Introduzione al convegno

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1 Workshop Il mercato elettrico: struttura, meccanismi e formazione del prezzo dell'energia elettrica. Ferrara, 29 giugno 2011 Introduzione al convegno Prof. Michele Pinelli Dipartimento di Ingegneria

2 Introduzione Il decreto di liberalizzazione del mercato elettrico (il cosiddetto "decreto Bersani"), datato 19 febbraio 1999, ha sancito l'inizio dell'apertura del mercato elettrico italiano in applicazione della Direttiva Comunitaria CE 96/92. Con la liberalizzazione completa del mercato elettrico gli utenti finali possono scegliere il fornitore tra diverse alternative e negoziare con esso i termini economici della fornitura. Questo oltre a rappresentare una opportunità per l'utente finale è una sfida per il produttore di energia che si trova a dover bilanciare le proprie esigenze che concorrono a determinare il costo dell'energia (manutenzione, ammortamento impianti, costo del combustibile, costo delle emissioni, etc.) con la necessità di essere competitivi nel mercato elettrico. Il workshop darà una panoramica degli aspetti tecnologici, normativi, economici e finanziari che sono alla base del mercato elettrico. In particolare, si analizzeranno le tecnologie di generazione e il loro rapporto con la domanda di energia, il mercato elettrico italiano e il suo interfacciamento con i mercati esteri, gli strumenti finanziari legati all'energia elettrica e ai combustibili. L'obiettivo del workshop è quello di fornire le conoscenze necessarie alla comprensione dei meccanismi che contribuiscono alla formazione del prezzo dell'energia elettrica.

3 Programma 10:00-10:15 Introduzione: le tecnologie di generazione elettrica. Michele Pinelli, Dipartimento di Ingegneria, Università degli Studi di Ferrara 10:15-10:30 Introduzione: la domanda elettrica e gli aspetti critici della penetrazione delle rinnovabili Mirko Morini, Laboratorio per la Meccanica Avanzata MechLav, Università degli Studi di Ferrara 10:30-11:15 Il mercato elettrico all'ingrosso in Italia. Stefano Verde, Hera Trading S.r.l. 11:15-12:00 I mercati finanziari dell'energia Francesco Bertusi, VERBUND Trading AG 12:00-12:45 Modelli matematici per la previsione del prezzo dell energia. Francesco Rotondo, Hera Trading S.r.l. 12:45-13:00 Discussione

4 Workshop Il mercato elettrico: struttura, meccanismi e formazione del prezzo dell'energia elettrica. Ferrara, 29 giugno 2011 Introduzione: le tecnologie di generazione elettrica Prof. Michele Pinelli Dipartimento di Ingegneria

5 Introduzione

6 Energia L energia è definita come la capacità di un corpo di compiere lavoro. La sua unità di misura nel sistema internazionale è il joule (J), che corrisponde al lavoro fatto per spostare un punto di un metro vincendo una forza di un newton. Sostanzialmente un joule corrisponde all energia necessaria per alzare di un metro una massa di un ettogrammo. Per l energia elettrica si usa in genere il chilowattora (kwh) che corrisponde a kj cioè J Un altra unità molto usata è la chilocaloria (kcal).

7 Potenza La potenza è definita come il lavoro compiuto nell unità di tempo. Si misura in chilowatt (kw) nel sistema internazionale, mentre è molto usato anche il cavallo vapore (CV). Il cavallo vapore è definito come la potenza necessaria per alzare di un metro in un secondo un peso di 75 kgp (la corporatura media di un uomo). Non bisogna confondere il kwh (energia) con il kw (potenza)

8 Altre definizioni Il rendimento di una macchina è il rapporto tra l energia messa a disposizione dalla macchina (energia utile) e l energia messa a disposizione della macchina (energia lorda) Il potere calorifico di un combustibile è l energia sviluppata dalla combustione di un unità (massa o volume) di combustibile es: gas naturale (Russo) 8100 kcal/m 3 gas naturale (Algeria) 8300 kcal/m 3 carbone 6000 kcal/kg stocco di mais 4060 kcal/kg

9 Speranza di vita [anni] Qualità della vita ed energia 90 Macao 80 Libia Cina 70 Media India Russia 60 Cambogia Giappone Canada U.S.A. Emirati Arabi Uniti Italia Norvegia Islanda Lesotho Swaziland Fonte: CIA World Factbook Consumo pro capite [kwh el /anno]

10 Qualità della vita ed energia Per sostenere la qualità della vita serve energia: uno scolaro necessita di 400 kwh/anno [1] un universitario di kwh/anno [1] un letto d ospedale di kwh/anno [2] un carcerato di kwh/anno [3] La correlazione non è lineare. Oltre un certo limite di consumo non c è un effettivo miglioramento della qualità della vita. Noi italiani possiamo facilmente ridurre i nostri consumi senza intaccare la qualità della nostra vita. [1] AA.VV., 2003, The UK Potential for Community Heating with Combined Heat and Power, Building Research Establishment Ltd. [2] Piacentino, A., 2004, Applicazioni della cogenerazione e della trigenerazione in edifici residenziali e del terziario civile: analisi energetica, exergetica ed economica delle diverse soluzioni impiantistiche utilizzabili, Università degli Studi di Palermo. [3] AA.VV., 2004, Energy Consumption Guide ECG084 Energy Use in Prisons, Action Energy.

11 Le tecnologie

12 Impianti termoelettrici a vapore

13 Impianti termoelettrici a vapore Tipo di tecnologia: ciclo a vapore Combustibili: nucleare, carbone, olio, gas naturale, biomasse solide, rifiuti Descrizione: attraverso la combustione in caldaie, si genera vapore che viene poi espanso in una turbina convertendo l energia del vapore in energia meccanica e poi elettrica.

14 Impianti termoelettrici a vapore Tipo di tecnologia: ciclo a vapore Combustibili: nucleare, carbone, olio, gas naturale, biomasse solide, rifiuti Descrizione: attraverso la combustione in caldaie, si genera vapore che viene poi espanso in una turbina convertendo l energia del vapore in energia meccanica e poi elettrica. Programmabilità: è possibile prevedere accensioni e spegnimenti che però richiedono alcune ore, difficile la regolazione del carico. E possibile prevedere il funzionamento in modalità cogenerativa producendo energia elettrica e vapore di processo in contemporanea. Taglie e rendimenti stato dell arte: 200 kw a 1-2 GW con rendimenti che variano da 15 % (ORC) a 45 % (USC) Costi: CAPEX 10 /MWh OPEX 22 /MWh (carbone) [4] CAPEX 26 /MWh OPEX 20 /MWh (nucleare) [4] Flessibilità: bassa [4] Vattenfall, 2007, Global Mapping of Greenhouse Gas Abatement Opportunities up to 2030 Energy

15 Turbogas

16 Turbogas Tipo di tecnologia: Turbine a gas Combustibili: gas naturale Descrizione: produce energia attraverso la combustione. E composto fondamentalmente da un compressore, una camera di combustione ed una turbina. La combustione eleva il contenuto energetico dell aria compressa dal compressore che tramite l espansione in turbina, produce energia meccanica convertita poi in elettrica.

17 Turbogas Tipo di tecnologia: Turbine a gas Combustibili: gas naturale Descrizione: produce energia attraverso la combustione. E composto fondamentalmente da un compressore, una camera di combustione ed una turbina. La combustione eleva il contenuto energetico dell aria compressa dal compressore che tramite l espansione in turbina, produce energia meccanica convertita poi in elettrica Programmabilità: permette una totale programmazione in quanto può essere regolato da funzionamento a carico nullo fino a pieno carico in pochi minuti. E possibile anche programmare lo spegnimento e la riaccensione con frequenze giornaliere. Taglie e rendimenti stato dell arte: 30 kw (microturbine) fino a 300 MW con rendimenti tra il 30 % e il 40 %. Costi: CAPEX 27 /MWh OPEX 69 /MWh [4] Flessibilità: molto alta

18 Impianti combinati gas-vapore

19 Impianti combinati gas-vapore Tipo di tecnologia: Turbine a gas ed a vapore Combustibili: gas naturale e carbone (IGCC) Descrizione: questa tecnologia è quella che permette il più alto rendimento di conversione dei combustibili fossili. E basata su turbine a gas (del tutto simili ai motori aeronautici) e turbine a vapore (alimentate da vapore generato col recupero dei gas caldi della turbina)

20 Impianti combinati gas-vapore Tipo di tecnologia: Turbine a gas ed a vapore Combustibili: gas naturale e carbone (IGCC) Descrizione: questa tecnologia è quella che permette il più alto rendimento di conversione dei combustibili fossili. E basata su turbine a gas (del tutto simili ai motori aeronautici) e turbine a vapore (alimentate da vapore generato col recupero dei gas caldi della turbina) Programmabilità: è possibile pensare a spegnimenti frequenti (settimanali e al limite notturni) e la turbina a gas permette una comoda regolazione del carico. E possibile prevedere il funzionamento in modalità cogenerativa producendo energia elettrica e vapore di processo in contemporanea. Taglie e rendimenti stato dell arte: da decine di megawatt a 400 MW con rendimenti fino al 61 %. Costi: CAPEX 8 /MWh OPEX 41 /MWh (NGCC) [4] CAPEX 20 /MWh OPEX 18 /MWh (IGCC) [4] Flessibilità: alta (prese di carico fino a 50 MW/min)

21 Motori alternativi

22 Motori alternativi Tipo di tecnologia: Motori endotermici alternativi Combustibili: olio, gas naturale, bioliquidi Descrizione: il principio di funzionamento è quello dei motori per autotrazione, la combustione all interno di un cilindro permette il moto alternato di un pistone che viene trasformato attraverso una serie di meccanismi in un moto rotatorio che trasmette la potenza ad un alternatore per la trasformazione in elettricità. Programmabilità: permette una totale programmazione in quanto può essere regolato da funzionamento a carico nullo fino a pieno carico in pochi minuti. E possibile anche programmare lo spegnimento e la riaccensione con frequenze giornaliere. Taglie e rendimenti stato dell arte: fino a 20 MW con rendimenti fino al 49 %. Flessibilità: molto alta

23 Pannelli fotovoltaici Turbine eoliche

24 Le rinnovabili Tipo di tecnologia: Generatori eolici ad asse orizzontale Descrizione: Lo sfruttamento dell energia eolica avviene attraverso la conversione dell energia cinetica dell aria in energia meccanica, in grado di azionare generatori elettrici. Programmabilità: dipendendo dalla velocità del vento incidente sulle pale del generatore la produzione di energia elettrica non è programmabile. Taglie: da decine di kw a 5 MW/rotore Costi: CAPEX 46 /MWh (on-shore) [4] OPEX 18 /MWh [4] CAPEX 58 /MWh (off-shore) [4] OPEX 95 /MWh [4] Tipo di tecnologia: Solare fotovoltaico piano Descrizione: l energia solare fotovoltaica risulta dalla trasformazione diretta della luce del sole in energia elettrica mediante cellule generalmente a base di silicio. Per ottenere una potenza sufficiente, le cellule sono collegate tra di loro e costituiscono il modulo, chiamato anche pannello solare. Programmabilità: dipendendo dalla radiazione solare incidente sui pannelli la produzione di energia elettrica non è programmabile. Taglie: pochi kw fino a MW Costi: CAPEX 344 /MWh [4] OPEX 80 /MWh [4]

25 Grazie per l attenzione. DOMANDE? Prof. Michele Pinelli michele.pinelli@unife.it