Il fabbisogno mondiale di energia e il ruolo delle diverse fonti energetiche primarie: criticità, evoluzione, prospettive
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1 Corso di Tecnologie Energetiche Industriali Anno Accademico Il fabbisogno mondiale di energia e il ruolo delle diverse fonti energetiche primarie: criticità, evoluzione, prospettive Giorgio Cau Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Chimica e dei Materiali Università di Cagliari 1
2 Domanda mondiale di energia primaria 2
3 Fattori di equivalenza 1 tep = 10 7 kcal (energia di kg di petrolio) 1 barile = 159 litri densità convenzionale 0,88 t/m 3 1 tonnellata di petrolio 1/(0,159*0,88)= 7,15 barili 1 tep m 3 di gas 2 t di carbone (medio) 3
4 Domanda mondiale di energia primaria per fonte (Mtep) Scenario NPS al 2040 (IEA-WEO 2016) Domanda totale Carbone Petrolio Gas Totale fossili Nucleare Idraulica Bioenergie Altre rinnovabili (25.3%) (36.9%) (18.9%) (81.1%) 526 (6.0%) 184 (2.1%) 907 (10.3%) 37 (0.4%) (28.7%) (31.2%) (21.1%) (81.0%) 662 (4.8%) 335 (2.4%) (10.4%) 181 (1.3%) (26.8%) (30.7%) (21.5%) (79.0%) 796 (5.5%) 377 (2.6%) (10.6%) 339 (2.3%) (25.8%) (29.8%) (22.1%) (77.7%) 888 (5.8%) 420 (2.7%) (10.6%) 478 (3.1%) (25.0%) (28.6%) (22.8%) (76.3%) (6.2%) 463 (2.9%) (10.6%) 643 (4.0%) (24.0%) (27.6%) (23.5%) (75.2%) (6.4%) 502 (2.9%) (10.6%) 835 (4.9%) (23.2%) (26.7%) (24.1%) (74.0%) (6.6%) 536 (3.0%) (10.5%) (5.8%)
5 VLCC da t all anno 38 VLCC al giorno in media Superpetroliere classe VLCC, t 5
6 Domanda mondiale di energia primaria per fonte (Mtep) Scenari al 2040 (IEA-WEO 2016) New Policies Current Policies 450 Scenario r% 2040 r% 2040 r% Domanda totale Carbone (28.7%) (23.2%) (27.1%) (13.4%) -2.5 Petrolio (31.2%) (26.7%) (27.5%) (22.4%) -0.9 Gas (21.1%) (24.1%) (24.0%) (22.2%) 0.5 Totale fossili (81.0%) (74.0%) (78.7%) (58.0%) -0.9 Nucleare 662 (4.8%) (6.6%) (5.3%) (10.7%) 3.3 Idraulica 335 (2.4%) 536 (3.0%) (2.6%) (4.0%) 2.1 Bioenergie (10.4%) (10.5%) (9.3%) (15.5%) 1.8 Other renewables 181 (1.3%) (5.8%) (4.1%) (11.8%) 8.8 6
7 Domanda mondiale di energia primaria per produzione di energia elettrica 7
8 Domanda mondiale di energia primaria per produzione di energia elettrica (Mtep) - Scenario NPS (IEA-WEO 2016) Domanda totale Carbone Petrolio Gas (34,0%) (40,8%) 385 (12,9%) 582 (19,5%) Totale fossili (73,1%) Nucleare Idraulica Bioenergie Altre rinnovabili 526 (17,6%) 184 (6,2%) 59 (2,0%) 33 (1,1%) (37,6%) (46,8%) 277 (5,4%) (22,4%) (74,6%) 662 (12,9%) 335 (6,5%) 165 (3,2%) 144 (2,8%) (37,4%) (43,0%) 230 (4,2%) (22,3%) (69,5%) 796 (14,6%) 377 (6,9%) 208 (3,8%) 281 (5,2%) (37,9%) (40,6%) 203 (3,5%) (22,3%) (66,4%) 888 (15,3%) 420 (7,2%) 247 (4,2%) 401 (6,9%) (38,8%) (38,3%) 175 (2,8%) (22,4%) (63,4%) (16,0%) 463 (7,4%) 293 (4,7%) 539 (8,6%) (39,8%) (36,0%) 161 (2,4%) (22,7%) (61,0%) (16,2%) 502 (7,4%) 345 (5,1%) 699 (10,3%) (40,6%) (34,0%) 152 (2,1%) (22,7%) (58,8%) (16,3%) 536 (7,4%) 402 (5,5%) (12,0%)
9 Produzione mondiale di energia elettrica 9
10 Produzione di energia elettrica (TWh) Scenario NPS (IEA-WEO 2016) Produzione totale Carbone Petrolio Gas Totale fossili Nucleare Idroelettrico Bioenergie Eolico Geotermico Solare PV Solare CSP Mare Totale rinnovabili
11 ORDINI DI GRANDEZZA 1 KWh = energia prodotta da una macchina da 1 KW che funziona per 1 ora 1 GWh = energia prodotta da una macchina da 1 GW (1.000 MW) che funziona per 1 ora 1 TWh = energia prodotta da una macchina di potenza pari a 1 GW che funziona per ore 7,5 TWh = energia prodotta da una macchina di potenza pari a 1 GW che funziona per ore (in 1 anno ci sono ore) TWh possono rappresentare l energia prodotta in un anno da impianti da MW ciascuno che funzionano per h/anno
12 Produzione percentuale di energia elettrica (TWh) Scenario NPS (IEA-WEO 2016) Produzione totale 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 Carbone 37,30 40,77 36,49 33,63 31,30 29,31 27,63 Petrolio 11,45 4,35 3,08 2,46 1,93 1,62 1,40 Gas 14,77 21,62 21,74 22,05 22,32 22,66 22,82 Totale fossili 63,52 66,74 61,30 58,14 55,55 53,59 51,84 Nucleare 16,97 10,65 11,43 11,53 11,75 11,69 11,61 Idroelettrico 18,06 16,35 16,43 16,54 16,44 16,21 15,96 Bioenergie 1,10 2,08 2,40 2,66 2,92 3,19 3,47 Eolico 0,03 3,01 5,65 7,17 8,27 9,16 9,94 Geotermico 0,31 0,32 0,42 0,51 0,63 0,79 0,92 Solare PV 0,00 0,80 2,24 3,23 4,06 4,81 5,47 Solare CSP 0,01 0,04 0,11 0,21 0,33 0,49 0,65 Mare 0,00 0,00 0,01 0,02 0,04 0,08 0,14 Totale rinnovabili 19,51 22,61 27,26 30,33 32,70 34,72 36,55 12
13 Produzione di energia elettrica (TWh) Scenari al 2040 (IEA-WEO 2016) New Policies Current Policies Scenario r% 2040 r% 2040 r% Produzione totale , , ,3 Carbone , , ,9 Petrolio , , ,9 Gas , , ,2 Totale fossili , , ,5 Nucleare , , ,3 Idroelettrico , , ,1 Bioenergie , , ,1 Eolico , , ,3 Geotermico , , ,5 Solare PV , , ,0 Solare CSP , , ,6 Mare , , ,2 Totale rinnovabili , , ,0 13
14 Produzione percentuale di energia elettrica (TWh) Scenari al 2040 (IEA-WEO 2016) New Policies Current Policies Scenario r% 2040 r% 2040 r% Produzione totale 100,00 100,00 1,8 100,00 2,2 100,00 1,3 Carbone 40,77 27,63 0,4 36,00 1,7 7,39-4,9 Petrolio 4,35 1,40-2,3 1,37-2,1 0,59-5,9 Gas 21,62 22,82 2,1 24,37 2,6 15,81 0,2 Totale fossili 66,74 51,84 0,9 61,74 1,9 23,78-2,5 Nucleare 10,65 11,61 2,2 9,32 1,7 17,90 3,3 Idroelettrico 16,35 15,96 1,8 14,08 1,6 20,21 2,1 Bioenergie 2,08 3,47 3,8 2,71 3,2 5,57 5,1 Eolico 3,01 9,94 6,5 7,37 5,6 17,97 8,3 Geotermico 0,32 0,92 5,9 0,70 5,1 1,61 7,5 Solare PV 0,80 5,47 9,4 3,62 8,1 9,41 11,0 Solare CSP 0,04 0,65 13,2 0,40 11,5 3,28 19,6 Mare 0,00 0,14 15,9 0,07 13,4 0,27 18,2 Totale rinnovabili 22,61 36,55 3,7 28,94 3,1 58,32 5,0 14
15 Capacità di generazione elettrica 15
16 Capacità di generazione elettrica (GW) Scenario NPS (IEA-WEO 2016) Capacità totale Carbone Petrolio Gas Totale fossili Nucleare Idroelettrico Bioenergie Eolico Geotermico Solare PV Solare CSP Mare Totale rinnovabili
17 Capacità percentuale di generazione elettrica (GW) Scenario NPS (IEA-WEO 2016) Capacità totale 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 Carbone 30,76 28,86 26,61 24,80 23,21 21,82 Petrolio 7,22 4,98 3,99 3,12 2,65 2,28 Gas 25,54 24,65 24,24 24,20 24,15 24,20 Totale fossili 63,52 58,50 54,84 52,12 50,02 48,30 Nucleare 6,50 5,86 5,59 5,56 5,49 5,43 Idroelettrico 19,24 17,99 17,73 17,35 16,95 16,54 Bioenergie 1,84 1,88 1,98 2,08 2,20 2,32 Eolico 5,74 8,96 10,79 11,97 12,81 13,47 Geotermico 0,20 0,23 0,27 0,33 0,41 0,49 Solare PV 2,87 6,43 8,54 10,15 11,49 12,58 Solare CSP 0,07 0,14 0,24 0,37 0,52 0,68 Mare 0,01 0,01 0,03 0,06 0,12 0,19 Totale rinnovabili 29,98 35,64 39,57 42,32 44,49 46,27 17
18 Capacità di generazione elettrica (GW) Scenari al 2040 (IEA-WEO 2016) New Policies Current Policies Scenario r% 2040 r% 2040 r% Capacità totale , , ,5 Carbone , , ,7 Petrolio , , ,7 Gas , , ,4 Totale fossili , , ,2 Nucleare , , ,7 Idroelettrico , , ,1 Bioenergie , , ,4 Eolico , , ,2 Geotermico ,6 44 4,8 80 7,1 Solare PV , , ,6 Solare CSP ,0 50 9, ,3 Mare , , ,9 Totale rinnovabili , , ,2 18
19 Capacità percentuale di generazione elettrica (GW) Scenari al 2040 (IEA-WEO 2016) New Policies Current Policies Scenario r% 2040 r% 2040 r% Capacità totale 100,00 100,00 2,3 100,00 2,3 100,00 2,5 Carbone 30,76 21,82 1,0 27,15 1,8 10,15-1,7 Petrolio 7,22 2,28-2,0 2,37-1,9 1,79-2,7 Gas 25,54 24,20 2,1 27,19 2,5 19,13 1,4 Totale fossili 63,52 48,30 1,2 56,71 1,8 31,06-0,2 Nucleare 6,50 5,43 1,6 4,74 1,1 6,97 2,7 Idroelettrico 19,24 16,54 1,7 15,86 1,5 17,48 2,1 Bioenergie 1,84 2,32 3,1 1,99 2,6 3,08 4,4 Eolico 5,74 13,47 5,5 10,88 4,7 19,65 7,2 Geotermico 0,20 0,49 5,6 0,39 4,8 0,68 7,1 Solare PV 2,87 12,58 8,0 8,88 6,6 17,91 9,6 Solare CSP 0,07 0,68 11,0 0,44 9,3 2,86 17,3 Mare 0,01 0,19 14,7 0,11 12,1 0,31 16,9 Totale rinnovabili 29,98 46,27 3,9 38,56 3,2 61,97 5,2 19
20 Produzione mondiale di CO 2 da combustibili fossili 20
21 Emissioni di CO 2 da combustibili fossili (Mt) Scenario NPS (IEA-WEO 2016) Totale Carbone Petrolio Gas (40,5%) (41,5%) (18,0%) (46,2%) (34,0%) (19,7%) (44,4%) (34,6%) (21,0%) (43,6%) (34,2%) (22,1%) (43,0%) (33,5%) (23,4%) (42,1%) (33,1%) (24,7%) (41,3%) (32,9%) (25,9%) Generaz. elettrica Carbone Petrolio Gas (37,2%) (65,7%) (16,3%) (18,0%) (41,9%) (73,3%) 868 (6,4%) (20,2%) (40,2%) (72,7%) 730 (5,5%) (21,7%) (39,7%) (72,3%) 643 (4,8%) (22,9%) (39,6%) (71,7%) 556 (4,1%) (24,2%) (39,6%) (70,6%) 512 (3,6%) (25,7%) (39,5%) (69,6%) 481 (3,3%) (27,0%)
22 Emissioni di CO 2 da combustibili fossili (Mt) Scenari al 2040 (IEA-WEO 2016) New Policies Current Policies Scenario r% 2040 r% 2040 r% Totale , , ,0 Carbone Petrolio Gas (46,2%) (34,0%) (19,7%) (41,3%) (32,9%) (25,9%) 0,0 0,3 1, (44,8%) (31,6%) (23,5%) 1,0 0,9 1, (23,7%) (40,6%) (35,6%) -4,4-1,4 0,1 Generaz. elettrica (41,9%) (39,5%) 0, (43,6%) 1, (19,6%) -4,8 Carbone (73,3%) (69,6%) 0, (74,0%) 1, (34,8%) -7,4 Petrolio 868 (6,4%) 481 (3,3%) -2,2 505 (2,7%) -2,0 206 (5,7%) -5,2 Gas (20,2%) (27,0%) 1, (23,3%) 1, (59,5%) 22-0,9
23 CONSISTENZA DELLE RISERVE/RISORSE Petrolio Gas Carbone Totale Gtep (Gbarili/Tm 3 /Mt) 234 (1.653) 188 (209) 455 (861) 877 R/P (anni) Gt CO [CO2] (ppmv) RISERVE ACCERTATE DI COMBUSTIBILI FOSSILI Petrolio Gas Carbone Totale Gtep (Gbarili/Tm 3 /Mt) 480 (3.400) 380 (422) Gt CO [CO2] (ppmv) RISORSE PRESUNTE DI COMBUSTIBILI FOSSILI 23
24 RISERVE ACCERTATE DI PETROLIO Fonte: BP Statistical Review of World Energy
25 RISERVE ACCERTATE DI GAS Fonte: BP Statistical Review of World Energy
26 RISERVE ACCERTATE DI CARBONE Fonte: BP Statistical Review of World Energy
27 Published Estimates of World Oil Ultimate Recovery USGS 5% 2000 USGS Mean 2000 USGS 95% 2000 Campbell 1995 Masters 1994 Campbell 1992 Bookout 1989 Masters 1987 Martin 1984 Nehring 1982 Halbouty 1981 Meyerhoff 1979 Nehring 1978 Nelson 1977 Folinsbee 1976 Adams & Kirby 1975 Linden 1973 Moody 1972 Moody 1970 Shell 1968 Weeks 1959 MacNaughton 1953 Weeks 1948 Pratt TB TB TB Source: USGS and Colin Campbell Trillions of Barrels
28 LEGGE DI SVILUPPO ESPONENZIALE (tasso di crescita costante) 4 r=10% r=5% r=3% 3 r=2% G/G0=ert r=1% 2 ln 2 G G0e t2 r 0, r rt t (anni) 28
29 Annual Production Scenarios with 2 Percent Growth Rates and Different Resource Levels (Decline R/P = 10) 70 USGS Estimates of Ultimate Recovery 2047 Billion Barrels per Year Ultimate Recovery Probability BBls Low (95 %) 2,248 Mean (expected value) 3,003 High (5 %) 3,896 History Mean Low (95 %) High (5 %) % Growth Decline R/P = Note: U.S. volumes were added to the USGS foreign volumes to obtain world totals. 29
30 Billion Barrels per Year Annual Production Scenarios for the Mean Resource Estimate and Different Growth Rates (Decline R/P = 10) USGS Estimates of Ultimate Recovery Ultimate Recovery Probability BBls Low (95 %) 2,248 Mean (expected value) 3,003 High (5 %) 3,896 History Mean 3% Growth 2% Growth 1% Growth Decline R/P = Note: U.S. volumes were added to the USGS foreign volumes to obtain world totals. 30
31 12 EIA World Conventional Oil Production Scenarios Billion Barrels per Year USGS Estimates of Ultimate Recovery Ultimate Recovery Probability BBls Low (95 %) 2,248 Mean (expected value) 3,003 High (5 %) 3,896 History Mean Low (95 %) High (5 %) Peak Range 46 yrs or 91 yrs % Growth 2 % Growth 1 % Growth 0 % Growth Billion Bbls Moves Peak 10 Years From Decline R/P = Note: U.S. volumes were added to the USGS foreign volumes to obtain world totals. 31
32 Probability of Ultimate Recovery WORLD OIL PRODUCTION SCENARIOS Ultimate Recovery (Billion barrels) Annual Production Growth Rate (Percent) Estimated Peak Year Estimated Peak Production Rate (Million barrels per year) (Million barrels per day) 95 Percent 2, , , , , , , , Mean 3, , (expected 3, , value) 3, , , , Percent 3, , , , , , , ,
33 CONSISTENZA DELLE RISERVE/RISORSE Petrolio Gas Carbone Totale Gtep R/P (anni) Gt CO [CO2] (ppmv) RISERVE ACCERTATE DI COMBUSTIBILI FOSSILI Petrolio Gas Carbone Totale Gtep Gt CO [CO2] (ppmv) RISORSE PRESUNTE DI COMBUSTIBILI FOSSILI 33
34 INDICI CARATTERISTICI DELLA PRODUZIONE DI CO2 produzione di CO 2 consumo di energia PIL produzione di CO consumo di energia PIL popolazione consumo di energia PIL popolazione 2 produzione di CO2 2 PIL popolazione Prodotto Interno Lordo pro-capite, è un indice di benessere; tanto più evoluto è il sistema produttivo tanto maggiore è tale indice consumo di energia PIL È un indice di efficienza del sistema produttivo, quindi un indice di sviluppo tecnologico. Il sistema produttivo è tanto più efficiente quanto minore è il suo fabbisogno energetico a parità di ricchezza prodotta produzione di CO 2 consumo di energia È un indice caratteristico della diversificazione delle fonti di energia, nonché indice indiretto di sviluppo tecnologico in relazione alle diverse tecnologie di sfruttamento delle diverse fonti 34
35 Tecnologie CCS per la separazione e il sequestro della CO 2 CCS: Carbon Capture and Storage Modalità di separazione (cattura) della CO 2 - Dopo la combustione, dai prodotti della combustione - Prima della combustione, dal combustibile trasformato - Combustione con ossigeno puro Modalità di sequestro (stoccaggio) della CO 2 - Oceani - Strutture geologiche (acquiferi salini, formazioni sedimentarie, ecc.) - Giacimenti di petrolio, gas e carbone 35
36 Confinamento geologico della CO 2 ENERGIA, AMBIENTE, SVILUPPO SOSTENIBILE Conversazione al Rotary Club Cagliari - 8 Ottobre 2009 Carbosulcis: sequestro di CO 2 nella parte non coltivabile del giacimento di carbone ENI-ENEL: sequestro di CO 2 in un giacimento esaurito di gas a Cortemaggiore (PC) ENEL: sequestro di CO 2 in un acquifero salino 36 off-shore presso la centrale di Porto Tolle (RO)
37 Sequestro off-shore della CO 2 Piattaforma Sleipner (Statoil) ENERGIA, AMBIENTE, SVILUPPO SOSTENIBILE Conversazione al Rotary Club Cagliari - 8 Ottobre
38 Sequestro off-shore della CO 2 Piattaforma Sleipner (Statoil) ENERGIA, AMBIENTE, SVILUPPO SOSTENIBILE Conversazione al Rotary Club Cagliari - 8 Ottobre
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