Energie rinnovabili in Italia e in Europa

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1 Energie rinnovabili in Italia e in Europa Traiettorie tecnologiche, politiche, prospettive G. V. Fracastoro Dipartimento di Energetica Politecnico di Torino

2 Sommario Aspetti di politica energetica ed ambientale Stato dell arte e ruolo delle fonti rinnovabili Prospettive di sviluppo in relazione al LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 2/50

3 Mondo - Consumo di energia primaria pro capite LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 3/50

4 La distribuzione della popolazione LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 4/50

5 I consumi elettrici nel mondo LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 5/50

6 Protagonisti vecchi e nuovi e Paesi emergenti Nord Asia Pacific America Europa LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 6/50

7 Peak oil previsioni LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 7/50

8 Concentrazione di CO2 e temperatura LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 8/50

9 I modelli di simulazione del clima LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 9/50

10 Prezzi del petrolio dal 1861 al 2010* * Valori medi annui LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 10/50

11 La tempesta perfetta * 1. Problemi ambientali globali (effetto-serra) 2. Problemi di inquinamento locale nelle aree urbane 3. Progressivo aumento della domanda di energia da parte dei Paesi emergenti (Cina, India, Brasile ) 4. Progressiva riduzione delle riserve di combustibili fossili 5. Costi crescenti dei combustibili fossili In una parola: le vecchie politiche energetiche sono insostenibili * Bob Armstrong, vice President, MIT-Energy Initiative LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 11/50

12 La risposta EU: I capi di stato e di governo Europei hanno fissato una serie di obiettivi ambiziosi da rispettare per il 2020, noti sinteticamente come : Una riduzione delle emissioni di gas serra in EU di almeno il 20% rispetto ai valori del 1990 Portare al 20% la quota delle fonti rinnovabili sul consumo energetico della EU Ridurre del 20% il consumo di energia primaria rispetto ai livelli previsti, migliorando l efficienza energetica LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 12/50

13 La quota delle FRE nel 2005 e nel % Gli impegni dell Italia 50.0% 40.0% % % 10.0% 0.0% Belgium Bulgaria Czech Republic Denmark Germany Estonia Ireland Greece Spain France Italy Cyprus Latvia Lithuania Luxembourg Hungary Malta The Netherlands Austria Poland Portugal Romania Slovenia Slovak Republic Finland Sweden United Kingdom LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 13/50

14 Il potenziale delle FRE in Europa 1600 p ro d u zio n e an n u a, T W h Onde,maree Geo, HDR CSTP Biomassa Eolico Idroelettrico Scandinavia Polonia Germania UK Benelux Francia Italia Spagna Portogallo Turchia Grecia Fonte: DLR, 2006, DLR - German Aerospace Center, Institute of Technical Thermodynamics Trans-Mediterranean Interconnection for Concentrating Solar Power (TRANS-CSP), 2006 LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 14/50

15 Potenziale FRE e domanda 1600 Produzione potenziale e domanda annua, TWh Scandinavia Polonia Germania UK Benelux Francia Italia Spagna Portogallo Turchia Grecia Tot FRE domanda 2007 Fonte: DLR, 2006, DLR - German Aerospace Center, Institute of Technical Thermodynamics Trans-Mediterranean Interconnection for Concentrating Solar Power (TRANS-CSP), 2006 LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 15/50

16 La direttiva 2009/28/CE Gli impegni dell Italia: dal 5,2% del 2005 al 17% del 2020, così articolato: Elettricità: da 4.5 a 10.6 Mtep Calore: da 2.6 a 9.1 Mtep Trasporti: da 0.2 a 2.6 Mtep Mtep Elettricità: Calore: Trasporti: Quota FRE elettriche: 6.6 Mtep LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 16/50

17 Produzione lorda di energia elettrica da FER nell UE15 per fonte nel 2010 Nel 2010 l energia elettrica prodotta da FRE è stata il 25.5% del CIL (era il 18% nel 2000) LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 17/50

18 Evoluzione della potenza installata degli impianti da fonte rinnovabile in Italia LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 18/

19 Potenza installata > energia prodotta MW GWh LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 19/50

20 Ore equivalenti dei principali impianti a FR in Italia ( ) fattori di capacità e ore equivalenti FR (Italia) 100% 80% 60% 40% 20% 0% idroelettrica geotermica eolico fotovoltaico LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 20/50

21 Le fonti rinnovabili Esempi: sole, vento, acqua in movimento (fiumi, cascate, onde, correnti, maree), biomasse (legna, alghe, deiezioni animali,..), grandi depositi di calore (terreno, oceani) Alcune fonti sono direttamente utilizzate da tempi immemorabili (vento, salti d acqua, biomassa), altre tecnologie sono relativamente recenti (geotermia AT e BT, collettori solari, celle fotovoltaiche, maree, turbine eoliche, caldaie a biomassa ad alto rendimento), altre sono ancora allo stadio di prototipi o poco più (onde e correnti marine, FV a concentrazione, solare termodinamico, Hot Dry Rock ) LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 21/50

22 Le fonti rinnovabili Esempi: sole, vento, acqua in movimento (fiumi, cascate, onde, correnti, maree), biomasse (legna, alghe, deiezioni animali,..), grandi depositi di calore (terreno, oceani) Alcune fonti sono direttamente utilizzate da tempi immemorabili (vento, salti d acqua, biomassa), altre tecnologie sono relativamente recenti (geotermia AT e BT, collettori solari, celle fotovoltaiche, maree, turbine eoliche, caldaie a biomassa ad alto rendimento), altre sono ancora allo stadio di prototipi o poco più (onde e correnti marine, FV a concentrazione, solare termodinamico, Hot Dry Rock ) LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 22/50

23 FRE: la situazione attuale Le FRE sono una categoria omogenea solo dal punto di vista ideologico e in parte per caratteristiche dell offerta di energia: perenne e pulita, ma discontinua, spesso imprevedibile, costosa e sempre molto diluita Le tecnologie per sfruttare le FRE sono fra loro diversissime: il loro sviluppo richiede conoscenze di fluidodinamica, combustione, fisica dello stato solido, geologia. La loro conoscenza è modesta non solo nel grande pubblico ma anche fra i tecnici, ed è spesso influenzata da pregiudizi e luoghi comuni Le risorse energetiche delle FRE sono enormi ma data la loro diluizione lo sfruttamento è problematico e costoso Qual è oggi l impatto delle FRE sui consumi mondiali di energia? LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 23/50

24 FRE: la situazione attuale 23.1% 28.1% 5.3% 10.2% 6.1% Oil gas Coal nuclear energy hydroelectricity biomass Circa il 10% su scala mondiale, di cui 6,1% di idroelettrico, 3,8% di biomasse e 0,05% di geotermico*. 33.4% 3.8% 0.190% 0.046% 0.011% wind geothermal PV * Fonte BP e per le biomasse ORNL Le nuove FRE danno per ora un contributo appena apprezzabile: Eolico (0,19%) Solare fotovoltaico (0,01%) Gen Feb Mar Apr Mag Giu Lug Ago Set Ott Nov 7 febbraio LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 24/50 Dic

25 Però le FRE stanno cambiando scala La potenza installata eolica raddoppia ogni tre anni, quella fotovoltaica in meno di due In Europa nel 2010 le FRE nel loro complesso hanno coperto oltre la metà della capacità dei nuovi impianti (57%) Le nuove turbine eoliche hanno potenze dell ordine dei 5-7 MW e l area spazzata è di oltre m 2, pari a quella di due campi di calcio Il rendimento delle celle FV in Silicio in commercio supera ormai il 22% e in laboratorio quelle a tripla giunzione a concentrazione hanno raggiunto il 41.6 % (Spectrolab) Sono allo studio progetti enormi LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 25/50

26 I grandi progetti: Desertec LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 26/50

27 Finngrunden (Svezia Mar Baltico) 300 turbine offshore da 5 MW 1,5 GW ovvero 5,6 TWh in grado di servire 1,1 Milioni di persone LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 27/50

28 Masdar In principio fu il deserto Una città di abitanti, che diviene non soltanto un esempio di come combinando buone pratiche di risparmio energetico (Reduce, Reuse, Recycle) e FRE -si possa fare a meno di fonti di energia inquinanti, ma anche un centro di studi mondiale sulle FRE. Il costo previsto è di 22 mld $ (16 mld ) LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 28/50

29 Gli investimenti per la costruzione di impianti a FR in Germania LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 29/50

30 Capacità cumulata eolico nel mondo LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 30/50

31 Posti di lavoro nell industria eolica in EU LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 31/50

32 Potenza installata in Europa (2009) LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 32/50

33 Capacità nuova e dismessa nel 2009 LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 33/50

34 Eolico: le dimensioni La più grande turbina eolica (7 MW) 198 m di altezza (135+63) diametro di 126 m Area spazzata m 2, pari a quella di due campi di calcio Produce energia per persone LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 34/50

35 Fotovoltaico - Capacità annua installata LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 35/50

36 FV - Capacità cumulata nel mondo ( ) LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 36/50

37 Capacità cumulata nel mondo per Paese (2010) LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 37/50

38 FV - Capacità installata pro capite e totale LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 38/50

39 FV - Mercati e produzione LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 39/50

40 La ricerca sul FV: un mondo affascinante 41.6% Moduli commerciali 35% 19% 15% 10.5% 8.5% LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 40/50

41 Biomasse 12 resa (tep/ha) tipo di biomassa esempi min max lignocellulosica canna, mais intero, graminacee 5 10 da glucidi idrosolubili barbabietola, sorgo, canna da zucchero 1 2 oleaginosa colza, girasole, soia short-rotation forestry robinia, salice, pioppo 2 5 gestione forestale querce, castagni, conifere, faggi Irraggiamento solare: 1000 tep/ha 8 resa (tep/ha) 6 min max lignocellulosica da glucidi idrosolubili oleaginosa short-rotation forestry gestione forestale LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 41/50

42 Solare termico Mercato UE nel 2009 Italia Un mercato che parla tedesco da almeno 10 anni LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 42/50

43 Pompe di calore geotermiche LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 43/50

44 Due parole sui costi Quando si fanno confronti sui costi dell energia prodotta dalle FRE si trascurano spesso le esternalità e la diversa composizione del costo: Nelle fonti fossili prevale il costo della materia prima (che viene prevalentemente da Paesi extra-europei), Nelle FRE il solo costo è quello dell impianto e della manutenzione (che sono o potrebbero essere locali o quanto meno europei) Il costo degli impianti per la produzione di energia da fonte eolica (1,1-1,4 /W) e fotovoltaica (3-4 /W) è diminuito dell 80% negli ultimi 20 anni. Dati i costi crescenti dell energia da fonte convenzionale la grid parity sembra vicina (FV) o addirittura già raggiunta (eolico), almeno nelle aree più favorite, ovvero con più ore equivalenti (FLH) di sole e di vento. LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 44/50

45 Costo dell elettricità prodotta da varie fonti di energia costo investimento costo manutenzione costo energia primaria 18.0 Costo dell'energia (c/kwh) Valori indicativi Idroelettrico < 10 MW Geotermia Eolico Fotovoltaico Biomasse Turbine a gas LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 45/50

46 Costo del kwh (FV ed eolico) 45.0 small PV large PV Small Wind Large Wind c /kwh Full Load Hours LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 46/50

47 PV Grid-parity, Italia meridionale 40 Final yield: 1465 [kwh/kwp.y] PV kwh cost, utility prices [c /kwh] PV kwp MWp Utility - Industries Utility - Household Year LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 47/50

48 Alcune considerazioni finali Se la crescita delle FRE continuasse a questo ritmo fra nemmeno 25 anni FV ed eolico coprirebbero l intera domanda di energia mondiale Ma questo non è possibile per tanti motivi; ad esempio perché il boom delle rinnovabili è in buona parte dovuto agli incentivi, e questi, una volta ottenuto lo scopo di far crescere nuove filiere industriali e ridurre i costi, stanno già scendendo e ancor più scenderanno in futuro L aumento della quota di FRE richiederà il potenziamento e l adeguamento delle reti elettriche ( smart grids ) e termiche ( smart thermal energy grids ) in modo da renderle in grado di gestire la domanda di energia in presenza di un offerta decentrata e incontrollabile. Questo richiederà tempi lunghi e grandi investimenti per la realizzazione di sistemi di accumulo (idrogeno, aria compressa, etc.) LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 48/50

49 In conclusione una previsione e una domanda Il costo dell energia non si ridurrà in futuro, alle FRE si dovranno ancora affiancare altre fonti almeno per un po e un ruolo importante lo avrà comunque sempre di più il risparmio energetico: la migliore energia è quella non consumata! In Cina e in altri Paesi emergenti il costo dell energia incide sul costo dei prodotti molto più che nei Paesi OCSE. Un maggior costo generalizzato dell energia avrebbe sicuramente l effetto di cambiare i nostri stili di vita, ma non potrebbe forse livellare i costi di produzione dei beni nei vari Paesi, attualmente enormemente sbilanciati dal diverso costo della manodopera? LM "Sviluppo Ambiente Cooperazione" G.V. Fracastoro - Energie rinnovabili in Italia e in Europa 49/50

50 Grazie G. V. Fracastoro Dipartimento di Energetica Politecnico di Torino