ha confermato il presidente della Regione Sardegna, Ugo Cappellacci, che invita però tutti alla prudenza. “Siamo ancora a una fase preliminare e di riservatezza e quindi non si conosce il nome dell’azienda”, ha spiega il governatore. Quanto alla società torinese, offre una nuova tecnologia per l’energia, “una cosa molto nuova che credo vada ancora testata – ha osservato Cappellacci – e non sia disponibile nell’immediato”.

da : http://www.tgcom24.mediaset.it/economia/articoli/1060950/alcoa-spuntano-altre-2-manifestazioni-interessegovernatore-sardegna-sono-cinesi-e-italiani.shtml

Aggiornamento su vicenda Alcoa-Kitegen

In serata il Presidente della Regione Sardegna Cappellacci incontrerà i nostri rappresentanti. Oggetto dell’incontro è la proposta Kitegen per Portovesme.

La notizia è stata riportata anche dalla stampa locale

Contro il riscaldamento climatico, serve KiteGen?

Il 9 settembre è uscito NATURE CLIMATE CHANGE con l’articolo di Ken Caldeira, Kate Marvel, Ben Kravitz con la ulteriore conferma delle posizioni di KiteGen ed altre informazioni inedite di grande importanza. Il giorno sucessivo come logica conseguenza e atto dovuto abbiamo inviato le lettere al governo con la proposta di soluzione per ALCOA. Forse è stato un atto troppo fiducioso sulla immediata fruibilità del lavoro su NCC e della buona copertura informativa ottenuta. [breve video di Caldeira che introduce lo studio]

Contavamo sui contenuti presenti, carichi di significative informazioni, questo al fine di dare supporto alle nostre argomentazioni più economiche, pensavamo che il Ministro Passera saltasse dalla sedia dicendosi  “ecco la soluzione!” Invece i giornalisti gli attribuiscono un commento scettico.

Ora vediamo di rimediare analizzando in queste pagine il lavoro di Caldeira, Marvel e Kravitz magari a puntate, i commenti ben ragionati dei lettori sono graditi.

Questo Blog qui linkato è curato da un docente di fisica e matematica, Marco Pagani che per primo ha  individuato ed evidenziato un aspetto del lavoro su NCC che risulta essere una novità, forse un’ancora di salvezza di grandissima attualità relativamente al cambiamento climatico. Il presidio di geoingegneria più potente finora individuato per raffreddare in emergenza la temperatura del pianeta, benchè si speri ancora che non diventi imprescindibile doverlo adottare.

Stabilire invece la massima potenza estraibile senza disturbare il clima, ne nel bene ne nel male, deve essere un esercizio di valutazione condotto tramite un principio di precauzione, che si scontra inoltre con delle convinzioni ideali di ciascuno sul modello di società e di popolazione numericamente sostenibile. Secondo le pubblicazioni scientifiche precedenti e sostanzialmente confermato da questo ultimo paper, sull’Italia fluisce una potenza totale il cui ordine di grandezza è intorno i 100 TW. Questa sarà una discussione lunga e ricca di posizioni filosofiche contrapposte ma per ora completamente priva di significato poichè fin’ora questo giacimento di energia rinnovabile  è stato intercettato solo perr una frazione infinitesima.

Permettetemi di fissare ad 1 TW la massima potenza estraibile dall’Italia, ovvero un arbitrario 1% di ciò che fuisce naturalmente, per il piacere dei numeri tondi e per offrire una metafora significativa:    L’Arabia Saudita produce 12,5 milioni di barili di petrolio al giorno, 521000 barili all’ora, la potenza termica equivalente contenuta nel petrolio estratto è di circa 1 TW, ovvero, gigawatt più gigawatt meno, equivalente a ciò che ho ipotizzato si possa estrarre dal vento troposferico italiano pur limitando modifiche climatiche. Questa è grossa vero?, rifate pure i conti se non ci credete, sono abbastanza facili.

Anche di radiazione solare ne abbiamo così tanta, ma per raccoglierla servono i dispositivi dispiegati sul territorio, mentre per l’eolico il pannello fotovoltaicocinetico è l’atmosfera stessa, già naturalmente dispiegata e manutenuta ed il KiteGen è solo la presa di forza che colletta l’energia raccolta dall’atmosfera.

Vorrei evidenziare un ulteriore grafico che mostra in particolare il vantaggio dell’eolico troposferico.

La linea blu è quella attribuibile al KiteGen, la linea rossa è attribuibile alle turbine eoliche. L’asse verticale indica la dimensione della superficie che intercetta il vento, comparata con il rateo di estrazione di energia cinetica sulle ascisse.

KEE vs drag area graph

estrazione di energia cinetica rispetto all'area di drag

Per una estrazione di potenza di 480 TW ogni kilometro cubo presso tutta la superficie del pianeta deve avere una turbina eolica che intercetta un fronte vento di 10000 metri quadrati,  un ettaro, mentre per l’eolico troposferico sono sufficienti un equivalente di 23 metri quadrati per km cubo.

L’eolico troposferico, però, non si limita al km cubo vicino terra, ma nello studio sfrutta idealmente tutta l’atmosfera, quindi per precisare il calcolo dell’equivalenza di superficie dobbiamo moltiplicare i 23 metri quadrati per il numero di cubi sovrapposti, tipicamente 10, corrispondenti a tutta la troposfera.

Quindi un’ala che spazzola 230 metri quadrati in altitudine sarebbe equivalente ad una pala eolica che spazzola un fronte vento di un ettaro.

Abbiamo detto un’ala che spazzola una superficie, ma quanto deve essere grande l’ala?

Un metodo semplificato è di dividere l’area da spazzolare con l’efficienza aerodinamica della stessa, un’ala con efficienza 10 qundi potrà avere una superficie di 23 metri quadrati per equivalere ad una torre eolica da 2,5 MW che tipicamente spazzola un ettaro di vento.

L’interesse pratico e tecnologico è quello di ottenere la potenza desiderata in un compromesso ideale tra quota di lavoro e superficie, ed è per questo che abbiamo scelto con il KiteGen Stem di volare sotto i 2000 metri con ali fino a 150 metri di superficie.

la  fluidità dei dati e delle prestazioni del KiteGen, che dipendono fortemente da decisioni sulla configurazione, sull’ala, la quota ed ovviamente il vento sono uno degli aspetti che infastidiscono chi è abituato a specifiche precise, che invece di apprezzare la libertà di modulazione e le opportunità offerte vede con sospetto il progetto, forse anche qualche consulente del governo.

In questo recente exploit mediatico, come dicevo, è stato attribuito al Ministro Passera un molto generico commento di tipo scettico sulla tecnologia KiteGen, provo ad interpretare. Sembra che i politici non siano più in grado di ragionare autonomamente senza le lobbies che li incalzano perennemente. Chi non si è fatto la lobby resta escluso da ogni ragionamento ed opportunità anche se è a vantaggio del paese e della collettività.

Ma se fosse chiaro a tutti di avere l’equivalente di una Arabia Saudita all’interno del territorio nazionale, merita ancora farsi delle domande a livello di banchieri, executive, politici, ministri  sul particolare sistema di trivellazione per estrarre l’energia e di come si fà per realizzarlo?

No! per favore, è materia complessa fidatevi dei brevetti “granted” dei riconoscimenti e delle 12 proposte KiteGen in risposta a bandi nazionali e regionali per l’innovazione tecnologica, ammesse a finanziamento ma sfortunatamente sempre senza copertura.

Metteteci piuttoso in condizione di lavorare e lasciateci fare senza tali commenti che altrimenti dai guai non ci usciamo mai più.

KiteGen, la vicenda Alcoa e Nature Climate Change

By stekgr, 2012/09/10

Ieri è uscito Nature Climate Change con un articolo che finalmente ri-conferma l’immenso giacimento di energia rappresentato dal vento troposferico, l’Italia è sorvolata da un flusso dal quale si potrebbe facilmente estrarre 1 TW continuo di potenza, ovvero oltre 8000 TWh di energia annui.

I quali, trasformati prosaicamente in denaro, equivarrebbero ad una produzione netta di ricchezza puramente endogena all’interno del territorio italiano stimabile in 800 miliardi di euro l’anno….  13000 euro/anno procapite!!

Dovrebbe essere ovvio, quindi il legame di attualità tra Nature, Alcoa e KiteGen, in quanto si tratta di tanta energia e a basso costo.

Quale originario del Sulcis Iglesiente ci tenevo a condividere questa riflessione, e pubblicare le comunicazioni spedite da KiteGen agli organi governativi e non, impegnati in queste ore sulla questione Alcoa.

Se comprese, sarebbero una soluzione ai problemi endemici di lavoro ed occupazione della mia terra.

Se attuate, creerebbero le risorse ed il “giro” economico per favorire il ripristino ambientale dalle molte devastazioni e costituirebbero una vetrina di sostenibilità che gioverebbe all’immagine di questa bellissima terra. Mentre a livello nazionale, sgraverebbero la collettività da un’altro miliardo di euro come quello già elargito ad Alcoa negli ultimi 15 anni.

Mi scuso con i destinatari per pubblicare online tali lettere, potrebbe apparire una forzatura ma altre volte tali comunicazioni, sfortunatamente non ottengono riscontro.

Stefano

KiteGen – ALCOA, come atto di informazione dovuto ed irrinunciabile.pdf

Stabilimento Alcoa di Portovesme – interesse acquisizione.pdf

KiteGen su ecomagination

Ecomagination, web magazine di General Electrics, ha pubblicato un articolo sul Kitegen a firma di Mark Halper.  Buona lettura.

Seminar: il ciclo Yo-yo

Dopo una breve pausa estiva pubblichiamo su Kiteblog un nuovo seminar di KiteGen a cura dell’Ing.Andrea Papini. In questo capitolo è illustrato il ciclo yo-yo del Kitegen Stem.

Per visualizzare la presentazione potrebbe essere necessario installare Adobe Shockwawe
Author: Ing.A.Papini

KiteGen costa un tubo

La recente notizia riguardante lo sviluppo del giacimento Tempa Rossa (Basilicata) in concessione a Total/Shell, che dovrebbe produrre 50.000 barili al giorno dal 2016 a fronte di un investimento di 1,6 mld, in cui è incluso anche un nuovo tratto di pipeline per il collegamento alla raffineria, conferma che la linea del governo in tema di energia è sempre più marcatamente quella di attirare questo tipo di investimenti nel titanico tentativo di ridurre la dipendenza del paese dagli idrocarburi di importazione estera. Titanico perchè rispetto ai 1,4 mln di barili consumati ogni giorno in Italia, di cui poco più del 10% di produzione domestica, la mole degli investimenti da direzionare sul settore per smuovere anche di qualche punto percentuale lo squilibrio tra import e produzione interna sono veramente ingenti. L’Italia è un paese poco interessante dal punto di vista degli idrocarburi, tuttavia ne possiede riserve non trascurabili, circa 1 mld di barili secondo stime di qualche anno fa. Sembrano numeri importanti ma, se relazionati ai consumi, fanno un paio d’anni di autonomia. I giacimenti italiani sono anche poco agevoli per via delle notevoli profondità che devono essere raggiunte. Per forza di cose i costi di estrazione sono elevati. In alcune aree, come ad esempio il medio Adriatico, la qualità del petrolio estratto è anche abbastanza scarsa. Non va meglio per il gas naturale; nel dopoguerra i giacimenti padani permettevano l’autosufficienza della nascente industria energivora ed ancora negli anni ’90 la produzione domestica era intorno al 30% del consumo totale. Oggi si è scesi intorno al 10% per il declino di queste produzioni ed i tanto decantati 30 miliardi di metri cubi che attendono di essere coltivati sotto il fondale dell’alto adriatico non sarebbero neanche 6 mesi di consumi. Sostanzialmente cercare di sviluppare il settore domestico dell’estrazione di idrocarburi è un’opzione con prospettive strategiche abbastanza limitate, seppure con l’attuale livello dei prezzi sia economicamente sostenibile e possa anche generare dei buoni profitti. Le compagnie non a caso si stanno muovendo intensamente sul suolo italiano solo da pochi anni (da quando i prezzi del barile sono elevati) benchè i giacimenti che andranno a sfruttare siano conosciuti da tempo. Dal punto di vista della strategia energetica di lungo termine, della gestione del mix di risorse e, non ultimo, del costo dell’energia il piano energetico che il governo sta preparando, basandosi sulla capacità di attrarre investimenti sulla coltivazione di giacimenti domestici di idrocarburi esigui ed ad elevato costo di estrazione è assolutamente insufficiente, per tacere delle implicazioni ambientali sulle aree interessate dalle trivellazioni. Il rimedio al problema energetico del paese non è certamente ridurre di pochi punti % la dipendenza dall’estero lasciando invariato il mix, che è la causa primaria del maggior costo dell’energia in Italia rispetto alla media europea. La generazione di energia elettrica prevalentemente da fonti costose come il gas naturale e l’eccessivo sbilanciamento del sistema dei trasporti verso la modalità su ruota sono le palesi anomalie da sanare. La strada presa con lo sviluppo delle fonti rinnovabili può alleviare la situazione, ma finchè si ricorre a fonti intermittenti, non competitive senza incentivi, le distorsioni si ritorcono contro gli utilizzatori dell’energia che dovranno pagare sia gli incentivi per sostenere economicamente le fonti rinnovabili che quelli per sostenere il sistema di bilanciamento della rete, garantito dai generatori termoelettrici di alto merito come dimostra il recente provvedimento sul capacity payment. Non ci stancheremo di ripetere che la soluzione è lo sviluppo di fonti rinnovabili non intermittenti ed a basso costo di generazione, cosa che con l’impegno di KiteGen negli ultimi anni si sta concretizzando come una opportunità reale. Se torniamo all’investimento di Total/Shell sul giacimento tempa rossa, 1,6 miliardi di euro, sarebbe sufficiente a costruire un generatore KiteGen Carousel da 2,5 GW, capace di produrre 12,5 TWh elettrici annui di energia, corrispondenti a 32,5 TWh termici, ovvero 2,8 milioni di tonnellate equivalenti di petrolio, il 4% della domanda annuale italiana di petrolio (69,7 MTep nel 2011). Il giacimento di Total/Shell produrrebbe intorno al 3,75% di tale domanda. Produrre 12,5 TWh elettrici da Kitegen farebbe risparmiare 2,5 miliardi di metri cubi di gas naturale che potrebbero essere impiegati per metanizzare il 25% dei trasporti pesanti su gomma, sostituendo circa 2 milioni di tonnellate di gasolio, ovvero circa 40000 barili al giorno, per produrre i quali l’output di Tempa Rossa, considerando le perdite di raffinazione e i sottoprodotti meno nobili non sarebbero sufficienti.  In sostanza una simile politica energetica consentirebbe, a parità di investimento, oltre a ridurre la dipendenza da petrolio importato, anche di ridurre le emissioni di gas serra di oltre 6 milioni di tonnellate annue e di ridurre l’incidenza degli idrocarburi nel mix di generazione elettrica calmierando gli effetti della volatilità di questi mercati sulle tariffe elettriche.

Eroei della fonte agricola nell’antichità

In un precedente articolo ho fornito una lettura su eroei e redistribuzione rimandando ripetutamente ad un successivo articolo (cioè questo) i dovuti dettagli a supporto di quanto affermato.

I dati disponibili dagli studi dei paleontologi e da fonti classiche e medioevali ci dicono che nell’antichità il legame tra energia investita nelle attività produttive ed energia ottenuta sotto forma di cibo era molto ben visibile, oggi è mascherato dalle sovrastrutture economiche dei mercati energetici e dei processi produttivi ma questo non significa che possiamo trascurare le considerazioni sull’EROEI quando analizziamo l’impatto del costo dell’energia sull’economia.
Nella preistoria l’umanità visse di caccia e raccolta. Dalle ricerche sugli ultimi popoli che ancora si basano su un’economia di caccia e raccolta, come i boscimani o alcune popolazioni della Nuova Guinea si è stimato che un cacciatore esperto ottiene mediamente 10 cal di cibo per ogni cal di energia che consuma durante la caccia. Ma sembra improbabile che la fonte energetica utilizzata nella preistoria possa arrivare ad un eroei di 10. Se consideriamo alcune fonti energetiche oggi disponibili, come il solare fotovoltaico, saremmo su livelli inferiori. Più avanti calcoleremo che le grandi civiltà antiche sfruttavano fonti energetiche con eroei ancora più bassi. Alla luce delle considerazioni su eroei e redistribuzione, riportate nel precedente articolo e considerando che l’uomo preistorico visse in società a complessità sociale inferiore a quello tipico delle grandi civiltà antiche è necessario approfondire il ragionamento.. Anzitutto sarebbe da considerare la tipologia di fonte energetica utilizzata, i prodotti della caccia e raccolta sono tipicamente deperibili in brevissimo tempo in special modo nei climi tropicali; il prodotto della caccia viene abitualmente consumato immediatemente e condiviso dai gruppi familiari estesi di cacciatori/raccoglitori. E’stato osservato che i gruppi di pigmei nell’africa centrale, quando, a volte, hanno a disposizione un elefante come preda, ne consumano sul posto quanto più possibile finchè non sono sazi o la carne non deperisce, abbandonando i resti che non riescono a consumare né tantomeno a trasportare. Questo vincolo limita fortemente l’efficienza dei cacciatori/raccoglitori nel procurarsi la loro fonte di energia. Inoltre bisogna considerare che non tutti i membri del gruppo sono in grado di cacciare (es. bambini piccoli) e che non tutti i cacciatori sono così abili,ad esempio i giovani alle prime armi devono accumulare esperienza. Quindi il dato eroei=10 non è corretto nell’ambito delle tecnologie disponibili nella preistoria per la conservazione del cibo e per la peculiare struttura sociale. Se un clan nomade fosse riuscito a procurare effettivamente 10 calorie per ciascuna investita (si intende il metabolismo basale di un maschio adulto 2-3000 kcal) è probabile che la battuta di caccia venisse interrotta per consumare prima possibile il cibo quando lo si reputa essere sufficiente per tutto il gruppo. Sarebbe assurdo continuare la battuta in quanto non sarebbe possibile consumare (e trasportare!) rapidamente tutto. Dunque finchè non si è trovata una tecnica di conservazione del cibo ed una maniera di trasportarlo agevolmente l’eroei della fonte energetica disponibile alle società dedite a caccia e raccolta è stato presumibilmente pari a 1:1 o poco più per quelle società preistoriche più dedite ad attività artistiche e spirituali, le quali denotano la capacità di procurare cibo in maniera sufficientemente efficiente per avere il tempo libero da dedicare all’espressione artistica.
Il passaggio dall’economia di caccia e raccolta a quella agricola non fu immediato, vi furono popoli che praticarono entrambe le attività o che si dedicarono all’agricoltura solo nella buona stagione, praticando la caccia nomadica per il resto dell’anno e molte altre combinazioni di queste attività, ma senza approfondire tutte le casistiche vorrei mettere in evidenza che con lo sviluppo dell’agricoltura si hanno cambiamenti radicali, innanzitutto il problema trasporto passa in secondo piano. Divenendo stanziali le popolazioni coltivano i territori adiacenti all’insediamento, riducendo notevolmente le distanze di trasporto. Inoltre si privilegiano raccolti facilmente conservabili, eventualmente applicando semplici tecniche come la fermentazione. Non a caso i più importanti prodotti agricoli dell’antichità furono cereali e leguminose, conservabili con semplice essiccazione per oltre 1 anno. Tra gli ortaggi si prediligevano i bulbi di liliacea, dotati di potenti antibatterici naturali che ne favoriscono la conservazione anche se non a lungo come i cereali e con opportuni accorgimenti. Il vitto degli operai che costruirono le piramidi fu pane e aglio o cipolle, due bulbi abbastanza facili da conservare.
Col progredire delle tecniche di conservazione acquisirono importanza altri prodotti come le bevande fermentate, l’olio e i latticini (formaggi in occidente e yogurt in oriente). L’allevamento in generale consentì di avere prodotti animali senza dover inseguire le prede.
Possiamo considerare che nell’età classica si fosse raggiunto il culmine della tecnica agricola antica, per tale epoca abbiamo anche disponibilità di trattati e manuali che forniscono preziosi dati che ci consentono di effettuare alcuni calcoli indicativi dell’eroei disponibile per quelle civiltà.
Lucio Giunio Columella, proprietario terriero all’epoca di Nerone stilò un interessante trattato “De re rustica et de arboribus”. I cereali sono il carburante dell’epoca, minestre di cereali e pane sono i cibi base destinati alle masse di lavoratori o combattenti. Conviene quindi focalizzarsi su questi dati riportati da Columella:

Quantità di sementi necessarie alla coltura: 4-5 modii di grano per jugero
1 modium (o moggio)=6,6 kg
1 jugero=0,25 ha
una coppia di buoi è sufficiente per arare 30 jugeri
uno iugero produce 15-20 modii con l’impiego di 10-11 giornate di lavoro e una coppia di buoi.

Tenuto conto che nelle grandi metropoli imperiali l’annona, essenzialmente per esigenze di ordine pubblico, forniva un reddito di sussistenza pari a 40 modii di grano procapite annui ad ogni capofamiglia che fosse cittadino romano in base al numero di membri della famiglia se ne può dedurre che una tale quantità venisse considerata più che sufficiente per nutrire uno schiavo. Considerando che non tutti i lavoratori agricoli erano di condizione schiavile è lecito ipotizzare anche quantità superiori (intorno ai 50 modii, quantità che effettivamente trasformata in farina consentirebbe di fornire una pagnotta al giorno e le dovute calorie per portare avanti un lavoro pesante).
Possiamo trascurare l’apporto energetico assorbito dai buoi aratori, questi animali non venivano certo nutriti con granaglie ma con biomasse ricavate dal maggese, cioè dai campi posti in riposo biennalmente o triennalmente. L’apporto energetico degli animali da tiro nella società antica non si riflette dunque sull’eroei della fonte energetica agricola ma sulla produzione totale della stessa, dovendo limitare al 50% o al 66% del totale la superfice coltivabile ogni anno. Si vede bene che il combinato disposto tra meccanizzazione dell’agricoltura ed uso intensivo dei fertilizzanti abbia reso non necessaria la pratica della rotazione moltiplicando per due la superficie arabile e sostenendo la produttività del suolo. Considerando gli altri miglioramenti nelle tecniche colturali, la messa a coltura di territori un tempo vergini, la possibilità di raggiungere falde acquifere profonde per irrigare territori altrimenti troppo aridi,  la meccanizzazione dei trasporti e le migliorie nella conservazione del cibo è spiegabile la differenza di popolazione di un fattore 15 tra l’età antica e la presente.

Tornando all’agricoltura antica pertanto consideriamo un caso ottimo in cui:
semino 4 modii e raccolgo 25, investendo 1 moggio per nutrire la necessaria manodopera schiavile per 10 giornate lavorative
in tal caso a fronte di un investimento 5 si ottiene 25 ovvero eroei=5
Caso peggiore:
semino 5 e raccolgo 20 ,investendo 1,5 modii per remunerare braccianti di stato libero per 11 giornate
in tal caso a fronte di un investimento 6,5 si ottiene 20 ovvero eroei=3.
Possiamo in base a tali dati considerare 4 una buona approssimazione dell’eroei disponibile per la fonte agricola nell’età classica.
Passando ad analizzare l’età alto medioevale, fonti interessanti dal nostro punto di vista sono i polittici e gli inventari dei monasteri, vere e proprie aziende agricole ed artigianali i cui metodi di produzione erano certamente allo stato dell’arte poichè diretti da monaci aventi accesso al meglio del sapere del’l'epoca, da essi custodito nelle biblioteche.
L’inventario del monastero di S.Tommaso Apostolo, in Emilia, riporta che a fronte della coltivazione di 5 moggi di cereali se ne ottenevano da 14 a 19. Le modalità operative di coltivazione non erano inferiori a quelle applicate in età romana, quindi valgono le considerazioni sia sulle giornate di lavoro necessarie, sia sull’utilizzo degli animali di lavoro. Ciò che cambia è il ricorso a manodopera non schiavile, ma di coloni, che erano comunque servi della gleba. Non sono sicuro che il reddito di questi coltivatori fosse maggiore del sostentamento dovuto agli schiavi in epoca classica. La diversa organizzazione economica, basata sulla curtes, di proprietà di un feudatario o di un monastero, prevedeva che le terre del feudo fossero suddvise tra i coloni e che ciascuno di essi dovesse un canone fisso, il che espone il solo coltivatore ai rischi di mancata produzione mentre assicura ai proprietari una rendita fissa (e pure arbitraria). Se si proietta nel tempo un simile sistema l’unica soluzione è che i contadini vengano tenuti al mero livello di sussistenza come fossero schiavi pur senza esserlo. Se il feudatario fissa il canone (se è libero di farlo lo fa certamente) in base ad un annata di buon raccolto, negli anni di carestia il colono non riesce a pagare il dovuto e contrae debiti con il feudatario stesso che pagherà con prestazioni lavorative gratuite, le corvéé. Il feudatario rinuncerebbe a qualcosa solamente se vedesse i coloni stremati rischiare la morte per fame, cosa che sarebbe un danno anche per il feudo e per lui stesso. Il fatto che si dovesse vincolare per legge il colono alla terra la dice lunga sulle scarse possibilità di rimpiazzare la forza lavoro. Dunque l’equilibrio è il reddito di pura sussistenza, esattamente come per gli schiavi.
Notiamo come i dati del monastero, sopra riportati siano peggiori di quelli riportati da Columella e attestino eroei compresi tra il 2,1 e il 3,1. Eppure l’area di Reggio Emilia cui si riferiscono è, dal punto di vista agricolo, sicuramente ottimale e, nel medioevo, una delle zone più ricche d’Europa.   Se ci facciamo ancora guidare dalla relazione tra eroei e redistribuzione ipotizzata nel precedente post, spiegheremmo benissimo la caduta di complessità della società altomedioevale rispetto alla civiltà antica classica. Ho argomentato altrove che la gigantesca crisi del mondo antico classico tra il III e V secolo, risoltasi nella caduta dell’Impero Romano fosse dovuta ad una crisi agricola e dunque energetica con calo delle rese causato dal depauperamento del manto boschivo (e relativo dilavamento del suolo), lo sfruttamento intensivo e l’indisponibilità di concimi (ancor oggi in alcune società arretrate in aree deforestate i rifiuti animali non vengono utilizzati come fertilizzanti ma essiccati e bruciati come combustibili). La popolazione calò, la complessità sociale si ridusse, gli stati divennero più piccoli e più poveri rinunciando ad ogni forma di redistribuzione, il potere centrale doveva venire a patti con i feudatari per ricevere i tributi. Le basse rese agricole avevano imposto un modello economico chiuso e asfittico dominato dalle figure legate alle gerarchie feudali: vassalli, valvassori, valvassini. Una piramide il cui unico scopo era raccogliere le poche risorse disponibili nel modo più capillare ed economico possibile e convogliarle verso l’alto, al costo di dover negoziare ad ogni gradino.
Nel basso medioevo la situazione migliorò, come testimoniato dall’aumento di popolazione. Gli avanzamenti tecnologici permisero innovazioni come la rotazione triennale o quadriennale, l’aratro a versoio, la trazione pettorale anzichè iugulare, che aumentarono l’eroei agricolo. Dal punto di vista sociale si vede il rafforzarsi delle monarchie nazionali ai danni della nobiltà e l’ascesa delle borghesie, ma certamente il salto maggiore nella disponibilità energetica si ha con lo sfruttamento delle fonti fossili delle quali parleremo più diffusamente in un successivo articolo.

(fine parte 3 – continua)

Seminar: principi di funzionamento del KiteGen

Continua la pubblicazione dei seminar di KiteGen a cura dell’Ing.Andrea Papini. In questo capitolo è illustrato il principio di funzionamento del Kitegen Stem.

Per visualizzare la presentazione potrebbe essere necessario installare Adobe Shockwawe

Author: Ing.A.Papini

Kitegen è su Canaleenergia

Canaleenergia, il portale web del Gruppo Italia Energia, che pubblica anche QE – QuotidianoEnergia , dedica uno spazio a KiteGen nella directory delle aziende specializzate in innovazione del settore energetico, con intervista al sottoscritto e presentazione video.

Eolico d’alta quota secondo David North (NASA)

Image credit phis.org: The system developed at Langley flies a kite in a figure-8 pattern to power a generator on the ground
Scritto da Andrea Papini ed Eugenio Saraceno

Come i nostri lettori sanno uno dei team più blasonati nel settore eolico d’alta quota è quello della NASA, che presso il Langley Resarch Center in Virginia sta sviluppando un progetto.  Secondo quanto afferma David North, ingegnere del team, in un articolo riportato da phis.org:
“la maggior parte delle turbine a torre sono circa 80 a 100 metri, che sono “pateticamente basse rispetto allo strato limite della Terra”. Lo strato limite è dove l’attrito dalla superficie terrestre mantiene il vento relativamente lento e turbolento. Il punto debole dell’energia eolica inizia al di sotto dei 2000 piedi (circa 600 m). A quella quota, per utilizzare il vento per produrre energia elettrica, si dovrebbe costruire una torre a turbina più alta dell’Empire State Building. Oppure si può far volare un aquilone.”
Il centro di ricerche Langley è l’unico che ha lasciato anche i sensori a terra. Questa scelta deriva da un’estremizzazione della semplificazione del controllo di volo, possibile grazie alla consapevolezza di non dover creare un prodotto commerciale. In sostanza il kite viene “osservato” dalla telecamera di un sistema di controllo basato su una tecnologia di riconoscimento forme, simile a quelle adottate da alcuni videogiochi con cui si può interagire mediante i movimenti del corpo (es. MS Kinetics).
Possiamo dire che ultimamente, oltre a KiteGen, altri gruppi di sviluppo hanno dichiarato di esser riusciti ad eseguire il controllo automatico dei kite:
Nasa Langley (A MARZO).
TuDelft (A GIUGNO)
(oltre ad almeno almeno altri 5 gruppi che stanno ancora lavorando)
Tuttavia solo KiteGen e SkySails sono ad oggi in grado di fare anche il decollo e il “fermo macchina” in automatico.
Ci fa piacere rilevare che alcuni concetti su cui KiteGen insiste da anni, ora vengono ripetuti dalla NASA:
- Far volare solo kite riduce il peso (e quindi il costo) del generatore;
si fanno volare solo i tip delle attuali pale eoliche che sono le parti del rotore che producono il 90% dell’energia totale.
- La potenza dipende dal cubo della velocità e quindi conviene fare kite ad alta efficienza (contrariamente a quanto sviluppato da Skysails).

Eroei e redistribuzione

Nel precedente articolo della serie Storia energetica della civiltà ho parlato di benessere medio perchè se in un mondo ideale tutti i fattori della produzione beneficiano pro quota di un miglioramento di efficienza, esiste ovviamente un problema politico di redistribuzione, in qualche modo anch’esso è legato all’eroei. Immaginiamo una civiltà che ha accesso ad una data fonte energetica e ad un insieme di tecnologie per sfruttarla.  Se l’eroei della fonte di cui si dispone, mediante le migliori tecnologie di estrazione è sufficientemente alto vuol dire che con piccole quantità di fattori di produzione ovvero lavoro e capitale si ottengono grandi risultati in termini di produzione. Tale vantaggio si suddivide tra capitale e lavoro secondo i rapporti di forza intercorrenti nel contesto storico in cui avviene la trasformazione economica indotta dall’adozione della nuova fonte energetica, ma è indubbio che avendo a disposizione una torta più grande da distribuire, anche la parte più debole può ottenere con minore sforzo un miglioramento delle condizioni economiche. Soffermiamoci su due esempi in diverse epoche storiche e con livelli di tecnologia molto diversi: la Roma repubblicana e la rivoluzione industriale.

Roma repubblicana è una civiltà dell’antichità la cui fonte di energia è l’agricoltura.  La fonte agricola è comune a tutti gli altri popoli antichi ma, per ragioni che legherei alle capacità organizzative ed alla posizione strategica nella penisola e nel mediterraneo la Civiltà Romana ottiene un vantaggio naturale che consente di prevalere su alcuni popoli vicini. Oltre a questo vantaggio naturale i romani si applicano a migliorare notevolmente l’eroei della loro fonte energetica conseguendo il vantaggio definitivo che consente di soggiogare gran parte dei vicini. L’antica Roma repubblicana è la prima società che applica lo schiavismo in maniera scientifica ed a livelli mai visti prima.   E’assodato che in precedenza nessuna civiltà aveva mai gestito tali masse di schiavi e deportazioni così consistenti di prigionieri su distanze paragonabili; persino nell’antico Egitto i Faraoni ricorrevano a lavoratori coatti, ma di stato libero e salariati, per la costruzione delle grandi opere.  Nel lavoro agricolo a fronte dell’energia ottenuta dai prodotti della terra si ha una spesa energetica in termini di sementi (per le coltivazioni di cui si consumano i semi) ma principalmente in termini di lavoro di uomini e animali.  Abbiamo chiarito che il lavoro incorpora l’energia che il lavoratore consuma in termini di prodotti e servizi.  Nel caso dello schiavo l’energia a disposizione del lavoratore viene minimizzata fornendo un vitto di pura sussistenza e i minimi beni di consumo strettamente necessari a sopravvivere e svolgere le mansioni.  La riduzione dell’input energetico fornito allo schiavo ha come effetto il miglioramento dell’eroei del prodotto agricolo. La Civiltà Latina ci ha lasciato numerosi testi in cui il processo produttivo agricolo è sufficientemente dettagliato da poter calcolare che nei latifondi di età imperiale la produzione energetica sotto forma di granaglie rendeva fino a 5 unità energetiche per ciascuna unità investita.  Per brevità riporterò i calcoli in un successivo articolo in cui stimeremo l’eroei delle fonti energetiche disponibili per diverse civiltà.   La Civiltà Romana dispone in buona sostanza di prodotti agricoli a  costo più basso delle civiltà sue contemporanee, cioè una fonte energetica ad eroei più alto.  Può raccogliere più tributi, dotarsi di migliori infrastrutture e mobilitare eserciti più grandi, migliorando il successo delle campagne militari ed ottenendo nuovi territori (ovvero giacimenti di energia agricola) e altri schiavi per sfruttarla con alte rese.  In tale contesto l’arcaica divisione della società romana tra patrizi e plebei viene sconvolta.  Il ceto patrizio, iniziale beneficiario dei miglioramenti nell’eroei agricolo, mediante la creazione di latifondi condotti con lavoro schiavile, deve fronteggiare le crescenti rivendicazioni, anche violente, della classe plebea che ottiene via via maggiori diritti e tutele giuridiche. La ricchezza proveniente dai tributi viene redistribuita su classi sociali sempre più ampie mediante l’intervento dello stato, che diviene sempre più pervasivo, con distribuzioni gratuite di derrate alimentari al popolino, miglioramento dell’igiene pubblica (terme gratuite ed acqua alle fontane accessibile a tutti), miglioramento della viabilità (strade e ponti senza pedaggio) ed infine svago gratuito per tutti con i giochi circensi e le gare di bighe.  Evidentemente alla classe dominante, che controllava anche le maggiori istituzioni (senato, consolato) costava meno rinunciare ad una parte dei privilegi e delle ricchezze, redistribuite mediante i servizi pagati con i tributi versati dai ceti abbienti allo stato, pur di conservare la pace sociale che sostanzialmente perpetua lo statu quo. Questi vantaggi erano ovviamente riservati ai cittadini romani a spese degli schiavi e delle popolazioni sottomesse, ma è pur vero che nel tempo la cittadinanza romana venne conferita ad un numero sempre maggiore di popoli fino al terzo secolo in cui con l’editto di Caracalla divenne universale. Con il peggioramento delle rese agricole, dovuto al troppo sfruttamento della terra indotto dallo schiavismo “scientifico” ed al depauperamento del manto boschivo su tutto il bacino del Mediterraneo, oltre alla raggiunta impossibilità “geografica” di espandersi su nuovi territori adatti all’agricoltura del tempo, la civiltà romana perse il vantaggio competitivo acquisito (ho trattato la tematica in questo articolo) ed i miglioramenti del tenore di vita ottenuti dalle classi sociali basse si ridussero anche in funzione dell’aumentato numero di popolazioni che ottenevano la cittadinanza, fino ad annullarsi nella servitù curtense che accomunò la grande maggioranza della popolazione dal IV secolo.  Da dati disponibili per l’età altomedioevale si presume che le rese del prodotto agricolo dovettero ridursi.  Dai libri contabili di alcuni conventi di area padana, dunque posizionati in regioni fertili ed adatte all’agricoltura, sembra che le annate fossero considerate buone quando si ottenevano 3 unità a fronte di una investita.  Queste analisi possono avvalorare considerazioni energetiche sul mutato contesto sociale del mondo medioevale rispetto a quello classico.   Il mondo classico, con il supporto di una fonte energetica sfruttata con alto eroei, aveva avviato un percorso di inclusione sociale in cui anche le classi indigenti potevano aspirare ad essere mantenute dall’annona e persino per gli schiavi era definito un percorso verso la libertà e l’inclusione.  Il mondo altomedioevale appare più statico.  Possiede le stesse tecnologie disponibili in epoca classica ma soffre di una mancanza di risorse che rendono incapaci i potentati medioevali di qualsiasi politica redistributiva.  Anzi gli stessi regnanti sono descritti spesso in difficoltà economica per l’incapacità di raccogliere sufficienti tributi e sono sempre in lotta con i loro stessi vassalli i quali non ambiscono altro che ottenere privilegi ed esenzioni.   Il modello economico piramidale di sfruttamento agricolo feudale, basato sulla servitù della gleba è efficiente dal punto di vista dello sfruttamento della base della piramide perchè ciascun servo deve un tributo al signore ed inoltre produrre per la propria sopravvivenza, ma lo è meno nel flusso e nella concentrazione delle risorse verso l’alto sia perchè le risorse sono talmente scarse che vengono assorbite già nei gradini inferiori, vuoi perchè alcuni vassalli potrebbero decidere di intercettare più del dovuto indebolendo i signori del livello superiore e favorendone la frammentazione.  Per quanto concerne le politiche di redistribuzione solamente l’ultimo gradino della piramide feudale è in grado di attuarle quando può (es.concessione di privilegi a città o monasteri), i gradini intermedi non ne hanno alcuna convenienza in quanto subiscono la pressione tributaria dei livelli superiori e possono fronteggiarla tanto più efficacemente quanto maggiormente riescono a concentrare potere e risorse.

Nel corso del medioevo si hanno alcuni avanzamenti tecnologici (quali il miglioramento dell’aratro e la trazione pettorale che permisero arature più profonde e meno costose, la rotazione triennale che ridusse la superficie a riposo dei terreni da 50% a 33%) che consentono di spezzare la struttura feudale: il miglioramento produttivo indotto investe il gradino più alto della piramide con maggiori risorse e permette ai monarchi di disfarsi dei vassalli sostituendoli con burocrati.  E’lo stato assolutistico nazionale che consente la formazione di potenti borghesie produttive e mercantili che da un lato erodono i vecchi privilegi di chiesa e nobili, dall’altro chiedono al monarca minore pressione normativa e fiscale.  Con la scoperta delle Americhe e l’avvio della colonizzazione alcuni stati nazionali si rinforzano talmente da avviare un processo che sfocia nell’ancor più radicale mutamento sociale indotto dalla rivoluzione industriale e dallo sfruttamento dei combustibili fossili ad alto EROEI.  In quasi tre secoli di storia il pianeta è stato letteralmente sconvolto, anche a livello sociale.  L’immensa disponibilità di energia da carbone era nota fin dall’antichità ma vi erano alcune problematiche che avevano impedito lo sviluppo di questa fonte energetica, in primo luogo il carbone superficiale, di facile estrazione non era disponibile ovunque, richiedendo un onerosissimo trasporto, estrarre a maggiore profondità non era possibile (in particolare prima dell’invenzione della pompa e delle lampade di sicurezza le gallerie erano sottoposte ad allagamenti ed esplosioni).  Per tutta l’antichità ed il medioevo la fonte di energia più economica e diffusa fu il legname.  La disponibilità in situ, nonostante il minor potere calorico del legno a parità di massa rispetto al carbone, eliminava la necessità di lunghi trasporti, che come ovvio, oltre certe distanze, annulla il vantaggio del carbone rispetto alla biomassa in termini di eroei.  Le condizioni favorevoli per la nascita della civiltà industriale si verificano in Inghilterra nel XVIII secolo.  La disponibilità di carbone superficiale a breve distanza dal mare o da fiumi navigabili è l’interruttore che ne consente lo sfruttamento, complice anche la diffusa deforestazione che affliggeva l’isola.  Oltre agli usi energetici il legname era infatti sovrautilizzato per la costruzione ed in particolare per le flotte, che dovevano competere, pena la fine dello stato nazionale inglese, con quelle imperiali spagnole e con le olandesi, per tacere delle francesi.  La macchina a vapore con l’applicazione ferroviaria e come pompa della stessa risolve definitivamente le problematiche che impedivano l’utilizzo diffuso del carbone come fonte di energia.   Il carbone poteva essere estratto sempre a maggiori profondità e trasportato al costo di una piccola frazione che veniva consumata per la trazione.  Inoltre consentiva migliori lavorazioni siderurgiche, disponibilità di forza motrice per sostituire in parte e poi sempre più diffusamente la forza lavoro dei campi e negli opifici.  Le macchine, nuove schiave a vapore, abbassano progressivamente il costo di produzione e trasporto di cibo ed altri beni innescando da un lato la riduzione della necessità di forza lavoro agricola e l’inurbamento di grandi masse di ex contadini che trovano impiego nelle nascenti industrie.  L’aumento della popolazione è un chiaro indicatore del miglioramento delle condizioni alimentari e sanitarie.  Le condizioni di lavoro operaio potevano essere dure quanto si vuole, ma l’aumento della popolazione nelle nascenti economie industriali indica che i salari erano sufficienti alla sussistenza delle famiglie ed anche all’accesso a rudimentali presidi sanitari e cure mediche che non erano disponibili a tutti in un contesto dominato da un’economia prevalentemente agricola basata sul lavoro delle braccia.

La presa di coscienza delle masse lavoratrici dello squilibrio tra prodotto creato per i padroni industriali e reddito destinato ai salari innescò una dialettica politica e sociale che con alterne vicende ha consentito il miglioramento delle condizioni economiche delle classi lavoratrici a fronte di lotte e rivendicazioni anche dure e dolorose.   Il miglioramento della tecnologia e lo sfruttamento di fonti energetiche con eroei sempre più alti (il carbone ha eroei tra 80 e 20 in base alla tipologia di miniera, il petrolio ebbe eroei anche intorno ai 100 barili estratti a fronte di una spesa energetica di 1 barile, attestati nei primi giacimenti superficiali nel mid-west USA negli anni ’30) consentì una tale riduzione dei costi di produzione dei beni di consumo che gli stessi industriali reputarono di poter allargare immensamente il bacino di mercato dei propri prodotti rendendoli accessibili ai redditi degli operai (si ricordi il pensiero di H.Ford riguardo al popolare modello Ford T che doveva essere accessibile alle tasche anche del lavoratore Ford meno retribuito).

La trasformazione sociale indotta da tali cambiamenti fu un crerscendo, i paesi sviluppati istituirono i sistemi di welfare come la sanità e le pensioni, tutte volte a redistribuire a tutti i cittadini parte del valore dei beni e servizi prodotti, raccolta tramite tassazione.

Il legame tra accesso a fonti energetiche ad alto eroei e modello sociale “generoso” di redistribuzione basato sul welfare è ancor più manifesto se osserviamo che lo stato ormai permanente di crisi economica, accompagnato da severi tagli del welfare avviene in concomitanza con la riduzione dell’eroei delle nostre fonti energetiche, testimoniato inequivocabilmente dagli stabili aumenti di prezzo dell’energia.  Prezzi guidati verso l’alto anche per indicizzazione a quello del petrolio che essendo la più utilizzata e versatile tra le fonti energetiche (consente trasporti a costo inferiore di tutte le altre fonti) è di riferimento per tutte le fonti di energia ed è anche quella che più rapidamente sta riducendo il suo eroei (oggi stimata tra 20 e 10).

Siamo una civiltà che affronta il declino dell’eroei della sua principale fonte energetica.  Il nostro lavoro vale sempre meno energia, quindi possiamo consumare sempre meno prodotti e servizi a parità di energia incorporata e dunque siamo progressivamente più poveri, l’economia e i consumi ne risentono, il gettito fiscale si riduce ed il welfare lo segue.  Chi possiede il debito si chiede se rientrerà, chi può specula su questo stato di cose.  La conclusione di questa analisi è che dal punto di vista del welfare e della redistribuzione la ricerca di fonti alternative al petrolio è vana se l’eroei di tali fonti non è sufficientemente alto.   Si parla in alcuni studi di eroei minimo di mantenimento della civiltà intorno al 10 ma non si è approfondito quale sarebbe il modello sociale prevalente in una società che si basa su fonti energetiche con tali caratteristiche.  Per quanto qui illustrato il fattore energetico indurrebbe profonde trasformazioni sociali la cui costante sarebbe la proporzionalità tra livello di inclusione e mobilità sociale misurabile con un indice del tipo Gini, e livello di eroei delle risorse energetiche disponibili.  Il modello economico Sogno Americano di benessere e diritti per tutti non è altro che un effetto del poter disporre di 100 barili di petrolio a fronte di uno investito mentre l’incubo del Ritorno al Medioevo altro non è che l’impossibilità di espansione ed inclusione economica per una civiltà che fronteggia un impoverimento delle proprie risorse.

Spesso il declino energetico e dunque economico che sta affliggendo il pianeta viene letto in chiave escatologica come fenomeno positivo che livellerà tutte le iniquità e saremo più poveri ma più felici; si smetterà di utilizzare le automobili ed andremo in bicicletta, mangeremo cibi biologici e non ci saranno più centrali a carbone ma avremo tutti il fotovoltaico sul tetto alla faccia delle major petrolifere e dei grandi distributori di energia elettrica.

La realtà delle cose è certamente più cruda alla luce dell’analisi su eroei e redistribuzione.  Non potrà esistere qualcosa come più poveri ma più felici, e nemmeno il livellamento delle iniquità.

Il sistema economico reagisce all’impoverimento energetico con l’accentramento delle risorse togliendo ai ceti più deboli non solo le risorse economiche ma anche le forze per ribellarsi.  I conflitti sociali volti ad una migliore redistribuzione sono una costante dei periodi di espansione o ripresa economica e sono quasi assenti nei periodi di crisi.  L’aumento del costo dell’energia non significherà l’abbandono della produzione energetica centralizzata a favore della distribuita, ma che essa sarà riservata prevalentemente ai più ricchi e dunque il sogno della distribuzione democratica dell’energia mediante generazione distribuita rimarrà tale poichè sempre più ristrette saranno le classi sociali che potranno permettersi di esercire tali tipi di impianti a mò di status symbol.  Per gli altri ci sarà il carbone o il buio ed il freddo.  Non si abbandoneranno le automobili per l’alto costo del petrolio, saranno riservate alle classi più benestanti ed alimentate con risorse energetiche sempre più costose e distruttive per l’ambiente.  I cibi biologici autoprodotti saranno una bella soddisfazione per chi avrà la disponibilità di terreno.  Per gli altri ammassati nelle città vi saranno cibi ogm o la fame a meno che non si pensi che pochi ettari di verde cittadino adibito ad orti possano sfamare milioni di abitanti.

Noi alla KiteGen stiamo lavorando per scongiurare questo scenario.  Se vinceremo la sfida di rendere disponibile una tecnologia in grado di fornire energia rinnovabile ad alto eroei ed a costo più basso del carbone avremo fornito all’umanità uno strumento per migliorare il proprio livello di benessere ed aspirare ad una migliore redistribuzione senza inquinare l’ambiente in modo insostenibile.  Certo sarà necessario un altissimo livello di consapevolezza ambientale ed ecologica per far si che le generazioni che avranno la disponibilità di un così immenso giacimento di energia nobile non lo sfruttino in modo distorto aumentando la pressione sugli ecosistemi e distruggendo il suolo con nuovo cemento ed asfalto ma, a parte il fatto che questa distruzione sta avvenendo comunque per tentare di mantenere in vita l’attuale insostenibile modello economico, ciò che ci fa sperare positivamente è l’alto eroei con cui è possibile sfruttare la fonte eolica troposferica.   Se il modello eroei/redistribuzione è corretto possiamo ipotizzare una forma di civiltà superiore, altamente consapevole delle dinamiche ecologiche del pianeta, ed in grado di rispettarle poichè può provvedere ai bisogni umani con un impatto ambientale minimo ma approfondiremo questi ragionamenti in un successivo articolo.

(fine parte 2 – continua)

L’accumulo di energia secondo KiteGen

Una, come sempre, ottima analisi di Domenico Coiante fa il punto sulle rinnovabili e le necessità di accumulo giornaliero e stagionale.

Sembra la buona occasione per introdurre e chiarire la opportunità che offre in questo ambito la più grande sorgente in assoluto di energia concentrata disponibile sul pianeta, l’eolico troposferico.

Il grafico qui mostrato proviene dal volume della sezione metodologica dell’atlante dei venti di alta quota di Cristina Archer e Ken Caldeira, si tratta di una rappresentazione sofisticata che esprime una sorta di confronto competitivo o collaborativo tra i possibili sistemi di accumulo tradizionali, e l’opportunità di sfruttare l’accumulo naturale di energia nel regime stazionario del vento geostrofico, con un accorgimento per arrivare ad una disponibilità anche del 99,9%, ovvero 8751 ore l’anno garantite,  nettamente superiore alle fonti termoelettriche tradizionali e al nucleare.

Consiglio di dedicare il tempo sufficiente per decifrarlo sul documento originale poichè le implicazioni sono di estrema importanza. Su questo grafico sono state aggiunte le indicazioni di esempio riferite ad un KiteGen da 3MW nominali per rendere più facilmente comprensibile la logica. Le macchine KiteGen Stem per aderire all’esempio dovrebbero essere equipaggiate con ali di 150 mq con una efficienza aerodinamica equivalente oltre 20. Le ascisse rappresentano la dimensione della batteria di accumulatori rapportata alla dimensione dell’impianto eolico troposferico.

I venti che avvolgono il pianeta possono essere considerati come una colossale “flywheel” di accumulo energetico. L’atmosfera possiede una massa totale di 5 milioni di miliardi di tonnellate, 5*10^18 kg, che scorrono con una velocità media tale da portare il totale dell’energia accumulata a 100.000 TeraWattOra. Per fornire un paragone questa cifra che corrisponde alle attuali necessità energetiche delle attività del genere umano per oltre un anno, ma con il vantaggio che questo imponente accumulo è perennemente ripristinato dalle dinamiche fototermiche di origine solare.

Mentre per il fotovoltaico è necessario dispiegare sul territorio i pannelli che raccolgono minuziosamente l’energia diffusa, il KiteGen invece,  è la presa di forza di questo grande “pannello fotovoltaico fotomeccanico” già naturalmente costituito e mantenuto dall’atmosfera stessa. Questo pannello ha raccolto l’energia in forma cinetica, che è una forma nobile, ed è a disposizione per l’efficiente conversione elettrica.

Su uno specifico sito terrestre, nell’esempio nei pressi di NewYork, il generatore KiteGen può raggiungere e prelevare energia da questo flusso, con la probabilità di trovarlo sufficientemente potente per produrre energia alla potenza nominale  per il 68% del tempo,  un equivalente già strabiliante di circa 6000 ore annue.  Tuttavia vi è una limitazione, che non dipende dal flusso del vento che si affievolisce ma semplicemente dal fatto che cambia ciclicamente ed erraticamente latitudine.

Allora qual’è l’idea che il grafico esprime per spingere l’eolico troposferico fino ad una probabilità  del 95% di disponibilità o addirittura ad un 99,9%?  Abbastanza semplice, sono necessari due generatori dislocati sul territorio ad una distanza sufficiente da averne almeno uno investito dal flusso del vento. I due generatori sono da considerare come un unico sistema che produrrà il doppio del necessario per il 68% del tempo, ma che darà una garanzia di erogazione al valore nominale di uno  (e che ovviamente costeranno il doppio).

Nel grafico viene fatto il confronto con equivalenti ed ipotetici sistemi di accumulo elettrico, per ottenere lo stesso risultato dei due generatori distanziati.

Se assumiamo un costo dell’accumulo elettrochimico di 1 €/Wh, un punto che ho evidenziato nella figura (b) suggerisce 34,5 MWh,  quindi  34,5 milioni di euro per le sole batterie di accumulatori necessarie per assolvere al servizio di portare la disponibilità al 95%:  un costo nell’ordine di grandezza di oltre 10 volte rispetto alla brillante idea di avere una distribuzione sul territorio di generatori troposferici.

Cosa si ricava da queste riflessioni?:

1) l’intermittenza di erogazione che affligge l’eolico convenzionale ed il fotovoltaico può essere brillantemente superata con l’eolico troposferico;  attribuire al termoelettrico l’esclusiva sul baseload non è più corretto.

2)Il bilancio economico di questo impianto doppio può farsi carico in scioltezza della ridondanza dei generatori poichè può contare su 68% + 68% + 32%  ore di disponibilità annua, che corrisponderebbero a 11560 ore/anno  equivalenti.

3) in caso di una sufficiente distribuzione territoriale di farms KiteGen Stem, o di KiteGen Carousel, queste riflessioni perderanno il loro specifico valore, in quanto l’effetto di ridondanza lo si ottiene intrinsecamente.

4) la ridondanza porterebbe ad avere un eccesso di produzione potenziale, ma  i KiteGen sono facilmente e velocemente modulabili mediante un coordinamento centrale, offrendo un preciso adeguamento alla curva di domanda.

5) il grafico si riferisce a NewYork, ma l’influsso orografico di rallentamento si affievolisce con i venti di alta quota, rendendo valido l’esempio per buona parte del globo.

II Open Day KiteGen – Reminder

Ricordiamo che Domenica 24 giugno 2012  è fissato il 2° OPEN DAY KITEGEN organizzato da SOTER, Società per la Transizione alle Energie Rinnovabili, con la collaborazione del Comune di Sommariva Perno (CN)

SOTER, in poche settimane di attività, riunisce già oltre 40 soci che stanno dando supporto economico e professionale.
La giornata OPEN DAY consentirà a tutti coloro che sono interessati a supportare il progetto Kitegen, o anche solo a saperne di più, di poter conoscere lo stato dell’arte e toccare con mano la tecnologia grazie ad una visita al test plant dove i progettisti risponderanno anche alle domande ed alle curiosità dei visitatori.

L’invito è rivolto in particolare a tutti coloro che, di fronte all’emergenza energetica, al riscaldamento globale e alla crisi economica, sentono il valore e l’importanza per l’ambiente e per il mondo della transizione alle energie rinnovabili e sono disposti a farsene carico personalmente. Kitegen è infatti il progetto tutto italiano che ha le potenzialità per produrre a basso costo grandi quantità di energia pulita e con bassissimo impatto ambientale e paesaggistico.

Nell’occasione SOTER illustrerà le ragioni del proprio impegno nel progetto, gli obiettivi che si propone e le iniziative in corso. Verrà anche presentato il piano industriale per la produzione del primo lotto di macchine.

Vi attendiamo per l’OPEN DAY.

Programma dell’evento.

L’incontro si terrà a Sommariva Perno (CN) presso la Sala della Biblioteca Civica in Piazza Europa e successivo trasferimento al test plant KiteGen

Ore 9.00/9.30 Arrivo dei partecipanti

Ore 9.30 Inizio presentazione progetto. Discussione.

Ore 11.00 Presentazione iniziativa SOTER. Domande/Risposte.

Ore 11.30 Termine presentazione in sede.

Trasferimento al test plant KiteGen (5 min) e visita all’impianto.

Ore 13.00 Termine dell’incontro e proseguimento libero

E’consigliabile annunciarsi, telefonicamente o per email asoter@kitegen.com

011 9415745

348 0194810

La tecnologia KiteGen presentata agli allievi del Master SAFE

Per il secondo anno consecutivo ho tenuto, alcuni giorni or sono, una lezione sulla tecnologia KiteGen agli allievi del master post laurea di alta formazione in Gestione delle Risorse Energetiche della SAFE - Sostenibilità Ambientale Fonti Energetiche.  Sono stato anch’io allievo dell’edizione 2005 del Master SAFE, che è diviso in 7  moduli didattici, di cui tre relativi alle filiere dell’ Oil&Gas, dell’ Energia elettrica e delle fonti rinnovabili.   Le lezioni tematiche coprono sia aspetti tecnici che economici e sono tenute da professionisti che lavorano con aziende, istituzioni accademiche, enti di ricerca, e autorità ed enti governativi del settore energetico.  Alcuni di essi, come me, furono allievi delle passate edizioni e non è raro, per me, incontrare in vari contesti del mondo energetico persone che si sono formate nel settore anche grazie a questo master.  Nella mattinata di lezione ho illustrato agli allievi i concetti relativi all’eolico d’alta quota e le soluzioni tecniche realizzate nell’ambito della tecnologia KiteGen.  Pochi di loro conoscevano il settore dell’eolico d’alta quota e penso di aver aperto loro una finestra su un settore innovativo che non potrà essere trascurato dai futuri professionisti del mondo dell’energia quali saranno.   E’certamente una caratteristica meritevole di SAFE l’attenzione rivolta all’innovazione ed alle tecnologie come KiteGen che hanno la potenzialità di rivoluzionare il settore energetico nel futuro.

Per chi fosse interessato segnalo che SAFE sarà presente al Festival dell’energia, che si terrà a Perugia dal 15 al 17 Giugno, organizzando interessanti appuntamenti sui temi di maggiore attualità che riguardano il settore dell’energia.  Qui i dettagli

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