Analisi di Scenario a supporto delle politiche e strategie energetiche

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1 Analisi di Scenario a supporto delle politiche e strategie energetiche Maria Gaeta maria.gaeta@enea.it ENEA - Unità Centrale Studi e Strategie Università degli Studi di Roma «La Sapienza» - Facoltà di Sociologia Roma, 4 dicembre 2014

2 Sommario Visione di Sistema Il modello TIMES-Italia Analisi di Scenario Principali risultati e analisi Conclusioni 2 2

3 Visione di Sistema

4 Visione di Sistema Ambiente Valutazione delle interazioni e sinergie Energia Economia Approccio di Sistema Un approccio di sistema è importante per comprendere e discutere questioni politiche complesse e problematiche, come l'influenza delle tematiche energetiche sulla crescita economica, lo sviluppo tecnologico, la sicurezza nazionale e la conservazione ambientale, solo per citarne alcuni. L'approccio di sistema aiuta i decisori pubblici a districare la complessità di queste connessioni. Pur tenendo conto di molteplici obiettivi, vincoli e risorse, si propone di specificare la possibile linea di azione, insieme con i loro rischi, costi e benefici. 4 Connessioni con gli aspetti sociali 4

5 Visione di Sistema Complex system (impossibile la sperimentazione) Key role of technology interdisciplinary approach: Energy System Analysis High Uncertainty Capital intensity and Long-term horizon In un ottica di Visione di Sistema si può rispondere alle Policy questions/analysis: Impatto sul sistema energetico di politiche energetiche e ambientali Efficacia e/o interazioni di misure o politiche Ruolo delle opzioni tecnologiche nella decarbonizzazione Impatto di vincoli/potenziali su risorse fossili e fonti rinnovabili Costo di sistema di politiche e misure energetiche 5

6 Visione di Sistema Primary energy supply Lignite resources Oil resources Coal resources Gas resources Residual wood Area PV, Solarthermal, Energy crops Oil import Coal import Gas import Area Wind Modellizzazione di un Reference Energy System Conversion sector Coal processing Refinery Gas processing Elec sector Coal cond. PP Lignite cond. PP Coal IGCC PP Gas CC PP Wind converter CHP sector Coal CHP Coal CHP Gas CC CHP Biomass CC CHP Electrolysis Gasification Liquefication End-use sectors Residential Gas heating Oil heating Elc. heating Local heat grid Gas water boiler Elc. water boiler Elc. heat pump Commercial Room heat boilers Process heat boilers Warm water boilers Industry Industrial boilers Transport Gasoil car Gasoline car LH2 car Busses Trucks

7 Il modello TIMES-Italia

8 Il modello TIMES-Italia Suite di modelli in UC STUDI_AST GAINS Impatti su emissioni di inquinanti atmosferici Impatti sul sistema elettrico PLEXOS TIMES ITALIA SAM Impatti su sistema economico GTAP Impatti su commercio internazionale e competitività 8 8

9 Il modello TIMES-Italia Il TIMES-Italia è un modello di ottimizzazione che appartiene alla famiglia MARKAL- TIMES, generatori di modelli di equilibrio economico parziale sviluppati nell ambito dell Energy Technology Systems Analysis Programme (ETSAP) dell IEA. Paesi in cui viene usato un modello della famiglia MARKAL-TIMES 9

10 Il modello TIMES-Italia Principali Attività di Analisi di Scenario dell UCSTUDI - Supporto nel 2014 al MISE, MATTM e PCDM per l Impact Assessment della decarbonizzazione al Progetto con Assogasliquidi sulle Valutazioni di impatto di politiche relative allo sviluppo di uso di Biomasse al Supporto alla Strategia Energetica Nazionale del Ministero dello Sviluppo Economico A Renewable Energy Roadmap IRENA supporto a REmap Sviluppo per il MiSE di un sistema integrato per le valutazioni di impatto del sistema ETS. - Supporto al Ministero dell Ambiente sulle politiche ambientali (Delibera CIPE su protocollo di Kyoto) - Energy Efficiency Action Plans PAEE 2011, analisi di targets e misure ed effetti sul risparmio di energia primaria. - Analisi di un differente sistema di incentivazione alle FER in collaborazione con Confindustria. - Rapporto Energia e Ambiente - REA (e ulteriori pubblicazioni ENEA) 10

11 Il modello TIMES-Italia Il modello TIMES-Italia fornisce una rappresentazione matematicamente formalizzata del sistema energetico italiano inteso come l insieme di flussi di risorse energetiche (commodities), tecnologie e della rete di connessioni (fisiche e non) che le mette in relazione. Costruito a partire dal 2008 a partire dal modello ETSAP-TIAM Anno base di calibrazione 2006 e 2010 Time horizon: di 42 domande di servizi energetici Dettagliata rappresentazione del settore elettrico Centinaia di tecnologie caratterizzate con dati validati e documentati Risoluzione di un sistema con equazioni Autori: Gaeta, Baldissara

12 TIMES-Italia LOGICA del modello: l equilibrio E un modello bottom-up di ottimizzazione intertemporale che minimizza il costo totale del sistema energetico in funzione di vincoli ambientali e tecnologici partendo dalla descrizione delle tecnologie e dei flussi del sistema energetico (consumi, costi e emissioni). Per ogni run TIMES simultaneamente ricalcola: Energia prodotta, consumata e prezzi Technology adoption Emissioni e prezzo marginale della CO2 Variabili Climatiche Domanda dei servizi energetici Quantità e prezzi sono in equilibrio: per tutti i settori, periodi e regioni All equilibrio è massimizzato il surplus totale (produttori + consumers surpluses) attraverso la programmazione lineare 12 12

13 TIMES-Italia LOGICA del modello: principio di sostituzione La domanda di servizio energetico può essere soddisfatto con diverse tecnologie Conversion e differenti combustibili. sector Primary energy supply Coal processing Il rinnovo del parco tecnologico può avvenire Lignite resources Refinery per naturale sostituzione o può essere accelerato dall introduzione nel Gas processing mercato di Oil resources tecnologie innovative. Oil import Elec sector Coal cond. PP Coal resources Lignite cond. PP Coal import Coal IGCC PP Gas CC PP Gas resources Wind converter Gas import CHP sector Coal CHP Residual wood Coal CHP End-use sectors Residential Gas heating Oil heating Elc. heating Local heat grid Gas water boiler Elc. water boiler Elc. heat pump Commercial Room heat boilers Process heat boilers Warm water boilers Industry Industrial boilers Substitution options Area PV, Solarthermal, Energy crops Gas CC CHP Biomass CC CHP Transport Gasoil car Area Wind Electrolysis Gasification Liquefication Gasoline car LH2 car Busses Trucks 13 13

14 TIMES-Italia LOGICA del modello: interdipendenza Modifiche (quali investimenti, Piani energetici ) nel sistema energetico determinano lo spostamento verso un nuovo punto di equilibrio. Primary energy supply Oil resources Oil import Coal resources Coal import Gas resources Gas import Residual wood Conversion sector Esempio: Coal processing - Sostituzione di centrali a gas con impianti nucleari Lignite resources Refinery -Variazione del prezzo dell'energia elettrica - Variazione della domanda di elettricità negli usi finali Gas processing Elec sector Coal cond. PP Lignite cond. PP Coal IGCC PP Gas CC PP Wind converter CHP sector Coal CHP Coal CHP End-use sectors Residential Gas heating Oil heating Elc. heating Local heat grid Gas water boiler Elc. water boiler Elc. heat pump Commercial Room heat boilers Process heat boilers Warm water boilers Industry Industrial boilers Area PV, Solarthermal, Energy crops Gas CC CHP Biomass CC CHP Transport Gasoil car Area Wind Electrolysis Gasification Liquefication 14 Gasoline car LH2 car Busses Trucks 14

15 Il modello TIMES-Italia Le tecnologie sono rappresentate quantitativamente da grandezze: - fisiche, economiche ed ambientali (relative sia al livello tecnologico esistente, sia a quello prevedibile in futuro) Descrizione Start year EFF Life Invcost ( /kw) Fixom ( /kw) Varom ( /GJ) Ore equiv. Disponib. picco (p.u.) Impianto eolico tipo A , ,0 0, ,20 Impianto eolico tipo B , ,0 0, ,20 Impianto eolico tipo C , ,0 0, ,20 Impianto eolico tipo D , ,0 0, ,20 Impianto eolico Off-shore , ,0 0, ,25 Impianto eolico Off-shore Acque profonde , ,0 0, ,25 Impianti a biomassa scarti , ,0 1, ,00 Impianti a biomassa fil , ,0 1, ,00 Imp a biomassa scarti cocombustione (1) , ,0 1, ,00 Imp a biomassa fil. Cocombustione (1) , ,0 1, ,00 Mini Idraulico , ,0 0, ,30 Mini Idraulico >1 MW , ,0 0, ,30 Impianto geotermico AT , ,0 0, ,00 Impianti fotovoltaici (tetti FV) , ,0 0, ,30 Impianti fotovoltaici (a terra) , ,0 0, ,30 Biogas Agro-Zoo , ,0 0, ,70 Biogas Discarica , ,0 3, ,50 Solare Termodinamico , ,0 13, ,70 15 Principali parametri delle tecnologie di generazione elettrica da fonti rinnovabili 15

16 Il modello TIMES-Italia Le tecnologie basate su FER possono essere caratterizzate da ulteriori parametri, quali sistemi di incentivazione e stima del potenziale In TIMES-Italia è possibile incentivare la produzione di energia el. da gruppi e/o singole tecnologie, differenziando il valore dell incentivo nel tempo e secondo la taglia degli impianti (alla luce dei potenziali fisici) - certificati verdi - «conto energia» per FV - Altro

17 Analisi di Scenario

18 Analisi di Scenario <<UNO SCENARIO NON E UNA PREVISIONE!>> Obiettivo dell analisi mediante scenari è ipotizzare configurazioni alternative del sistema energetico e descrivere uno dei tanti futuri possibili quantificando le implicazioni e la compatibilità di strategie/politiche su usi energetici, economia ed ambiente Il ricorso ad analisi di scenario ha l obiettivo di esplorare possibili traiettorie di sviluppo tenendo insieme tutte le componenti del sistema, un elemento essenziale per garantire: Valutazione della compatibilità di diverse politiche energetiche modello matematico quantitativo COERENZA SCENARI ENEA RIPRODUCIBILITA TRASPARENZA 18

19 Analisi di Scenario Le principali domande attorno a cui è incentrata un analisi di scenario: E possibile sviluppare il sistema energetico e ridurre in modo radicale le emissioni climalteranti? Quali tecnologie sono in grado di determinare cambiamenti radicali del sistema energetico italiano nei prossimi decenni? Quali azioni sono necessarie (investimenti, infrastrutture, ) per soddisfare il fabbisogno energetico lungo le diverse traiettorie? In che modo queste traiettorie interagiscono con gli obiettivi di un sistema energetico più competitivo dal punto di vista economico e più sicuro dal punto di vista degli approvvigionamenti? È possibile raggiungere i target europei di emissione con le politiche in campo? Scenari Esplorativi (definiscono n percorsi possibili o storylines di sviluppo del sistema energetico) Scenari Politici (simulano strategie per il raggiungimento di target prefissati) 19 19

20 Analisi di Scenario Scenario Planning: VARIABILI GUIDA NEL SISTEMA ENERGETICO ITALIANO A. Stringenza delle politiche contro il cambiamento climatico B. Prezzi dell energia sui mercati internazionali C. Incertezza sulla stabilità degli approvvigionamenti e politiche di sicurezza energetica D. Crescita economica e sue caratteristiche (settori energy intensive) E. Rilievo dei costi economici delle politiche (rispetto ad altri criteri: emissioni di gas-serra, qualità dell aria, sicurezza energetica, ) F. Crescita demografica G. Diffusione di stili di vita meno energivori H. Influenza delle scelte sovra-nazionali sul sistema I. Attribuzione centralizzata o decentrata delle responsabilità decisionali (governo, regolatori, enti locali) J. Equilibrio fra programmazione e mercato e ruolo strategico delle imprese private K. Struttura dei mercato dell energia L. Progresso delle tecnologie di sequestro e cattura della CO2 M. Facilità di interconnessione per la generazione distribuita N. 20

21 Analisi di Scenario LE INCERTEZZE CRITICHE 21

22 Analisi di Scenario Albero degli Scenari, Variabili chiave e Storylines L analisi di scenario è costruita attorno ad incertezze critiche, rappresentate quantitativamente da variabili-chiave ciascuna delle quali può evolvere lungo due traiettorie alternative

23 Principali Risultati e Analisi

24 Principali risultati e analisi Dall ultimo rapporto Scenari e Strategie 2013 ( ENERGIA-E-AMBIENTE-1/RAPPORTO-ENERGIA-E-AMBIENTE-SCENARI-E-STRATEGIE-2013): uno Scenario di Riferimento, che non prevede nuove politiche oltre quelle già in essere ma che include gli effetti del PAN e del PAEE e dei vincoli del pacchetto Energia Clima; uno Scenario Roadmap 2050, che prevede un abbattimento dell 80% delle emissioni al 2050, con tappe intermedie di riduzione di circa il 40% entro il 2030 e il 60% entro il I drivers (o variabili chiave) di questi scenari sono: lo sviluppo economico (evoluzione del PIL e valori aggiunti settoriali); la dinamica demografica (dimensione delle famiglie) e l intensità energetica degli stili di vita; il costo dell'energia (in particolare il prezzo di mercato delle fonti energetiche tradizionali); Importante è anche la rappresentazione delle politiche vigenti 24

25 Principali risultati e analisi PIL: dal 2014 inversione del trend negativo degli ultimi anni, recupero inizialmente lento fino al Per il periodo dinamica tutta positiva con un tasso di crescita di circa 1,35% m.a. (stesse ipotesi di base per le analisi di scenario della Commissione Europea) Le dinamiche demografiche per l Italia al 2050 basate su Previsioni demografiche 1 gennaio ISTAT (scenario centrale). I prezzi delle fonti fossili sono mutuati dagli scenari in fase di elaborazione dalla Commissione Europea Ipotesi di evoluzione dei prezzi delle fonti fossili ( per boe - Barile equivalente di petrolio) Petrolio Gas Carbone

26 Mt CO2 600 Principali risultati e analisi Emissioni di CO2 e contributo dei settori alla decarbonizzazione negli scenari ENEA (Mt CO2) % rispetto 1990 Riferimento Trasporti 300 Civile Industria 200 Generazione % rispetto Roadmap Fonte: Elaborazioni ENEA Contributo dei settori alla decarbonizzazione: La generazione elettrica 34% (tecnologie CCS, fonti rinnovabili, smart grid). Il settore civile 22% (aumento dell efficienza energetica e alla sostituzione di fossili con FER). Il settore trasporti 26% (auto elettriche, biocarburanti II a e III a generazione e shift modale). Il settore industriale 18% (efficientamento ed elettrificazione di processi, ricorso a CCS). 26

27 Mtep Mtep Principali risultati e analisi Import elettrico Rinnovabili Biomasse e rifiuti Idroelettrico Natural gas Mix delle fonti primarie nello Scenario di Riferimento, Mtep Fonte: Elaborazione ENEA Petrolio Carbone Import elettrico netto Rinnovabili Biomasse e rifiuti Idroelettrico Natural gas Petrolio Carbone Mix delle fonti primarie nello Scenario Roadmap 2050, Mtep 27

28 gco2/kwh Principali risultati e analisi 100% Share del mix di generazione elettrica nello scenario di Riferimento (sin) e Roadmap (dx), % 100% 80% 80% 60% 60% 40% 40% 20% 20% 0% % % m.a Riferimento Roadmap Fonte: Elaborazione ENEA Emissioni specifiche del parco di generazione elettrico, Scenari ENEA, gco2/kwh % m.a % m.a 28

29 TWh Principali risultati e analisi Le fonti rinnovabili nella generazione elettrica, TWh Eolico Solare Geotermia Biomasse Idro Fonte: Elaborazione ENEA 29

30 Mtep Principali risultati e analisi Consumi finali di energia per settore nello Scenario Roadmap, Mtep 140 Industria Terziario Residenziale Trasporti Fonte: Elaborazioni ENEA Importante ruolo per l efficienza energetica 30

31 Principali risultati e analisi 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Elettrificazione dei settori di uso finale Industria Residenziale Terziario Trasporti Settore elettrico e settori di uso finale in contrapposizione Fonte: Elaborazioni ENEA Trasporti Industria Civile 46% 60% 35% 36% 38% 26% 22% 27% 12% 1% 2% 2% Riferimento Roadmap 31

32 Mtep Principali risultati e analisi Le rinnovabili nei settori di uso finale: in % e in Mtep 45% 20 40% 18 35% 16 30% 25% 20% 15% FER (Mtep) Residenziale Terziario Industria Trasporti 10% 4 5% 2 0% Fonte: Elaborazioni ENEA Nota: Sono inclusi i rifiuti 32

33 Mld Principali risultati e analisi Variazione dei costi totali cumulati tra scenario di Roadmap e scenario di Riferimento Var Costi TOTALI Costo investimenti tecnologie energetiche Costo importazioni nette di energia Costi di esercizio Fonte: Elaborazione ENEA Nota: I costi per periodo sono scontati al tasso del 5% e riportati al Non includono i costi delle infrastrutture. 33

34 Conclusioni 34

35 Conclusioni Quali indicazioni dalle Analisi di Scenario? Valutazione del raggiungimento dei target europei di emissione Analisi della sicurezza energetica (opzioni import, differenziazione fonti, altri aspetti.) Settori che presentano i maggiori margini di riduzione dei consumi (o di emissioni) Interventi con miglior rapporto costi- benefici Priorità di intervento Studi di allocazione ottimale di investimenti oltre che di spese annuali Analisi della competitività delle tecnologie o delle catene energetiche Il TIMES-Italia come strumento di Supporto per il decisore pubblico Importanza dell integrazione con altri strumenti modellistici (GAINS, SAM, GTAP ) per fornire un analisi completa dell intero sistema 35

36 GRAZIE per l ATTENZIONE Relatore: maria.gaeta@enea.it studi@enea.it 36