Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere

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1 Bari, 26/07/2011 Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere 2 - Impatto sul sistema energetico nazionale della potenziale diffusione dei veicoli elettrici Giuseppe Mauri Dip. Sviluppo del Sistema Elettrico Ricerca sul Sistema Energetico - RSE Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

2 Sommario Mobilità elettrica e sistema elettro-energetico Uno scenario al 2030 Mobilità elettrica e qualità dell aria Conclusioni Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri - 2 -

3 Che cosa è cambiato oggi rispetto al passato? Mobilità elettrica e sistema elettro-energetico Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri - 3 -

4 Mobilità elettrica e sistema elettrico Veicoli elettrici: tecnologia Motore a combustione interna Motore elettrico Batterie Veicoli di maggior Interesse Impatto Ambientale locale Dimensione / Impatto Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri - 4 -

5 Mobilità elettrica e sistema elettrico Veicoli elettrici: tecnologia Di maggior interesse sono i veicoli elettrici ricaricabili da rete con discreta autonomia in elettrico, ovvero una discreta capacità di accumulo (almeno 10 kwh) : Plug-in Hybrid Electric Vehicle: PHEV Battery Electric Vehicle: BEV Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri - 5 -

6 Mobilità elettrica e sistema elettrico BEV vs. PHEV Con la tecnologia attuale, le batterie delle auto BEV consentono un autonomia che si aggira attorno a 150 km: sono quindi adatte ad un uso urbano Per contro le auto PHEV sono molto più flessibili e il loro impiego comprende le aree extra-urbane es. OPEL Ampera ibrida serie 60 km solo elettrico 500 km con motore termico Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri - 6 -

7 Mobilità elettrica e sistema elettrico Veicoli elettrici: tecnologia Veicoli BEV segmenti A e B (< 1000 kg) Veicoli BEV segmenti C e D (1000<kg< 2000) Veicoli PHEV segmenti C e D (1000<kg< 2000) Capacità Consumo medio (1) Autonomia in elettrico (ciclo standard) 16 kwh 125 [Wh/km] 130 km 30 kwh 180 [Wh/km] 170 km 16 kwh 0.04 [L/km] 60 km (1) Dato relativo al consumo in condizioni operative standard (cioè senza includere consumo condizionatore, etc..): tali fattori possono essere tenuti in considerazione dividendo il valore in tabella per 0,9 Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri - 7 -

8 Mobilità elettrica e sistema elettrico Veicoli elettrici: percorrenza media consumatore europeo Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri - 8 -

9 Mobilità elettrica e sistema elettrico Veicoli elettrici: consumi monitorati su un veicolo di 1400 kg km tra ricariche complete Giugno Consumi rilevati per percorsi superiori a 50 km Wh/km ricariche Wh/km prog. km percorsi Wh/km misto misto urbano misto extra Tipo percorso Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri - 9 -

10 Che cosa è cambiato oggi rispetto al passato? Impatto della ricarica sul sistema elettrico nazionale della diffusione di auto elettriche: uno scenario al 2030 Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

11 Scenario vs. Previsione Uno SCENARIO è una descrizione internamente consistente di uno dei possibili modi in cui il futuro potrebbe evolvere Una PREVISIONE è il tentativo di individuare quale, tra i possibili scenari, è più probabile che si verifichi in futuro Nel seguito, ci occuperemo di SCENARI, e non di previsioni Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

12 Scenario vs. Previsione La domanda a cui intendiamo rispondere NON è: Quante auto elettriche ci saranno in Italia al 2030? Ciò che ci chiediamo invece è: Nel caso vi sia una rilevante penetrazione di auto elettriche al 2030, quale sarà l impatto sul sistema elettrico nazionale? Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

13 Tipologie di veicoli considerate Assumiamo che entro il 2030 entrino nel mercato due generazioni di auto BEV e PHEV 1 a generazione, vendute dal 2010 al 2020 (bassa penetrazione sul mercato) 2 a generazione, vendute dal 2017 al 2030 (alta penetrazione sul mercato) Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

14 BEV vs. PHEV Dunque, nello scenario analizzato, assumiamo una penetrazione maggiore di PHEV rispetto a BEV 1 a generazione ( ): 80% PHEV e 20% BEV 2 a generazione ( ): 70% PHEV e 30% BEV Le PEV di 2 a generazione hanno batterie di maggior capacità, quindi maggiore autonomia, quindi maggiore penetrazione delle BEV di 1 a generazione B E V P H E V Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

15 Scenario di penetrazione (% del parco auto) Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

16 Scenario di penetrazione (parco auto totale) Dallo scenario centrale ISTAT sulla popolazione e da un estrapolazione del trend del numero di abitanti per auto, deduciamo al 2030 un parco complessivo di circa 40 milioni di auto Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

17 Scenario di penetrazione (n di BEV e PHEV) Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

18 Percorrenza annua delle auto elettriche PEV1 PEV2 PHEV1 PHEV km per year !" # " $ % Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

19 Fattore di utilizzo dei PHEV Frazione della percorrenza con energia prelevata dalla rete & " $ " $% Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

20 Consumi specifici (futuri) auto elettriche Si è assunta una riduzione del consumo dell 1% annuo, dovuta all incremento della densità energetica specifica delle batterie, con corrispondente riduzione di peso dell auto,-- '*+ '() ''( Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

21 Domanda dovuta alle auto elettriche,-*-1 '2)/0! $ ')./0! Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

22 Profilo di ricarica La domanda annua deve essere quindi ripartita a livello orario, definendo il profilo di ricarica Si tratta innanzitutto di determinare: quante auto elettriche potranno disporre di un posto auto privato attrezzato, utilizzabile per la ricarica notturna quante auto elettriche dovranno necessariamente far ricorso ad infrastrutture di ricarica pubbliche, utilizzate prevalentemente nelle ore diurne Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

23 Profilo di ricarica Assunzioni / driver principali: nelle grandi città (> ab.) penetrazione doppia (50%) delle auto elettriche rispetto alla media nazionale (25%) abitazioni con posto auto privato nel 2001: 2,2 milioni nelle grandi città e 12,55 milioni altrove (ISTAT censimento) 22 milioni di abitazioni occupate e 5,3 milioni non occupate nel 2001 (ISTAT censimento) 29 milioni di famiglie (quindi di abitazioni occupate) al 2030 (ISTAT) evoluzione delle abitazioni con posto auto privato: 3,6 milioni nelle grandi città, 17,65 milioni altrove penetrazione delle auto elettriche nei posti auto privati superiore del 25% rispetto alla penetrazione nel parco auto Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

24 Profilo di ricarica Ricarica NOTTURNA [milioni di EV] Ricarica DIURNA [milioni di EV] Grandi città 2,25 1,75 Resto d Italia 4,15 1,85 TOTALE 6,4 3,6 Quindi, al massimo il 64% della domanda può essere allocato nelle ore notturne ed almeno il 36% nelle ore diurne stima una ripartizione notte 66% / giorno 34% Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

25 Profilo di ricarica: Profilo 1 Oltre alla ripartizione notte / giorno, il profilo ( Profilo 1 ) viene determinato, a livello orario, in maniera inversamente proporzionale agli spostamenti in auto rilevati a Milano e nel suo hinterland nelle 24 ore! "#$%&&' Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

26 Profilo di ricarica: Profilo 1 Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

27 Profilo di ricarica: Profilo 1 3 $ 4 $,-*- Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

28 Profilo di ricarica: Profilo 2 L andamento relativamente piatto del Profilo 1 nelle ore notturne, implica una gestione intelligente del carico da parte dell infrastruttura di ricarica In assenza di ciò, il fatto che gli utenti potrebbero ragionevolmente mettere in carica le auto appena giunti a casa in serata, ed il fatto che qualche ora sarebbe sufficiente per ripristinare la carica corrispondente alla percorrenza giornaliera, potrebbero determinare un picco di domanda concentrato la sera e nelle prime ore della notte Profilo 2 2 Nel seguito, analizzeremo gli effetti sia del Profilo 1 che del Profilo 2 Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

29 Profilo di ricarica: Profilo 1 vs Profilo 2 Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

30 Profilo di ricarica: Profilo 2 3 $ 4 $,-*- Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

31 Metodologia e strumenti di simulazione Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

32 Scenario elettro-energetico considerato Si è preso a riferimento lo scenario Green sviluppato da RSE nell ambito del progetto europeo SUSPLAN (PLANning for SUStainability) Tale scenario è caratterizzato da un elevato sviluppo delle tecnologie per la generazione da fonti rinnovabili e per l incremento dell efficienza energetica negli usi finali La relativamente bassa domanda elettrica che lo caratterizza lo rende quindi un buon candidato per far risaltare maggiormente l incremento di domanda determinato dalle auto elettriche Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

33 Scenario elettro-energetico: domanda ,2% annuo ,1% annuo ,6% annuo ,3% annuo Anche in uno scenario come quello considerato, caratterizzato da una domanda relativamente bassa, 10 milioni di auto elettriche ne determinano un incremento al 2030 inferiore al 5% Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

34 Impatto sul sistema di generazione Non vi è un impatto significativo in termini di necessità di nuova potenza installata L incremento di produzione è coperto da: A fronte di un incremento di domanda di 18,7 TWh, la differenza di produzione è inferiore a causa di un minore uso degli impianti di pompaggio Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

35 Impatto sulle emissioni di CO 2 L incremento di produzione elettrica per alimentare il parco auto previsto al 2030 determina un incremento di emissioni di CO 2 del settore elettrico di 8,3 Mt con il Profilo 1 e di 8,4 Mt con il Profilo 2 Se l emissione media delle auto convenzionali sostituite fosse 95 gco 2 /km (1), le emissioni evitate da parte delle auto elettriche sarebbero 2,1 Mt con il Profilo 1 e 2 Mt con il Profilo 2 ()*+ %&%&,--./%&&0 Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

36 Emissioni di CO 2 per km percorso Dividendo l incremento di emissioni di CO 2 nel settore elettrico per i km percorsi con alimentazione da rete si ottiene il valore delle emissioni specifiche, pari a 76 gco 2 /km con il Profilo 1 e di 77 gco 2 /km con il Profilo 2 Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

37 Impatto sui consumi di combustibili La produzione aggiuntiva di energia elettrica implica consumi aggiuntivi di combustibili fossili pari a 3,1 Mtep Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

38 Impatto sui consumi di combustibili Assumendo di sostituire auto convenzionali da 95 gco 2 /km, si eviterebbero consumi di circa 3,4 Mtep di benzina e gasolio Complessivamente, quindi, il risparmio energetico dovuto alle auto elettriche sarebbe stimabile in circa 0,3 Mtep Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

39 Impatto sui prezzi dell energia elettrica L impatto sul Prezzo Unico Nazionale di acquisto dalla Borsa Elettrica ( PUN ) è stimabile in un aumento medio del 9%, pari a circa 7 /MWh, senza rilevanti differenze tra i due profili di ricarica considerati Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

40 Che cosa è cambiato oggi rispetto al passato? Mobilità elettrica e qualità dell aria Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

41 Mobilità elettrica e qualità dell aria La qualità dell aria: il particolato fine Bruxelles, 24 novembre 2010 Ambiente qualità dell'aria: Cipro, Italia, Portogallo e Spagna deferiti alla Corte per il mancato rispetto delle norme dell'ue La Commissione europea sollecita Cipro, Italia, Portogallo e Spagna a rispettare i valori limite di qualità dell'aria dell'ue per un inquinante atmosferico, il particolato fine o PM10. Tali Stati membri non hanno finora affrontato in modo efficace il problema delle emissioni eccessive di PM10. Su raccomandazione del commissario per l'ambiente Janez Potonik, la Commissione ha pertanto deciso di ricorrere alla Corte di giustizia contro Cipro, Italia, Portogallo e Spagna. [RSE/Riva] Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

42 Mobilità elettrica e qualità dell aria La qualità dell aria: il particolato fine PM µg/m 3, valore limite previsto dalla normativa (dir. 2008/50/CE) per la media annua [RSE/Riva] Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

43 Mobilità elettrica e qualità dell aria PM2.5 - Contributo alla concentrazione media annua $ [RSE/Riva] Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

44 Mobilità elettrica e qualità dell aria RUOLO DELLE SORGENTI es PM2.5 PIANURA PADANA - gennaio [RSE/Riva] Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

45 Mobilità elettrica e qualità dell aria Veicoli elettrici: ipotesi di diffusione in Europa Il consumatore europeo vuole poter contare sulle stesse autovetture per tutte le funzioni: flessibilità PHEV (all inizio) Percorrenze (Mkm) Percorrenze complessive suddivise per tipo di alimentazione ? PHEV PEV BEV IBRIDE? GPL /CH 4 DIESEL BENZINA,-'- Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

46 Mobilità elettrica e qualità dell aria Lo strumento modellistico: WRF-SMOKE-CAMx! #,& # '+ '! -.!" # # & '+ "$% &' (&"!)!* [RSE/Riva] Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

47 Mobilità elettrica e qualità dell aria RUOLO DELLE SORGENTI es MILANO Milano - SO2 - media annua = 4.5 [ppb] Milano - O3 - media annua = 20.4 [ppb] Altri Settori 92% Altro Trasp. Strada 35% Altro Trasp. Strada 1% BC 1% Nord 1% S. Termoel. 5% Trasp. Autoveicoli 1% Milano - NOX - media annua = 38.1 [ppb] Altri Settori 38% BC 1% Nord 0.1% Ovest 0.4% Ovest 0.03% Sud 0.01% Est 0.2% Altri Settori 39% BC 39% Altro Trasp. Strada 12% S. Termoel. Trasp. 2% Autoveicoli 8% Altri Settori 65% Nord 17% Sud 1% Est 3% Milano - VOC - media annua = [ppb] BC 3% Sud 0.03% Ovest 18% Ovest 1% Altri Settori 57% Altro Trasp. Strada 19% Milano - PM2.5 - media annua = 33.2 [ug/m3] Trasp. Autoveicoli 14% BC 9% Nord 4% S. Termoel. 2% Ovest 3% Est 1% Sud 0.3% Sud % Est 0.2% Trasp. Autoveicoli 27% S. Termoel. 0.4% Est 0.001% Altro Trasp. Strada 21% Trasp. Autoveicoli 11% S. Termoel. 0.04% Nord 2% [RSE/Riva] Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

48 Mobilità elettrica e qualità dell aria Variazione emissioni V 7.0 FC CO NOX NMVOC PM_exh CO2 Scenario [Tg] [Gg] [Gg] [Gg] [Gg] [Tg] attuale no PEV/PHEV PEV/PHEV riduzione % scenario PEV/PHEV non sono considerate possibili riduzioni dei consumi e delle emissioni successive alla normativa EURO6 [RSE/Riva] Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

49 Conclusioni 10 milioni di auto elettriche incrementano la domanda elettrica di pochi percento e non richiedono significativi incrementi di capacità di generazione Impatti più rilevanti possono aversi in termini di sovraccarico delle già congestionate reti di distribuzione urbane Le auto elettriche consentono riduzioni delle emissioni di CO 2 e dei consumi di fonti primarie, significativi, ma non enormi Più rilevanti benefici possono ricercarsi nel miglioramento della qualità dell aria nei centri urbani, attualmente affetta da notevoli criticità Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

50 Questo lavoro è stato finanziato da: Ricerca di Sistema per il Settore Elettrico Research Fund for Italian Electric System Questo lavoro è stato finanziato dal Fondo di Ricerca per il Sistema Elettrico nell ambitodell Accordo di Programma tra ERSE ed il Ministero dello Sviluppo Economico - D.G.E.N.R.E. stipulato in data 29 luglio 2009 in ottemperanza del DM 19 marzo Grazie per la vostra attenzione! giuseppe.mauri@rse-web.it Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri