Impressioni di un Tecnico

Come potete vedere dal widget a lato sinistro dello schermo, dopo un periodo di pausa e grazie all’adozione di un nuovo plugin, sono tornato a scrivere post in Italiano e in Inglese. Se notate errori di ortografia o sintassi siete caldamente invitati a scrivermi per segnalarli. Intanto ascoltiamo i Beastie Boys

Beastie Boys- Sabotage

Mi prendo un momento di pausa e lascio il tema dei sistemi di accumulo dell’energia per parlarvi del nostro  Linux Day. Come sapete, forse per aver visitato il nostro sito o forse perché ve l’ho detto io ( ), il nostro LUG ha come scopo quello di associare persone dei comuni di Imola e Faenza: di conseguenza il nostro Linux Day ‘08 si articola su due eventi, uno da svolgersi in prossimità di Imola e l’altro a Granarolo Faentino. I contenuti dei due eventi sono gli stessi, quindi chi vuole intervenire può farlo presso la sede che gli è più comoda: potete verificare le sedi presso il sito sul Linux Day dell’ILS (Italian Linux Society). Tra qualche giorno, quando avremo precisato gli interventi, vi dirò di più . Poi voglio rivelarvi qualcosa a riguardo al tema di una serie di post futuri: proverò a trattare del tipo di residui prodotti da centrali termoelettriche e da centrali nucleari e della modalità della loro produzione. Questo perché ieri ho assistito all’intervento in un programa televisivo di un espertone che asseriva che una centrale nucleare è praticamente una pentola a pressione (si, avete letto bene!!! ).

In questo post descrivo i quelli che nel primo di questa serie ho impropriamente chiamato volani magnetici, ma che è corretto chiamare SMES (Superconducting Magnetic Energy Storage). Comunque voglio aggiungere un ultimo importante dettaglio a completamento dei precedenti post riguardanti le batterie ricaricabili: esiste il SUBAT (SUstainable BATteries), uno studio finanziato dall’Unione Europea e terminato nel 2004, i cui risultati sono stati resi disponibili al pubblico. Questo studio riguarda da una parte la valutazione della possibilità di mantenere o meno il cadmio nelle batterie per uso su veicoli a tecnologia End-of-life (tecnologia obsoleta o in via di obsolescenza), e dall’altra la valutazione degli aspetti tecnico, ambientale ed economico delle tecnologie applicate per la costruzione di batterie commerciali o sperimentali. Ma passiamo al tema di questo post.
Costruttivamente lo SMES è un induttore con nucleo magnetico e avvolgimento superconduttivo: è quindi necessario disporre di un criostato, vale a dire di un contenitore che sia adatto a mantenere al suo interno temperature criogeniche, e di un cryocooler, vale a dire un sistema di refrigerazione che riesca a raggiungere tali temperature. Perché il sistema deve essere superconduttivo? Perché l’energia immagazzinata nello SMES dipende in maniera quadratica dalla corrente circolante: se questa corrente diminuisce progressivamente a causa della resistenza dell’avvolgimento, si perde energia. La presenza di un refrigeratore implica comunque un certo consumo di energia, ma il risparmio  che si trae dall’uso di un superconduttore è nettamente superiore, e quindi si accetta questo tipo di soluzione come una necessaria caratteristica tecnica: l’efficienza energetica dell’apparato raggiunge il 97-98%, che è il valore più alto tra i sistemi di accumulo di energia visti fino ad ora. Sfortunatamente, dal punto di vista dell’energia specifica (misurata in Wh/kg) e della potenza specifica (misurata in W/kg) così come definite nei precedenti post di questa serie, lo SMES è il fanalino di coda: nei riferimenti citati viene fatta questa asserzione ma non vengono dati i valori (!), nemmeno gli ordini di grandezza a scopo comparativo. Ma è comunque chiaro il perché sia così: la densità di energia immagazzinata dipende dall’intensità del vettore induzione magnetica B (misurato in weber/m²) presente all’interno del nucleo magnetico e per massimizzare questa quantità si devono usare materiali ferromagnetici, pesanti e voluminosi. E’ quindi anche chiaro che densità di energia e potenza dipendono dalla precisa realizzazione tecnologica di questi dispositivi, per cui dare dei valori tipici è commettere una imprecisione. E ora, noto tutto questo, acoltiamoci gli Steppenwolf:

Steppenwolf – Born to be Wild

Viste le premesse illustrate brevemente nel precedente post, inizio con l’elencarvi quali sono attualmente le possibili scelte in ambito di batterie ricaricabili per uso in sistemi per la produzione di energia elettrica. Partirò dalle tecnologie più tradizionali per arrivare a quelle di più recente introduzione: nel seguito si parlerà di energia specifica, misurata in Wh/kg, per quantificare l’energia che può essere immagazzinata dalla batteria in esame, potenza specifica, misurata in W/kg, per quantificare la potenza massima da essa erogabile, e efficienza energetica, per quantificare il rapporto tra l’energia erogata e l’energia assorbita durante il procedimento di carica

• Batterie al piombo: sono le batterie tradizionalmente impiegate nelle automobili. Grazie alla loro diffusione, sono molto economiche, praticamente completamente riciclabili ed hanno un livello di durata ed affidabilità molto alto, efficienza pari al 75-80%. Hanno però una bassa densità di energia e di potenza (rispettivamente 30-40 Wh/kg e 250 W/kg) e le prestazioni dipendono fortemente dalla temperatura di esercizio: queste caratteristiche ne rilegano l’uso in piccoli impianti di produzione isolati (un impianto tipico fornisce 500kW di potenza e 1MWh di energia).
• Batterie al nichel-cadmio:hanno un costo elevato dovuto essenzialmente al cadmio, che risulta essere molto tossico. Per questa ragione direttive europee ne sconsigliano fortemente l’uso: non è la tecnologia del futuro (almeno un questo ambito) per cui non è esaminata in dettaglio se non per notare che ha caratteristiche desiderabili quali resistenza ai sovraccarichi, alle condizioni operative avverse, energia e potenza specifica circa doppie rispetto alle batterie al piombo.
• Batterie al nichel-metallo idruro: nascono dalle batterie precedenti per sostituzione del cadmio con idruri metallici, vale a dire con metalli alcalini o metalli alcalino terrosi. Hanno efficienza energetica pari al 70%, densità di energia e potenza pari a 60-70Wh/kg e 350W/kg: sfortunatamente i materiali di costruzione, pur non essendo tossici, sono molto costosi. Inoltre queste batterie manifestano instabilità termica durante la carica, e quindi richiedono sistemi di controllo complessi.
• Batterie al nichel-zinco: hanno efficienza energetica di circa il 60% e densità di energia e potenza pari a 70Wh/kg e 300W/kg. Il costo dei materiali di costruzione è basso e hanno scarso impatto ambientale, ma rimangono dei problemi di durata e affidabilità dovuti all’instabilità dell’elettrodo di zinco.
• Batterie al litio: si tratta in realtà di una classe di batterie con caratteristiche simili. Sono caratterizzate da elevata efficienza energetica (tra l’88% e il 90%) e densità di energia e potenza pari a 120-180Wh/kg e 400W/kg. Nonostante presentino questi vantaggi dal punto di vista energetico, presentano una elevata non uniformità di caratteristiche elettriche (tensione nominale, carica accumulata, resistenza interna) che obbligano all’uso di sistemi elettronici complessi per il loro controllo e rendono problematica la costruzione di batterie di grosse dimensioni, dal punto di vista della durata e dll’affidabilità: in condizioni di estremo malfunzionamento possono incendiarsi (!!!! ).
• ZEBRA e batterie ad alta temperatura sodio-zolfo: sono batterie che richiedono elevate temperature di funzionamento interne (260°C per ZEBRA e 300°C per le batterie sodio-zolfo). L’efficienza energetica è elevata (85%) e parimenti lo sono la densita energetica e di potenza (120Wh/kg e 100W/kg). E’ necessaria la presenza di un apparato di gestione e controllo per la gestione termica e per la sicurezza d’uso.
• Batterie vanadio Redox e batterie zinco-bromo: sono batterie nate per uso come accumulatori energetici in centrali di generazione/distribuzione dell’energia elettrica. Sono costituite da due serbatoi contenente le soluzioni chimiche, e da una membrana che costituisce gli elettrodi del sistema. Hanno densità energetica e di potenza pari a circa 50Wh/kg e 60W/kg, e efficienza energetica che raggiunge l’85%: è una tecnologia in piena fase di sviluppo, che dal punto di vista del sistema ha diverse caratteristiche desiderabili, tra le quali la possibilità di carica meccanica, e una elevata sovraccabilità.

E per il momento ci fermiamo .

Oggi inizierò col parlarvi delle batterie ricaricabili, più correttamente chiamati “sistemi di accumulo elettrochimici”. L’articolo della Wikipedia in lingua Italiana offre una buona descrizione di tutte le tecnologie disponibili, con ricchezza di dati e particolari ma, come è giusto che sia per un articolo enciclopedico, descrive sia batterie di grandi dimensioni che batterie per applicazioni portatili. L’analisi delle possibilità di impiego in ambito energetico su larga scala porta a considerare le prime escludendo le ultime: inoltre quello che a noi interessa è una analisi costi-benefici relativa alla tecnologia di questi oggetti. Quindi ho ritenuto opportuno fare riferimento al numero di Maggio 2008 della rivista AEIT: in particolare all’ottimo articolo di Giuseppe Lodi. Queste sono le premesse: nei prossimi post vedro di svilupparle, ma ora ascoltiamoci Domenico Modugno

Domenico Modugno – Nel blu di pinto di blu (Volare)

Vi avevo parlato tempo fa di alcuni post di carattere tecnico che stavo preparando, dove avrei trattato aspetti legati al problema della produzione di energia elettrica, che è senza dubbio centrale nel mondo odierno: questo è uno di essi. Vi avevo già accennato ad uno dei problemi principali che si incontrano nell’uso delle centrali eoliche e delle centrali solari: la necessità di immagazzinare l’energia elettrica prodotta nei momenti di elevata disponibilità per utilizzarla distribuita in maniera uniforme durante l’intero arco della giornata. Il processo di immagazzinamento si può eseguire mediate due tecnologie fondamentalmente diverse:

1. Batterie ricaricabili
2. Volani magnetici o sistemi SMES (Superconducting Magnetic Energy Storage)

Descriverò nei post seguenti queste tecnologie, i loro punti di forza e le loro debolezze. Intanto ascoltatevi Travis ( )

Travis – Flowers In The Window

Questa domenica era festa parrocchiale in onore della Madonna: ne ho approfittato per mangiare e bere molto bene e poi fare una passeggiata, godendomi il tempo un po’ incerto. Poi rientrato a casa mi sono messo a giocherellare sul PC con Emacs e LaTeX: non c’è che dire, si tratta di una coppia veramente efficace per l’editing scientifico. Poi ho voluto provare Emacs con un programma di computer algebra gratuito e veramente potente: Maxima. Si tratta di un complesso sistema di algoritmi che può utilizzare diverse interfacce utente: una di queste configurazioni sfrutta Emacs e le sue capacità. Non c’è che dire, sono rimasto colpito: basta installare un pacchetto di configurazione e gnuplot (con il terminale opportuno per il vostro sistema operativo: per chi usa Linux come me, occorre cercarlo tra i pacchetti della distribuzione). Dopodiché basta inserire nella linea di comando di Emacs la sequenza Alt-x maxima (M-x maxima nella notazione propia di Emacs) e il gioco è fatto. Maxima è un programma interpretato, come lo Shell, per intenderci: ciò significa che può eseguire quello che gli chiedete a livello di linea di comando, ed in questo l’accoppiata con Emacs è molto efficace: può però eseguire anche files, interpretati come sequenze di comandi. Mi riservo di parlarvene ancora e magari di creare un manuale minimo . Intanto guardatevi cosa sono riuscito a fare semplicemente copiando ( )

E visto che ci siete, ascoltatevi anche i Cherry Ghost

Cherry Ghost – “Mathematics”

…il Sole ha fatto capolino tra le nubi, illuminando la giornata con la luce dell’Estate: le nubi hanno poi ripreso il sopravvento, colorando il Cielo di un grigio acciaio cupo ma non triste. E’ in arrivo una nuova stagione… . Parlando di cose più pratiche, sul sito dell’ImoLUG potete trovare il resoconto finale del nostro intervento al Frogstock, e per quanto riguarda il manualetto minimo di Emacs, ho corretto alcuni errori di ortografia ( ). Dateci una occhiata e sappiatemi dire: intanto ascoltatevi Rui Veloso e Mariza

Rui Veloso e Mariza

…ho praticamente terminato il mio manualetto, quindi se volete fare un po’ la conoscenza di Emacs avete un minimo da cui partire. Proseguendo, potrete rivolgervi a manuali estremamente più completi, che trattano anche delle caratteristiche che Emacs offre a chi lo usa come editor per linguaggi particolari, come ad esempio il C e i più volte ricordati TeX e LaTeX. Proseguendo, finirò per riuscire a proporvi qualche altro post più tecnico… Intanto domani dovro lavorare un po’ in cucina perché dopo domani sarà avremo ospiti in casa: chissà, magari mi verrà voglia di proporvi qualcosa di gastronomico , ma intanto ascoltatevi i Metallica

metallica – nothing else matters

Ieri ho eseguito l’aggiornamento di Wordpress all’ultima versione disponibile: è stato un lavoro necessario perché ha corretto problemi inerenti alla protezione del blog. Avete visto il mio manualetto? E’ in fase di costruzione, ma spero che qualcuno possa già trovarci qualcosa di utile. Va be’, anche li mi devo impegnare un po’ di più .  In fase di costruzione sono anche alcuni post tecnici che ho in programma, e di cui, lo ripeto, non voglio anticiparvi nulla: posso solo dirvi che parleranno di materiali Hi-Tech che avranno o che hanno già una grande influenza modo di vivere comune. Ho girato moltissimo in bicicletta in questi giorni: oggi è stata una bella giornata e ne ho approfittato anche in tal senso. E con questo vi saluto ringraziandovi per la cortese attenzione.