La sfida ambientale e le nuove tecnologie energetiche

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1 La sfida ambientale e le nuove tecnologie energetiche Franco Donatini Responsabile Rinnovabili Politiche di Ricerca e Sviluppo Enel Ingegneria e Innovazione

2 Energia, come motore della storia La terra da proteggere Consumo annuo pro capite (MCal) La terra come madre La terra da sfruttare 0 L'uomo primitivo La scoperta del fuoco Avvento dell'agricoltura Rivoluzione industriale Oggi 2

3 Il problema epocale La sfida del cambio climatico Come combatterla?! L esaurimento delle risorse fossili Viviamo come se questo fosse il solo dei mondi possibili, un mondo che promette sempre una qualche felicità Tiziano Terzani 3

4 Un problema che cambia le regole del gioco! T, C YEAR 4

5 Un problema difficile e insieme da affrontare con tempestività... Temperatura media Combustibili bruciati Anidride carbonica 5

6 Scenari possibili per ridurre le emissioni di anidride carbonica Baseline ACT BLUE Emissioni CO2 (Gt/y) Fine delle risorse fossili Anni 6

7 e quindi la concentrazione nell atmosfera Baseline ACT BLUE Concentrazione CO2 (ppm) Anni 7

8 e conseguentemente il riscaldamento globale! Baseline ACT BLUE Temperatura ( C) Anni 8

9 Con quali strumenti vincere la sfida 9

10 Una rappresentazione stimolante: i cunei di Pacala! 10

11 Occorre un cambiamento di visione Il passato Il sistema di generazione è costituito da centrali di potenza, di elevata efficienza e basse emissioni Il fine è quello di ridurre l incidenza del costo del combustibile e rispettare la normativa e la compatibilità ambientale L obiettivo: ottimizzare la centrale dal punto di vista energetico e ambientale Il futuro Il sistema di generazione è costituito da un mix di centrali di potenza, di elevata efficienza e basse emissioni e sistemi di generazione distribuita basata su fonti rinnovabili, gas naturale e idrogeno in assetto cogenerativo. La città e l industria con tutti i loro sistemi di generazione, distribuzione e accumulo (comprensivi dell auto elettrica) sono considerati un unico impianto virtuale da integrare nel sistema energetico complessivo Sistemi avanzati di domotica e servizi post-contatore consentono il passaggio da vendita di elettricità, a vendita di servizi elettrici, a vendita di benessere. E fortemente sviluppata la mobilità elettrica e/o quella a idrogeno. Il nuovo obiettivo: ottimizzare l intera catena energetica, sfruttando tutte le sinergie possibili! 11

12 L evoluzione fino ad oggi: incrementare l efficienza! ACTUAL COMBINED CYCLE 50 COMBINED CYCLE 1 GENERATION EFFICIENCY, % STEAM CYCLES MW UNIFIED UNIT MW USC CYCLE GAS TURBINE OPEN CYCLE Mid term objectives

13 ... e nel contempo ridurre le emissioni 1.50 Specific Emission of CO2 (kg/kwh) STEAM CYCLES MW GAS TURBINE OPEN CYCLE COMBINED CYCLE 1 GENERATION UNIFIED CYCLE MW USC CYCLE ACTUAL COMBINED CYCLE Mid term objectives EFFICIENCY, % 13

14 La futura centrale, sarà diversa, un polo energetico diversificato... ELETTRICITA 14

15 Catturare l anidride carbonica non è così facile...! Ma possiamo farlo con tecnologie già mature! 15

16 Come concentrare la CO 2 Combustibili fossili Aria Ossigeno Gassificazione H 2 CO 2 Autotrazione Elettricità Stoccaggio Azoto Acqua Combustibili fossili Aria Ossigeno Combustione Elettricità CO 2 Azoto 16

17 Il sequestro geologico in Italia 17

18 Energia nucleare L evoluzione mancata, ma ancora tanta energia dalle tecnologie già mature Iter : Impianto a fusione Superphenix: Impianto a fissione a neutroni veloci Caorso: Impianto a fissione a neutroni termici 18

19 Il reattore EPR - Un progetto evolutivo Armonizzazione dei requisiti di sicurezza francesi e tedeschi Sistema primario simile a quelli già realizzati, ben sperimentato Contenitore di maggiori dimensioni, progettato per eventi sia interni che esterni di maggiore energia (fusione nocciolo, impatto aereo) Quattro treni di sicurezza Flessibilità nella scelta del combustibile e nella durata del ciclo (ciclo standard 18 mesi, estensibile a 22) Miglioramento delle caratteristiche operative (disponibilità 91%) Vita utile 60 anni Simulazione impianto Olkiluoto

20 La cogenerazione distribuita: una grande opportunità di risparmio... Produzione combinata Combustibile 100 Generatore distribuito Elettricità Scambiatore di calore Calore 50 Produzione separata Combustibile Centrale elettrica Centrale termica Elettricità 30 Calore 50 20

21 Le fonti rinnovabile, una scelta ineludibile... Solare termodinamico 4000 /kw, 1200 ore/anno Idroelettrico 1800 /kw, 2000 ore/anno Biomasse 1800 /kw, 5000 ore/anno Solare fotovolatico 6000 /kw, 1200 ore/anno Geotermico 2500 /kw, 8000 ore/anno Eolico 1000 /kw, 1500 ore/anno 21

22 Geotermia: una grande potenzialità Capacità sfruttata ~ MWe Capacità potenziale > MWe 22

23 La Sun Belt 0,70 0,70 Costo dell elettricità da Solare PV e confronto coi prezzi al consumo nelle aree a diverso grado di insolazione (dati al 2005) 0,60 0,60 0,50 0,50 0,45 0,45 0,40 0,40 Lo sfruttamento è potenzialmente applicabile nel campo delle basse e medie latitudini (0-30 ) 23

24 Scenario di competitività in Europa Il raggiungimento di condizioni competitive per il PV è possibile oltre che con la riduzione del costo di impianto anche con esternalità favorevoli 50 Costo elettricità (c /kwh) Prezzo medio europeo elettricità al consumo Impossibilità di sfruttamento del solare in condizioni competitive Fossile senza carbon tax Max Min Fossile carbon tax = 50 /tco 2 Grid parity Insolazione (kwh/m2/anno) 5000 /kw 4000 /kw 2500 /kw Fossile carbon tax=100 /tco /kw 1000 /kw 24 Fotovoltaico Termodinamico Fossile

25 La sfida del progetto Archimede kwh/m L innovazione della soluzione ENEA - ENEL 1350 Priolo Gargallo Utilizzo di sali fusi sia come fluido di captazione dell energia solare, che come fluido di stoccaggio energetico. Ciò comporta la possibilità di operare a temperature (550 C) ben più alte di quelle degli im pianti attuali, sia in esercizio che in progetto. Sviluppo di un tubo ricevitore con coating selettivo progettato per alte temperature e, con altissima selettività in termini di riemissiore termica. Integrazione con un ciclo combinato di ultima generazione e di grande potenza, con benefici in termini di rendimento globale per la sinergia impiantistica 25

26 Le nuove frontiere del solare fotovoltaico... Film Sottile Riduzione del materiale sensibile circa 100 volte, efficienza 6-10% Standard Crystal (400~200μm) 1/100~ 1/200 Si Thin Film (2μm) Giunzione Multipla Incremento dell efficienza oltre il 40%, La concentrazione Riduzione della superficie attiva ( soli), efficienza oltre il 35% 26

27 L evoluzione dell eolico 27

28 dell eolico avanzato... Un parco eolico off-shore Generatore eolico d alta quota 28

29 dello sfruttamento energetico delle biomasse dalla filiera corta ai biocombustibili avanzati Aree agricole Ceneri CO 2 Biomasse Aree forestali Ceneri CO 2 29

30 ... dello sfruttamento dell energia del mare! Macchina per lo sfruttamento dell energia delle correnti marine Frangiflutto a recupero energetico Il livello dell acqua salatasi solleva creando un salto sfruttabile con tecnologie idroelettriche tradizionali 30

31 Risparmio energetico Il Centro Conphoebus di Catania 31

32 Il futuro: un sistema energetico integrato Centrale nucleare Centrale Zero Emission H2 H2 / elettricità Centrale fotovoltaica Centro commerciale H2 Accumulo Ricarica veicoli elettrici H2 Cogenerazione Auto a idrogeno Accumulo Accumulo H2 Industria Ospedale Condominio Centrale eolica Auto elettrica 32

33 Due grandi sfide per il sistema energetico... Realizzare una rete in grado di gestire in maniera efficiente e affidabile la complessità del nuovo sistema energetico La risposta è una rete inteligente....una smart grid Adeguare la molteplicità e l aleatorietà delle fonti energetiche al fabbisogno degli utilizzatori La risposta è la combinazione di adeguati sistemi di accumulo... un energy storage a livello concentrato e distribuito 33

34 Possiamo farcela? dipende da quanto la scienza e la tecnologia saranno capaci di offrire al mondo in maniera tempestiva ed economica le tecnologie necessarie! dipende dalla sensibilità ambientale dei politici che hanno in mano la guida del mondo! dipende soprattutto da noi, dalla convinzione di essere tutti compagni di viaggio sul nostro pianeta, una zattera da salvaguardare con cura mentre naviga nell immensità dell universo! 34

35 This land is your land and this land is my land, sure, but the world is run by those that never listen to music anyway. Bob Dylan, 1970 Grazie per la vostra cortese attenzione! 35