Energetica generale. Bilancio energetico mondiale, fonti di energia tradizionali e rinnovabili, scenari attuali e futuri.

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1 Energetica generale Bilancio energetico mondiale, fonti di energia tradizionali e rinnovabili, scenari attuali e futuri Eva Schito

2 Fonti energetiche I fabbisogni energetici possono essere suddivisi in tre macrosezioni: - produzione di energia elettrica; - produzione di energia termica; - trasporti e mobilità. Per soddisfare tali fabbisogni, vengono usate delle fonti energetiche attraverso opportune trasformazioni, che hanno un proprio rendimento. Eva Schito 2

3 Breve ripasso Fonte di energia primaria: è una fonte di energia che si trova in natura e che non è stata soggetta a nessun tipo di processo di conversione o trasformazione. Può essere di tipo rinnovabile o non rinnovabile. Unità di misura: 1) TWh = 10 9 kwh; 2) MTep (Mega Tonnellate equivalenti di petrolio), dette anche MTOE (One million tonne of oil equivalent), che rappresenta la quantità di energia rilasciata dalla combustione di una tonnellata di petrolio grezzo. Vale convenzionalmente 42 GJ o 11,63 TWh (diverse varietà di petrolio posseggono diversi poteri calorifici). Eva Schito 3

4 Scenario attuale e futuro QuadBTU [10 15 BTU] MTep TWh * * * * Stima di un aumento del 48%, soprattutto a carico dei Paesi dell Asia OECD:Austria, Australia, Belgio, Canada, Cile, Repubblica Ceca, Danimarca, Estonia, Finlandia, Francia, Germania, Grecia, Ungheria, Islanda, Irlanda, Israele, Italia, Giappone, Lussemburgo, Messico, Olanda, Nuova Zelanda, Norvegia, Polonia, Portogallo, Slovacchia, Slovenia, Corea del Sud, Spagna, Svezia, Svizzera, Turchia, Gran Bretagna e Stati Uniti. Eva Schito 4

5 Fonti energetiche MTep Totale: MTep circa CPP: Clean Power Plan Eva Schito 5

6 Energia primaria e usi finali MTep per fonti energetiche, di cui circa 5000 servono per la produzione di energia elettrica. A causa del rendimento non unitario per la produzione di energia elettrica, una certa quantità di energia primaria viene persa: solo 2000 MTep vengono effettivamente trasformati in energia elettrica (considerando un rendimento del 40%). I restanti MTep di energia primaria sono utilizzati per i trasporti e per la produzione di energia termica (usi domestici, riscaldamento e produzione di vapore per usi industriali, chimici, siderurgici ). Energia primaria: 80% da combustibili fossili Eva Schito 6

7 Energia primaria per produzione energia elettrica 10 3 TWh Eva Schito 7

8 Livelli di consumo Se ripartiamo i MTep richiesti annualmente sulla popolazione attuale mondiale, otteniamo un fabbisogno procapite medio di 1,7 Tep/persona ad anno. In realtà ci sono vari livelli di consumo. Ad esempio, l Italia ha una media di consumo di 3,0 Tep/persona ad anno. Paesi del terzo mondo hanno richieste di fabbisogno inferiori a 0,15 Tep/persona ad anno. Eva Schito 8

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10 GDP=PIL Eva Schito 10

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12 Fronti di sviluppo 1. Eco-efficienza: si ricerca il miglioramento dell efficienza dei sistemi di trasformazione possibile effetto rebound 2. Diversificazione delle fonti: introduzione sistematica delle fonti energetiche rinnovabili bassa intensità energetica 2500 MWh η= 0, MWh 1500 MWh 3000 MWh η= 0, MWh 1500 MWh Eva Schito 12

13 LO SCENARIO ITALIANO Eva Schito 13

14 Bilancio Energetico Nazionale Viene fornito ogni anno dal Ministero dello Sviluppo Economico e riporta i fabbisogni effettivi suddivisi per uso finale (p.e. industria, civile, agricoltura, usi non energetici). Vengono riportati anche i fabbisogni di energia primaria, suddivisi tra combustibili liquidi, gassosi, solidi, fonti energetiche rinnovabili e import/export. Eva Schito 14

15 BILANCIO ENERGETICO NAZIONALE 2016 Eva Schito 15

16 Bilancio Energetico Nazionale 2016 Fonti di energia primaria Combustibili solidi Prodotti petroliferi MTep Gas naturale 58.1 Energie rinnovabili Importazioni (sotto forma di energia elettrica) TOTALE % 35% 5% 7% 34% Eva Schito 16

17 BEN MTep Combustibili solidi Gas naturale Petrolio Rinnovabili Industria Trasporti Civile Agricoltura Usi non energetici Bunkeraggi Energia elettrica Eva Schito 17

18 Bilancio Energetico Nazionale 2015 Eva Schito 18

19 Bilancio Energetico Nazionale 2015 Fonti di energia primaria MTep Combustibili solidi Prodotti petroliferi Gas naturale 55.3 Energie rinnovabili 32.6 Importazioni 10.2 TOTALE 170,0 Eva Schito 19

20 MTep Bilancio Energetico Nazionale 2015 Eva Schito 20

21 Diagramma di Sankey Eva Schito 21

22 Richiesta delle fonti energetiche MTep Combustibili solidi Gas naturale Petrolio Rinnovabili Energia elettrica Eva Schito 22

23 Trend Bilancio Energetico Nazionale Eva Schito 23

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32 BILANCI ENERGETICI DI ALTRI STATI Eva Schito 32

33 Italia Eva Schito 33

34 Svizzera Eva Schito 34

35 Francia Eva Schito 35

36 Islanda Eva Schito 36

37 Medio Oriente Eva Schito 37

38 Cina Eva Schito 38

39 Africa Eva Schito 39

40 Mondo Eva Schito 40

41 FONTI CONVENZIONALI DI ENERGIA Eva Schito 41

42 Fonti convenzionali di energia - Prodotti petroliferi 1. Combustione nei bruciatori; 2. Combustione nei motori. - Carbone 1. Combustione tradizionale (griglia, bruciatori); 2. Combustione a letto fluido; 3. Gassificazione. - Gas naturale 1. Combustione in caldaia; 2. Combustione in combustori specifici (maggiori potenze specifiche). Eva Schito 42

43 Cicli di riferimento - Ciclo Rankine-Hirne - Ciclo Rankine-Hirne con spillamenti di vapore - Ciclo Brayton-Joule - Ciclo combinato (gas-vapore) - Ciclo Brayton-Brayton (implementabile in luoghi con scarsità d acqua) Eva Schito 43

44 Stima delle riserve di petrolio In miliardi di barili Eva Schito 44

45 Picco di Hubbert Teoria degli anni Cinquanta riguardante la disponibilità delle risorse 1. espansione rapida - Inizialmente, dopo la prima fase di esplorazione, la risorsa è abbondante e bastano modesti investimenti per estrarla. In questa fase, la crescita della produzione è esponenziale. 2. inizio dell'esaurimento - Le riserve "facili", ovvero quelle meno costose, sono quelle estratte per prime. Con l'esaurimento di queste, comincia a essere necessario sfruttare risorse più difficili e ciò richiede investimenti sempre maggiori. La produzione continua a crescere, ma non più esponenzialmente come nella prima fase. 3. picco e declino - A un certo punto, il graduale esaurimento rende talmente elevati gli investimenti necessari che questi non sono più sostenibili. La produzione raggiunge un massimo (il picco di Hubbert) e poi comincia a declinare. 4. declino finale - In questa fase non si fanno più investimenti significativi. La produzione continua, ma il declino procede fino a che non diventa talmente ridotta da cessare completamente. Eva Schito 45

46 Picco di Hubbert e sue evoluzioni Eva Schito 46

47 ENERGIA NUCLEARE Eva Schito 47

48 Eva Schito 48

49 Fissione nucleare U + 1n Ba + Kr + 3n+ energia E= m c 2 Eva Schito 49

50 Riserve di Uranio 650 mila tonnellate a 40 $/kg 7 milioni di tonnellate a 250 $/kg Eva Schito 50

51 Riserve di Uranio Stima di energia elettrica prodotta da fissione nucleare all anno: circa kwh MJ/kg di Uranio naturale (Per un kg di Uranio naturale, si hanno 7 g di Uranio-235) Al tasso attuale di consumo, le riserve attualmente note di uranio bastano per altri 200 anni. Eva Schito 51

52 ENERGIE RINNOVABILI Eva Schito 52

53 Produzione da fonti rinnovabili geotermico biomasse Eva Schito 53

54 Energia solare Si utilizza in più ambiti: - Utilizzazione diretta per riscaldamento degli ambienti; - Utilizzazione diretta con fluido ausiliario, tramite due filoni: Solare termico (per acqua calda); Solar cooling (con pompe di calore ad assorbimento). - Solare termodinamico per la produzione di energia elettrica; - Solare fotovoltaico per la produzione diretta di energia elettrica. Eva Schito 54

55 Solare termico Eva Schito 55

56 Solare termodinamico Eva Schito 56

57 Fotovoltaico L effetto fotovoltaico consiste nella generazione di una differenza di potenziale, capace di generare una corrente elettrica, ai capi di una giunzione costituita da specifici materiali (per esempio, silicio «drogato» con fosforo e boro) ed esposta alla radiazione luminosa. Eva Schito 57

58 Fotovoltaico Eva Schito 58

59 Fotovoltaico Eva Schito 59

60 Energia eolica P ( V ) T = 0 ( a 3 2 1V + a2v + a3v + a4 ) P R 0 Eva Schito 60

61 Energia eolica Eva Schito 61

64 Energia geotermica L energia geotermica sfrutta il gradiente termico della superfice terrestre: mediamente, la temperatura della crosta terrestre aumenta di un grado ogni 30 metri di profondità. Esistono tuttavia delle zone dove i gradienti di temperatura sono molto più elevati. Nell attuale senso del termine, viene definita energia geotermica quella «parte» di calore terrestre che può essere estratta o comunque sfruttata dall uomo. La «risorsa» geotermica è associata quindi a gradienti irregolari di temperatura e presenza di una falda acquifera non superficiale. La risorsa geotermica più diffusa è quella relativa ad acqua pressurizzata (es. temperatura 100 C e pressione 5 bar), ma in rari casi la risorsa geotermica si trova allo stato di vapore dominante: in questo caso, le entalpie sono molto elevate. Eva Schito 64

65 Energia geotermica Utilizzi dell energia geotermica: - Produzione di energia elettrica; Impianti a vapore diretto; Impianti a separazione di vapore; Impianti a ciclo binario. - Utilizzo diretto (pompe di calore geotermiche). Eva Schito 65

66 Energia geotermica Eva Schito 66

67 Energia geotermica Nazione Potenza installata (2010) MWe Energia prodotta (2010) GWh Potenza installata (2015) MWe Energia prodotta (2015) GWh USA Filippine Indonesia Messico Nuova Zelanda Italia Eva Schito 67

68 Energia da RSU (rifiuti solidi urbani) Qualche numero: - Livello di produzione attuale in Italia: 1,5 kg/abitante al giorno (550 kg/abitante all anno) - Composizione media: 7% plastica 43% umido 7% vetro 3% metallo 40% imballaggi (22% carta) - Può essere utilizzato solo se: percentuali di ceneri < 60%; percentuale di acqua < 50%; materiale combustibile superiore al 25%. Eva Schito 68

69 Energia da RSU (rifiuti solidi urbani) Rifiuti indifferenziati Rifiuti Rifiuti differenziati Selezione Residui Riciclaggio Materiali riciclabili Inerti CDR Altro Termovalorizzazione Discarica Compostaggio Stabilizzazione Scorie Compost Energia Eva Schito 69

70 Energie rinnovabili Fonte Ore equivalenti/a Rinnovabili elettriche Idroelettrico 2500 Fotovoltaico 1200 Solare Termodinamico 8000 Eolico 1500 Bioenergie 5000 Geotermico 8000 Rinnovabili termiche Solare termico 1200 Geotermia 3500 Bioenergie 3500 Eva Schito 70

71 MECCANISMI DI INCENTIVAZIONE Eva Schito 71

72 Incentivi in Italia Eva Schito 72

73 Incentivi in Italia Eva Schito 73

74 RISPARMIO ENERGETICO Eva Schito 74

75 ISO Eva Schito 75