\chapter{Produzione Energetica}
In questo capitolo si vuole introdurre la produzione energetica del Canada, di
\marginpar{\footnotesize In questo capitolo saranno presenti delle note a
margine per poter visualizzare la quantit\`a di energia prodotta.} come questo
paese sia ricco di risorse quali petrolio, gas naturali e carbone ma anche
dotata di una geografia interessante e sfruttabile per lo sviluppo e l'impiego
di variegati modi di produrre energia rinnovabile. Difatti si impegna a
investire ben 220 milioni di dollari in energia pulita ogni anno. Canada,
inoltre è uno dei più grandi paesi estrattori di uranio al mondo e sono i primi
ad aver costruito un prototipo di reattore nucleare funzionante. La produzione
di elettricità in Canada è più che abbondante questo li rende grossi esportatori
di energia all'estero, soprattutto con i loro vicini Statunitensi e Messicani
\cite{nrcan:nacei}. Infatti tra questi paesi si sono scambiati, solo nel 2015,
167 miliardi di dollari canadesi in prodotti energetici
\cite{nrcan:energymeeting}.

\section{Energia Rinnovabili}

\subsection{Energia Marina}
Il generatore di elettricità tramite onde sfrutta l'energia delle maree. 
Grazie alla luna le acque del mare vengono alzate e abbassate, muovendo una 
turbina che genera energia elettrica. Questo metodo è molto speciale poiché
paragonato agli altri metodi di produzione di energia, rinnovabili e non, 
sono tutti collegati col sole, ad esempio la turbina eolica genera elettricità 
dal vento, che a sua volta viene formato da dislivelli di temperatura causati 
dal sole. L'energia maremotrice, invece, è l'unica fonte che dipende dalla luna.
Le onde, invece, sono semplicemente acqua spostata dal vento, dal calore del
sole o da un dislivello, come fiumi o le onde che si infrangono sulla costa.
Tutta questa energia può essere sfruttata da delle turbine. 
I problemi di queste tecnologie è il loro elevato costo di
produzione e mantenimento. Siccome immerse in acqua salata, le turbine e la loro
infrastruttura sono soggette a corrosione, la difficoltà di collocazione, 
siccome per poter avere un profitto bisogna avere un punto in cui le maree siano
almeno tre metri di ampiezza. Infatti esiste solo un impianto che sfrutta le 
onde ed è l'Annapolis Royal, Nova Scotia operativa dal 1984 costruita sul fiume
Annapolis. Il totale degli impianti installati nel paese nel 2015 hanno 
apportato 12 milioni di kWh sottoforma di energia elettrica 
\cite{cansim:electricity}.
\[
\frac{12.82\cdot 10^6 ~kWh}{365~gg\cdot35.85\cdot 10^6~persone} 
    = 0.98\cdot 10^{-3} ~ \frac{kWh}{gg\cdot persona}
\]
Ci sarebbero luoghi migliori, quali la spiaggia di Fundy che se sfruttata 
porterebbe potenzialmente 50000 MW di energia o anche la spiaggia Cobequid dove
le onde arrivano fino a 14.5 metri.
\marginpar{
    \begin{tikzpicture}%
        \begin{axis}[
                % plot type
                ybar stacked,
                % size
                width=.6\linewidth,
                height=6cm,
                bar width = 1.2cm,
                % labels
                nodes near coords,
                enlargelimits=0.15,
                % axis
                scale only axis,
                axis lines=middle,
                ylabel={$\frac{Wh}{gg\cdot p} $},
                y label style={at={(-.5,1.15)}},
                % X values
                xtick = {1},
                xticklabels = {},
                % Y values
                ymin = 0,
            ]
            
            \addplot+[ybar,Fuchsia,fill=Fuchsia!25] plot coordinates {
                (1,0.98)
            };
        \end{axis}%
    \end{tikzpicture}%
}
\cite{canencyl:tidal}  Tutti impianti ancora
irrealizzabili al momento. Per queste ragioni la produzione con energia marina 
in Canada \`e dello 0.003\%.

\subsection{Energia Solare Fotovoltaica}
Il generatore elettrico a luce solare, o anche pannello fotovoltaico, genera
energia elettrica convertendo la luce solare in elettricità. Il pannello è
composto da celle che a loro volta sono costituite da due strati diversamente
drogati, uno positivamente e uno negativamente. Dove i due materiali si
incontrano si crea una zona neutra in equilibrio; Quando la cella viene colpita
da dei fotoni, questi ultimi sbilanciano l'equilibrio di potenziale causando il
rilascio di alcuni elettroni, dunque generando una corrente continua.
Successivamente attraverso un inverter si trasforma in corrente alternata, per
poter essere utilizzata come sostituto al comprare elettricità. Il vantaggio di
questa tecnologia è la sua capacità di sfruttare il sole, energia abbondante
ovunque, e di essere pure una soluzione domestica per produrre energia
elettrica. 
\marginpar{
    \begin{tikzpicture}%
        \begin{axis}[
                % plot type
                ybar stacked,
                % size
                width=.6\linewidth,
                height=6cm,
                bar width = 1.2cm,
                % labels
                nodes near coords,
                every node near coord/.style={
                    check for zero/.code={
                        \pgfkeys{/pgf/fpu=true}
                        \pgfmathparse{\pgfplotspointmeta-8}
                        \pgfmathfloatifflags{\pgfmathresult}{-}{
                            \pgfkeys{/tikz/coordinate}
                        }{}
                        \pgfkeys{/pgf/fpu=false}
                    },
                    check for zero
                },
                enlargelimits=0.15,
                % axis
                scale only axis,
                axis lines=middle,
                ylabel={$\frac{Wh}{gg\cdot p} $},
                y label style={at={(-.5,1.15)}},
                % X values
                xtick = {1},
                xticklabels = {},
                % Y values
                ymin = 0,
            ]
            
            \addplot+[ybar,Fuchsia,fill=Fuchsia!25] plot coordinates {
                (1,0.98)
            };
            \addplot+[ybar,Plum,fill=Plum!25] plot coordinates {
                (1,26)
            };
        \end{axis}%
    \end{tikzpicture}%

    \footnotesize
    All'istogramma dell'energia predente abbiamo aggiunto l'energia solare
    fotovoltaica. Per comprendere meglio quanto ogni energia rappresenta, i dati
    delle energie discusse precedentemente saranno sempre presenti sotto il
    nuovo blocco che viene aggiunto.
}
Il problema è l'elevato costo iniziale e la scarsa efficienza dell'impianto, sia
a causa dell'intermittenza del bel tempo, sia per l'inefficienza stessa del
metodo di produzione elettrica.  Purtroppo in Canada l'utilizzo di questo mezzo
di produzione energetica \`e ancora basso. Nel 2014 la produzione elettrica
solare fotovoltaica ha raggiunto un picco in capacit\`a installata di 1.84 GW
\cite{nrcan:energyfactsbook}.  Attualmente la produzione annua di energia solare
fotovoltaica ammonta a circa 340 GWh \cite{cansim:electricity}. Come per le
altre fonti di energia calcoliamo il valore pro capite.

\[
\frac{344.17\cdot 10^6 kWh}{365~gg\cdot 35.85\cdot 10^6~persone}
    = 26\cdot 10^{-3} ~ \frac{kWh}{gg\cdot persona}
\] 
Secondo l'agenzia governativa amministrativa \emph{NRCan} la produzione
energetica solare ha un attuale tasso di crescita del 13.8\%, un numero che non
tende ad aumentare.

\subsection{Energia Solare Termica}
I pannelli solari termici non vengono utilizzati per produrre elettricità ma per
riscaldare e raffreddare principalmente strutture come case. Come tutte le
tecnologie ci sono varie maniere per costruire questi collettori di calore
solare, ma il metodo più comune è quello del pannello che raccoglie il calore e
lo redistribuisce riscaldando dell'aria o dell'acqua, abbattendo così il costo e
l'utilizzo di moltissima elettricità che verrebbe sprecata per tali utilizzi. I
materiali utilizzati per questi pannelli sono facilmente riciclabili e non
tossici. Per soddisfare il fabbisogno di una casa basta uno o due di questi
pannelli, ma a dipendenza di dove ci si trova, per esempio al nord, servono
pannelli più grandi oltre a scaldare acqua o aria, la tecnologia solare termica
può anche essere utilizzata per raffreddare strutture trasformando aria o acqua
calda in fredda per poi climatizzare a dovere. Nel 2015 \`e stato stimato che da 
544'000 m\textsuperscript{2} di 
\marginpar{
    \begin{tikzpicture}%
        \begin{axis}[
                % plot type
                ybar stacked,
                % size
                width=.6\linewidth,
                height=6cm,
                bar width = 1.2cm,
                % labels
                nodes near coords,
                every node near coord/.style={
                    check for zero/.code={
                        \pgfkeys{/pgf/fpu=true}
                        \pgfmathparse{\pgfplotspointmeta-8}
                        \pgfmathfloatifflags{\pgfmathresult}{-}{
                            \pgfkeys{/tikz/coordinate}
                        }{}
                        \pgfkeys{/pgf/fpu=false}
                    },
                    check for zero
                },
                enlargelimits=0.15,
                % axis
                scale only axis,
                axis lines=middle,
                ylabel={$\frac{Wh}{gg\cdot p} $},
                y label style={at={(-.5,1.15)}},
                % X values
                xtick = {1},
                xticklabels = {},
                % Y values
                ymin = 0,
            ]

            \addplot+[ybar,Fuchsia,fill=Fuchsia!25] plot coordinates {
                (1,0.98)
            };
            \addplot+[ybar,Plum,fill=Plum!25] plot coordinates {
                (1,26)
            };
            \addplot+[ybar,RedViolet,fill=RedViolet!25] plot coordinates {
                (1,13)
            };
        \end{axis}%
    \end{tikzpicture}%
}
collettori solari in Canada sono stati generati 627'000 GJ di energia 
\cite{nrcan:renewables}. Questo quantitativo è sufficiente a soddisfare il 
fabbisogno annuale di energia usata per il riscaldamento dell'Europa che è di 
258 mtoe \cite{eea:energy} \cite{eea:households} cioè 1.08e4 GJ
\[
\frac{627~TJ}{365~gg\cdot 35.85\cdot 10^6~ persone}
    = \frac{174.17\cdot 10^6~kWh}{365~gg\cdot 35.85\cdot 10^6~ p}
    = 13\cdot 10^{-3} ~ \frac{kWh}{gg\cdot persona}
\]

\subsection{Energia Geotermica}
\marginpar{
    \footnotesize L'energia geotermica rappresenta una parte troppo piccola
    della produzione energetica totale, dunque non \`e rappresentabile nel
    grafico
}
La tecnologia per la produzione di energia geotermica \`e nata all'inizio del
ventesimo secolo in Italia grazie a Piero Ginori Conti di
Firenze\cite{pieroconti}. Questa tecnologia, come la maggior parte dei sistemi
di produzione di energia rinnovabili, sfrutta il vapore per alimentare una
dinamo che a sua volta produce corrente elettrica. I primi impianti infatti
sfruttavano geysers naturali per la produzione di vapore. Dal momento della sua
scoperta l'energia geotermica rimase poco popolare durante la prima met\`a del
novecento, fino all'arrivo della crisi del petrolio e dell'energia tra gli anni
'70 e '80. Con la rapida salita dei dei prezzi del petrolio causata
dall'embargo agli USA e all'Olanda, molti paesi compreso il Canada avviarono
delle ricerche per sfruttare la nuova risorsa. Purtroppo per\`o le ricerche per
lo sviluppo  furono abbandonate presto perch\`e il prezzo del petrolio si
ristabilizz\`o\cite{energycrisis}.

\subsection{Energia Eolica}
Il settore eolico \`e quel ramo della produzione di energia rinnovabile che, con
gigantesche turbine, produce elettricità direttamente dal vento.  Il vento è un
fenomeno fisico causato grazie al sole, siccome l'aria calda, che ha una densità
minore, tende a salire. L'aria fredda la rimpiazza e si forma un ciclo dove le
due correnti d'aria calda e fredda, l'irregolarità e la rotazione della terra
formano il vento. Tutti questi fattori rendono dei luoghi migliori di altri
quando si vuole collocare delle turbine.  Uno dei luoghi dove è più ideale
piazzare queste turbine è lontano dalla costa, nel mare. Poich\`e il vento è
molto forte e costante, lo spazio abbondante permette la costruzione di
multiple turbine che permettono la generazione di vaste quantità di elettricità.
Per questo la morfologia del Canada si presta molto bene. Infatti il Canada
dispone di circa 200'000 km di coste e la maggior parte di esse si trova fuori
da centri urbanizzati, evitando quindi che la costruzione di impianti su vasta
scala disturbi la popolazione locale. Ma se paragonato al resto del mondo la
capacit\`a di produzione energetica Canadese \`e minore di molti paesi come
Spagna o Germania. Secondo l'entit\`a di statistica \emph{CANSIM} nel 2015 la
produzione elettrica fornita da questi impianti \`e stata di a 17.11 milioni di
MWh \cite{cansim:electricity}. Quindi possiamo calcolare la produzione per
giorno pro capite nella maniera seguente:

\marginpar{
    \begin{tikzpicture}%
        \begin{axis}[
                % plot type
                ybar stacked,
                % size
                width=.6\linewidth,
                height=6cm,
                bar width = 1.2cm,
                % labels
                nodes near coords,
                every node near coord/.style={
                    check for zero/.code={
                        \pgfkeys{/pgf/fpu=true}
                        \pgfmathparse{\pgfplotspointmeta-.5}
                        \pgfmathfloatifflags{\pgfmathresult}{-}{
                            \pgfkeys{/tikz/coordinate}
                        }{}
                        \pgfkeys{/pgf/fpu=false}
                    },
                    check for zero
                },
                enlargelimits=0.15,
                % axis
                scale only axis,
                axis lines=middle,
                ylabel={$\frac{kWh}{gg\cdot p} $},
                y label style={at={(-.5,1.15)}},
                % X values
                xtick = {1},
                xticklabels = {},
                % Y values
                ymin = 0,
            ]

            \addplot+[ybar,Fuchsia,fill=Fuchsia!25] plot coordinates {
                (1,0.00098)
            };
            \addplot+[ybar,Plum,fill=Plum!25] plot coordinates {
                (1,0.026)
            };
            \addplot+[ybar,RedViolet,fill=RedViolet!25] plot coordinates {
                (1,0.013)
            };
            \addplot+[ybar,BrickRed,fill=BrickRed!25] plot coordinates {
                (1,1.3)
            };
        \end{axis}%
    \end{tikzpicture}
    \\
    \footnotesize \`E importante notare che \`e cambiata la scala da Wh a kWh.
}

\[
\frac{17.11\cdot10^6~MWh}{365~gg\cdot35.85\cdot10^6~persone} 
    = 1.308 ~ \frac{kW}{gg\cdot persona}
\]

In un contesto di produzione esclusivamente rinnovabile la produzione energetica
di impianti eolici si piazza terzo dietro a idroelettrico e biomasse.


\subsection{Energia Idroelettrica}
Gli impianti idroelettrici sfruttano l'energia potenziale gravitazionale,
accumulando dell'acqua e creando laghi artificiali che vengono periodicamente
svuotati facendo scorrere grandi quantit\`a di acqua attraverso delle turbine.
Questo mezzo di produzione di energia elettrica sfrutta il ciclo dell'acqua,
perci\`o non \`e destinato ad esaurirsi in alcun futuro prossimo. Come per 
l'energia eolica, la morfologia e la posizione geografica del Canada si 
presentano eccellenti per questi impianti. La grande quantit\`a di fiumi portano
il Canada al secondo posto in un contesto internazionale con una capacit\`a di
produzione massima pari a 75,7 MW di elettricit\`a. In un contesto annuo, nel
2015 la produzione di elettriciti\`a da sorgenti idroelettriche \`e stata di
373.84 miliardi di kWh \cite{cansim:electricity}. Dunque la produzione per 
giorno pro capite:

\marginpar{
    \begin{tikzpicture}%
        \begin{axis}[
                % plot type
                ybar stacked,
                % size
                width=.6\linewidth,
                height=6cm,
                bar width = 1.2cm,
                % labels
                nodes near coords,
                every node near coord/.style={
                    check for zero/.code={
                        \pgfkeys{/pgf/fpu=true}
                        \pgfmathparse{\pgfplotspointmeta-1.5}
                        \pgfmathfloatifflags{\pgfmathresult}{-}{
                            \pgfkeys{/tikz/coordinate}
                        }{}
                        \pgfkeys{/pgf/fpu=false}
                    },
                    check for zero
                },
                enlargelimits=0.15,
                % axis
                scale only axis,
                axis lines=middle,
                ylabel={$\frac{kWh}{gg\cdot p} $},
                y label style={at={(-.5,1.15)}},
                % X values
                xtick = {1},
                xticklabels = {},
                % Y values
                ymin = 0,
            ]
            
            \addplot+[ybar,Fuchsia,fill=Fuchsia!25] plot coordinates {
                (1,0.00098)
            };
            \addplot+[ybar,Plum,fill=Plum!25] plot coordinates {
                (1,0.026)
            };
            \addplot+[ybar,RedViolet,fill=RedViolet!25] plot coordinates {
                (1,0.013)
            };
            \addplot+[ybar,BrickRed,fill=BrickRed!25] plot coordinates {
                (1,1.3)
            };
            \addplot+[ybar,RedOrange,fill=RedOrange!25] plot coordinates {
                (1,28.5)
            };
        \end{axis}%
    \end{tikzpicture}%
}
\[
\frac{373.84\cdot 10^9~kWh}{365~gg\cdot 35.85\cdot 10^6~persone}
    = 28.517 ~ \frac{kW}{gg\cdot persona}
\]

\section{Energia Non Rinnovabile}

\subsection{Combustibili Fossili}
Purtroppo il database socioeconomico del Canada (CANSIM) non suddivide in
sottocategorie la produzione di energia elettrica da carburanti combustibili.
Dunque nel 2015 \`e indicato che la produzione di energia da queste sorgenti \`e
stata di 139.46 milioni di MWh \cite{cansim:electricity}. Da cui possiamo
derivare il consumo per persona al giorno che corrisponde a
$10.658~\frac{kWh}{gg\cdot p}$.
\[
    \frac{139.46\cdot 10^6~MWh}{356~gg\cdot 35.65\cdot 10^6~persone}
    = \frac{139.46\cdot 10^9~kWh}{356~gg\cdot 35.65\cdot 10^6~persone}
    = 10.658~\frac{kWh}{gg\cdot persona}
\]
\marginpar{
    \begin{tikzpicture}%
        \begin{axis}[
                % plot type
                ybar stacked,
                % size
                width=.6\linewidth,
                height=6cm,
                bar width = 1.2cm,
                % labels
                nodes near coords,
                every node near coord/.style={
                    check for zero/.code={
                        \pgfkeys{/pgf/fpu=true}
                        \pgfmathparse{\pgfplotspointmeta-1.5}
                        \pgfmathfloatifflags{\pgfmathresult}{-}{
                            \pgfkeys{/tikz/coordinate}
                        }{}
                        \pgfkeys{/pgf/fpu=false}
                    },
                    check for zero
                },
                enlargelimits=0.15,
                % axis
                scale only axis,
                axis lines=middle,
                ylabel={$\frac{kWh}{gg\cdot p} $},
                y label style={at={(-.5,1.15)}},
                % X values
                xtick = {1},
                xticklabels = {},
                % Y values
                ymin = 0,
            ]

            \addplot+[ybar,Fuchsia,fill=Fuchsia!25] plot coordinates {
                (1,0.00098)
            };
            \addplot+[ybar,Plum,fill=Plum!25] plot coordinates {
                (1,0.026)
            };
            \addplot+[ybar,RedViolet,fill=RedViolet!25] plot coordinates {
                (1,0.013)
            };
            \addplot+[ybar,BrickRed,fill=BrickRed!25] plot coordinates {
                (1,1.3)
            };
            \addplot+[ybar,RedOrange,fill=RedOrange!25] plot coordinates {
                (1,28.5)
            };
            \addplot+[ybar,YellowOrange,fill=YellowOrange!25] plot coordinates {
                (1,10.7)
            };
        \end{axis}%
    \end{tikzpicture}%
}

\subsection{Nucleare}
Il nucleare non è utilizzato in Canada come in altri paesi, anche se c'è una
massiccia produzione di uranio, perché l'80\% è esportato all'estero e il 20\% è
utilizzato in casa, ci sono 19 centrali nucleari attive in Canada e esse
producono fino a 100 milioni di MWh di elettricità annua. Il nucleare rappresenta il
13.3\% dell'elettricità prodotta ed è anche la seconda risorsa produttrice
dietro al idroelettrico (e i combustibili fossili). Il prodotto elettrico dalle
turbine alimentate da impianti nucleari nel 2015 \`e stato di 95.68 miliardi di
kWh \cite{cansim:electricity}.
\[
    \frac{95.68\cdot 10^9~kWh}{365~gg\cdot 35.85\cdot 10^6~persone}
        = 7.313 ~\frac{kWh}{gg\cdot persona}
\]
\marginpar{
    \begin{tikzpicture}%
        \begin{axis}[
                % plot type
                ybar stacked,
                % size
                width=.6\linewidth,
                height=6cm,
                bar width = 1.2cm,
                % labels
                nodes near coords,
                every node near coord/.style={
                    check for zero/.code={
                        \pgfkeys{/pgf/fpu=true}
                        \pgfmathparse{\pgfplotspointmeta-1.5}
                        \pgfmathfloatifflags{\pgfmathresult}{-}{
                            \pgfkeys{/tikz/coordinate}
                        }{}
                        \pgfkeys{/pgf/fpu=false}
                    },
                    check for zero
                },
                enlargelimits=0.15,
                % axis
                scale only axis,
                axis lines=middle,
                ylabel={$\frac{kWh}{gg\cdot p} $},
                y label style={at={(-.5,1.15)}},
                % X values
                xtick = {1},
                xticklabels = {},
                % Y values
                ymin = 0,
            ]
            
            \addplot+[ybar,Fuchsia,fill=Fuchsia!25] plot coordinates {
                (1,0.00098)
            };
            \addplot+[ybar,Plum,fill=Plum!25] plot coordinates {
                (1,0.026)
            };
            \addplot+[ybar,RedViolet,fill=RedViolet!25] plot coordinates {
                (1,0.013)
            };
            \addplot+[ybar,BrickRed,fill=BrickRed!25] plot coordinates {
                (1,1.3)
            };
            \addplot+[ybar,RedOrange,fill=RedOrange!25] plot coordinates {
                (1,28.5)
            };
            \addplot+[ybar,YellowOrange,fill=YellowOrange!25] plot coordinates {
                (1,10.7)
            };
            \addplot+[ybar,Dandelion,fill=Dandelion!25] plot coordinates {
                (1,7.3)
            };
        \end{axis}%
    \end{tikzpicture}%
}

\section{Considerazione sui dati}
Dall'analisi appena conclusa appare che la produzione di energia Canadese sia
per la maggior parte da fonti di energia rinnovabile. Ma ci\`o non \`e corretto,
\`e importante ricordare che i dati appena calcolati sono riferiti alla
produzione di elettricit\`a. Dunque sono esclusi fattori importanti come energia
utilizzata dal traffico o dai sistemi di riscaldamento delle abitazioni.  Nelle
considerazioni del prossimo capitolo, in cui si osserva il consumo energetico
totale sar\`a mostrata la differenza energetica che viene coperta da
combustibili fossili.
