RELAZIONE ANALISI DELLE EMISSIONI DI CO 2 NELLE DIVERSE FONTI ENERGETICHE. Dipartimento di Economia e Ingegneria Agraria, Forestale e Ambientale

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1 Dipartimento di Economia e Ingegneria Agraria, Forestale e Ambientale Università di Torino - Italia RELAZIONE ANALISI DELLE EMISSIONI DI CO 2 NELLE DIVERSE FONTI ENERGETICHE Stefano Bechis Francesco Marangon Grugliasco, ottobre

2 INDICE INTRODUZIONE...Pag. 3 OBIETTIVI Pag. 3 ANALISI DELL INTENSITÀ DI EMISSIONI.Pag. 3 DETERMINAZIONE DEL COSTO DELLA CO2 RISPARMIATA...Pag. 4 ANALISI DEI COSTI... Pag. 6 ANALISI DELLA COGENERAZIONE A CIPPATO Pag. 15 ANALISI DEI COSTI DELLA COMBUSTIONE DI BIOMASSA A FINI ENERGETICI....Pag. 17 CONCLUSIONI..Pag. 24 ALLEGATI INTENSITÀ DI EMISSIONE.Pag. 27 RISPARMIO DI CO2 Pag. 31 COSTO DEL RISPARMIO DI CO2...Pag. 33 BIBLIOGRAFIA SITOGRAFIA 2

3 INTRODUZIONE: La seguente relazione consiste in uno studio bibliografico sulle emissioni di anidride carbonica derivante dall utilizzo di diverse fonti energetiche. La ricerca dei dati e delle metodologie di calcolo è avvenuta principalmente mediante l utilizzo di Internet e materiale fornito dal Dipartimento di Economia, Ingegneria Agraria, Forestale ed Ambientale (DEIAFA), sez. Meccanica. OBIETTIVI: Lo studio condotto ha come primo obiettivo quello di individuare l intensità delle emissioni di anidride carbonica derivante dall impiego di diverse fonti energetiche, per lo più alternative. Il livello di emissioni è quantificato in grammi di CO 2 su ogni kwh prodotto. Il secondo obiettivo dell analisi consiste nell individuazione del costo unitario imputabile al risparmio della CO 2, espresso in per ogni tonnellata di CO 2 risparmiata. L analisi di questi parametri permette di confrontare le diverse tecnologie in termini di emissioni in modo tale da meglio comprendere l effettivo impatto sull ambiente ed il reale vantaggio derivante dall impiego di tali fonti rinnovabili. La determinazione di questo parametro è avvenuta con due differenti modalità di calcolo: la prima considerando le tariffe incentivanti attualmente applicate come dato di costo, mentre la seconda utilizzando l effettivo costo dell impianto, comprensivo dei costi di costruzione installazione e manutenzione. Successivamente si è proceduto alla determinazione del costo di produzione del kwh in modo da avere un ulteriore parametro di confronto. Infine si è posta notevole attenzione alle biomasse, dove si è approfondito il settore della cogenerazione per comprendere, se e quando, sia effettivamente vantaggioso e per verificare quali caratteristiche deve avere l impianto per rispettare i requisiti minimi (ma non vincolanti) della relazione programmatica sull energia della Regione Piemonte. ANALISI DELL INTENSITA DI EMISSIONI: La prima operazione effettuata per condurre questa indagine è stata la scelta della fonti energetiche e le rispettive caratteristiche peculiari; sono state, pertanto, incluse in questo studio le seguenti fonti energetiche: solare fotovoltaico, solare termico, solare termodinamico, eolico, idroelettrico, energia da correnti marine, nucleare, geotermico, e la vasta famiglia delle biomasse. Ogni fonte energetica è stata poi suddivisa nei diversi ambiti d applicazione o nelle varie tipologie di impianto previste in modo tale da rendere più accurata la stima del livello di emissioni di CO 2. La metodologia più utilizzata per il calcolo delle emissioni è l analisi del ciclo di vita LCA, regolamentata dalla norma ISO 14040, la quale considera il livello di emissioni per tutti le fasi del ciclo di vita del prodotto, partendo dai materiali impiegati per la costruzione sino alle fasi di impiego e dismissione. Per alcune tecnologie, non essendo disponibili dati derivanti da analisi LCA, si è ricorso al altri metodi di calcolo quali ad esempio l analisi dell effetto serra potenziale GWP (Global Warming Potential), lo studio delle GHG (Greenhouse Gas Emissions), l analisi GGC (Greenhouse Gas Cost) e l analisi NET (Net Energy Requirement). I dati reperiti da questi metodi di calcolo alternativi sono stati opportunamente convertiti e applicati alle condizioni standard per poter giungere al risultato desiderato. Di seguito, nel grafico 1, è possibile osservare la diversa intensità di emissioni da parte di tutte le fonti energetiche prese in esame. Per semplicità sono riportate esclusivamente le fonti e non le diverse tipologie di impianto di ciascuna di esse; pertanto il grafico riporta dei valori medi, suscettibili di notevole variabilità come è possibile vedere nella tabella dettagliata in allegato. Si precisa che all interno delle biomasse non 3

4 sono state considerate quelle derivanti dai rifiuti (fermentazione, gas di discarica e termodistruzione) in quanto avrebbero generato un dato finale disomogeneo e poco rappresentativo per via della forte intensità di emissioni tipiche di questa destinazione d uso (vedi allegati). Grafico 1: Intensità di emissioni delle varie fonti 600 Intensità di emissioni g CO 2 /kwh Valore medio Min -Max DETERMINAZIONE DEL COSTO DELLA CO 2 RISPARMIATA: In seguito all analisi dell intensità di emissioni è stato calcolato il costo che si avrebbe per risparmiare una tonnellata di CO 2 con l impiego delle diverse fonti energetiche. Questo parametro permette di capire quanto sia effettivamente efficace una tecnologia in termini di emissioni e consente un rapido confronto tra di esse. Per la determinazione del risultato finale sono state prese in considerazione le tariffe incentivanti attuali, e cioè quelle applicate dal conto energia, dalle tariffe omnicomprensive e dai certificati verdi. Si è, poi, ritenuto opportuno confrontare l intensità di emissioni di CO 2 con quelle di tre combustibili fossili: gas, petrolio e carbone per le tecnologie in grado di produrre energia elettrica e gas, GPL e gasolio per quelle che, invece, producono energia termica. Di seguito viene illustrato il procedimento per determinare il costo del risparmio di CO 2 : 4

5 dalla differenza tra l intensità di emissioni del combustibile fossile e l intensità di emissioni della fonte rinnovabile si determina il risparmio di CO 2 R CO2 = IdE cf - IdE fr [g CO 2 /kwh] Rapportando a 1000 il risparmio di CO 2 e moltiplicando per il valore della tariffa incentivante si ottiene il costo di un kg di CO 2 risparmiata C kg CO2 = (1000/R CO2 ) x T [ /kg di CO 2 risparmiata] Infine moltiplicando per 1000 il valore ottenuto si determina quanto costa risparmiare una tonnellata di CO 2 C t CO2 = C kg CO2 x 1000 [ /t di CO 2 risparmiata] Dove: R CO2 è il risparmio di CO 2 espresso in g CO 2 /kwh IdE è l intensità di emissioni espresso in g CO 2 /kwh Cf indica il combustibile fossile Fr indica la fonte rinnovabile C rappresenta il costo del risparmio di CO 2 T è la tariffa incentivante espressa in /kwh Grafico 2: Costo del risparmio di emissioni, tariffa applicata plicata al fotovoltaico pari a Di particolare interesse sono i 0,36 /kwh dati ottenuti per il fotovoltaico che, se confrontato con l eolico e l idroelettrico, non risulta così vantaggioso quanto si pensa. Osservando i grafici 2 e 3 risulta ben chiaro che l attuale tariffa del fotovoltaico (0,36 /kwh) è molto elevata non rendendo di fatto competitiva questa tecnologia. Tuttavia se la tariffa venisse abbassata a 0,22 /kwh, il fotovoltaico sarebbe notevolmente più competitivo nei confronti dell eolico e dell idroelettrico. E stato scelto il valore di 0,22 /kwh in quanto corrisponde alla metà del primo incentivo applicato per il fotovoltaico nel 2005, inoltre questa tariffa ipotetica permette ancora la remunerazione del kwh prodotto 5

6 Grafico 3: Costo del risparmio di emissioni, tariffa applicata al fotovoltaico pari a 0,22 /kwh (corrisponde alla metà della prima tariffa applicata nel 2005 e garantisce la remunerazione del kwh prodotto) con la suddetta tecnologia; è stato calcolato che il kwh è remunerato fino ad una tariffa di 0,18 /kwh. L intera tabella contenente tutti i dati di tutte le tecnologie è consultabile negli allegati. E importante sottolineare che questo procedimento può essere applicato plicato non solo per la determinazione del costo del risparmio di CO 2 ma anche per un eventuale ed innovativo metodo di incentivazione. Infatti quantificare la tariffa incentivante in funzione dell effettivo risparmio ottenibile da una tecnologia potrebbe essere un valido e proporzionato metodo. ANALISI DEI COSTI: In seguito alla determinazione del costo della CO 2 si è ritenuto opportuno ricostruire l andamento dei costi dal 2005 ad oggi delle tecnologie fotovoltaiche ed eoliche in modo da poter stimare il costo per il risparmio di CO 2 in termini del prezzo dell impianto e non più in funzione della tariffa incentivante applicata. L indagine condotta sul fotovoltaico ha fornito essenzialmente due risultati, rispettivamente per le tecnologie a silicio e per le tecnologie a film sottile (grafico 4). I valori riportati sono espressi in /kwp e comprendono la costruzione dei moduli, i costi di progettazione e installazione e i costi di manutenzione dell impianto. Pertanto si riscontra un andamento decrescente per entrambe le tipologie anche se le Grafico 4: Andamento dei costi del fotovoltaico dal 2005 al [55]-[56]-[57]-[58]-[59]-[60] -[61]-[62]-[63]-[77]-[78] 6

7 tecnologie a silicio hanno subito tra il 2007 e il 2008 un aumento del prezzo. Ciò è spiegato dal fatto che, in quegli anni, si è assistito ad un incremento delle richieste sul mercato delle tecnologie a silicio nonostante l offerta non fosse in grado di soddisfare le esigenze. Le tecnologie a film sottile, invece, non risentono dell aumento dei costi in quanto sono meno diffuse e la domanda sul mercato risulta notevolmente inferiore. Nel grafico si evidenzia, infine, quella che è la prospettiva futura di costo, e cioè quanto costerà il fotovoltaico nel Altre stime più ambiziose prevedono per il decennio il raggiungimento della competitività con le fonti fossili. Nel caso specifico si osserva una variazione da 6200 /kwp nel 2005 a 5950 /kwp nel 2010 fino ad arrivare a prevedere un valore di 4500 /kwp nel 2020 per le tecnologie a silicio; mentre per le tecnologie a film sottile si ha una variazione di costo da 6050 /kwp nel 2005 a 5000 /kwp nel 2010 e una previsione per il 2020 di 3000 /kwp. La stessa indagine è stata svolta per le tecnologie eoliche (grafico 5). Anche in questo caso si evidenzia un andamento decrescente anche se in misura minore rispetto al Grafico 6: Andamento dei costi dell eolico dal 2005 al [55]-[56]-[57]- [58]-[59]-[60]- [61]-[62]-[77]-[79]-[80]- [81] fotovoltaico. Tuttavia è noto che il costo di questa fonte rinnovabile, in rapporto a un kw, è notevolmente più basso rispetto alla precedente, come si può vedere dal grafico 6. Dall analisi condotta risulta che il costo di un impianto eolico offshore passa da 2700 /kw nel 2005 a 2300 /kw nel 2010, mentre un impianto onshore da 1750 /kw a 1400 /kw. Per le tecnologie mini e micro eolico sono riportati esclusivamente i Grafico 5: : Andamento dei costi del fotovoltaico e dell eolico dal 2005 al [55]-[56]-[57]- [58]-[59]-[60]-[61]-[62]- [77]-[78]-[79]-[80]-[81] 7

8 valori del 2010 in quanto non è stato possibile reperire dati antecedenti a questa data (3250 /kw e 4800 /kw rispettivamente). Il grafico 6 mette in evidenza la sostanziale differenza di costo tra le due tecnologie in esame; tuttavia ipotizzando una costante diminuzione di prezzo per entrambe le tecnologie, si assisterebbe nel 2020 a una riduzione del divario tra il costo dell eolico e quello del fotovoltaico. Ciò è determinato dal fatto che la tecnologia fotovoltaica subirà, secondo le previsioni, un più rapido abbassamento di prezzo rispetto alla tecnologia eolica. Un chiaro esempio di quanto detto è riscontrabile osservando nel grafico la situazione della tecnologia a film sottile e quella del micro eolico. Nel 2010 il micro eolico risulta essere più vantaggioso di circa 200 /kw, mentre nel 2020 si prospetta una situazione inversa con la tecnologia fotovoltaica a film sottile più vantaggiosa rispetto al micro eolico di circa 400 /kw. In ogni caso la tecnologia eolica resta comunque più vantaggiosa, non solo in termini di emissioni, ma anche dal punto di vista di costo d acquisto e, come vedremo, di costo del risparmio di CO 2. La determinazione del costo per risparmiare una tonnellata di CO 2, in questo caso, considera come parametro principale, il costo dell impianto a kw e non più la tariffa incentivante. Inoltre, disponendo dell andamento dei prezzi dal 2005 al 2010 è possibile comprendere come questo costo sia variato nel tempo e quanto esso sia influenzato dal prezzo dell impianto. Gli altri parametri che rientrano nel calcolo sono la produzione totale espressa in kwh/vita, e la quantità di emissioni espresse in tonnellate di CO 2 equivalente. Anche in questo caso, per rendere comparabili i dati, viene fatto il confronto con i tre combustibili fossili, in precedenza utilizzati: gas, petrolio e carbone. Di seguito sono illustrati i passaggi per determinare il costo del risparmio di CO 2 : determinazione della produzione di energia elettrica nell arco dell intera vita della fonte rinnovabile P = p x anni [kwh/vita] Determinazione del quantitativo di CO 2 equivalente emessa dal combustibile fossile ipotizzando di produrre gli stessi kwh della tecnologia rinnovabile E cf = (IdE cf x P)/ [t CO 2eq ] Determinazione del quantitativo di CO 2 equivalente emessa dalla fonte rinnovabile E fr = (IdE fr x P)/ [t CO 2eq ] Calcolo del risparmio di CO 2 per differenza tra le emissioni prodotte dalla fonte fossile e quelle prodotte dalla fonte rinnovabile R CO2 = E cf - E fr [t CO 2 ] Dove: P è la produzione espressa in kwh/vita p è la produzione annua espressa in kwh/anno E cf rappresenta la quantità di emissioni da combustibile fossile E fr rappresenta la quantità di emissioni da fonte rinnovabile IdE è l intensità di emissione espressa in g CO 2 /kwh R CO2 è il risparmio di CO 2 8

9 Giunti a questo punto è già possibile fare alcune considerazioni per le due fonti energetiche rinnovabili prese in esame e per ogni singola tecnologia. Per quanto riguarda il fotovoltaico possiamo affermare che non esiste una sostanziale differenza tra le tecnologie impiegate ad eccezione dei moduli CIS, i quali consento un risparmio di CO 2, di poco inferiore, rispetto alle altre tecnologie. Tra quest ultime notiamo una situazione leggermente migliore nel silicio amorfo che permette un risparmio di 13,7 tonnellate di CO 2 nell arco dell intera vita se confrontato al gas. Se consideriamo, invece, l eolico possiamo notare che gli impianti offshore sono indubbiamente quelli che consento un maggiore risparmio. Ciò è dettato dal fatto che, essendo collocati in zone con esposizioni molto prolungate ai venti, permettono di ottenere una produzione superiore di circa una volta e mezzo quella ottenibile sulla terra ferma. Si sottolinea inoltre la differenza tra i grandi impianti e quelli di tipo mini e micro; quest ultimi caratterizzati da un risparmio notevolmente più basso con un divario che va da circa 8,4 tonnellate a 32,9 tonnellate. Anche in questo caso la spiegazione di questo fenomeno deriva dai minori livelli produttivi tipici delle tecnologie mini eolico e, ancor più, quelle ti tipo micro eolico. Ben diverso è il confronto che possiamo fare tra le due fonti energetiche; infatti, come già anticipato, la tecnologia eolica è notevolmente più vantaggiosa in termini di risparmio di emissioni. Tabella 1: Determinazione del risparmio di emissioni delle tecnologie fotovoltaiche confrontate con tre combustibili fossili CONFRONTO CON GAS mono poli amorfo cdte cis CONFRONTO CON PETROLIO mono poli amorfo cdte cis CONFRONTO CON CARBONE mono poli amorfo cdte cis Produzione annua Vita Produzione tot Gas Emissione Gas Emissione FV Risparmio kwh/anno anni kwh/vita g CO2/kWh t CO2 eq da Gas t CO2 eq da FV t CO2 1,9 13,1 1,5 13, ,9 1,2 13,7 1,6 13,4 3,1 11,8 Produzione annua Vita Produzione tot Petrolio Emissione Petrolio Emissione FV Risparmio kwh/anno anni kwh/vita g CO2/kWh t CO2 eq da Petrolio t CO2 eq da FV t CO2 1,9 28,0 1,5 28, ,9 1,2 28,7 1,6 28,3 3,1 26,8 Produzione annua Vita Produzione tot Carbone Emissione Carbone Emissione FV Risparmio kwh/anno anni kwh/vita g CO2/kWh t CO2 eq da Carbone t CO2 eq da FV t CO2 1,9 32,5 1,5 32, ,4 1,2 33,1 1,6 32,8 3,1 31,3 9

10 Tabella 2: Determinazione del risparmio di emissioni delle tecnologie eoliche confrontate con tre combustibili fossili CONFRONTO CON GAS Offshore Onshore Mini eolico Micro eolico CONFRONTO CON PETROLIO Offshore Onshore Mini eolico Micro eolico CONFRONTO CON CARBONE Offshore Onshore Mini eolico Micro eolico Produzione annua Vita Produzione tot Gas Emissione Gas Emissione Eolico Risparmio kwh/anno anni kwh/vita g CO2/kWh t CO2 eq da Gas t CO2 eq da eolico t CO ,0 1,9 51, ,3 0,6 34, ,2 0,8 26, ,0 0,9 18,1 Produzione annua Vita Produzione tot Petrolio Emissione Petrolio Emissione Eolico Risparmio kwh/anno anni kwh/vita g CO2/kWh t CO2 eq da Petrolio t CO2 eq da eolico t CO ,0 1,9 104, ,7 0,6 70, ,4 0,8 53, ,1 0,9 37,2 Produzione annua Vita Produzione tot Carbone Emissione Carbone Emissione Eolico Risparmio kwh/anno anni kwh/vita g CO2/kWh t CO2 eq da Carbone t CO2 eq da eolico t CO ,9 1,9 120, ,3 0,6 80, ,5 0,8 61, ,8 0,9 42,9 Dopo aver determinato la quantità di CO 2 che è possibile risparmiare impiegando delle fonti rinnovabili piuttosto che dei combustibili fossili, è importante capire quanto può costare questo risparmio. Per fare ciò basta dividere il costo dell impianto con il quantitativo di CO 2 risparmiata in modo da ottenere il costo per risparmiare una tonnellata di CO 2 espresso in /t CO 2 risparmiata. Tabella 3: Andamento del costo delle tecnologie fotovoltaiche dal 2005 CONFRONTO CON GAS mono poli amorfo cdte cis CONFRONTO CON PETROLIO mono poli amorfo cdte cis CONFRONTO CON CARBONE mono poli amorfo cdte cis /kwp /kwp /kwp /kwp /kwp /kwp /kwp /kwp /kwp /kwp /kwp /kwp /kwp /kwp /kwp /kwp /kwp /kwp /kwp /kwp /kwp

11 Tabella 4: Andamento dei costi per il risparmio di CO 2 delle tecnologie fotovoltaiche dal 2005 CONFRONTO CON GAS mono poli amorfo cdte cis CONFRONTO CON PETROLIO mono poli amorfo cdte cis CONFRONTO CON CARBONE mono poli amorfo cdte cis 2005 /t di CO2 risp /t di CO2 risp /t di CO2 risp /t di CO2 risp /t di CO2 risp /t di CO2 risp /t di CO2 risp 474,44 462,51 441,54 452,67 512, /t di CO2 risp /t di CO2 risp /t di CO2 risp /t di CO2 risp /t di CO2 risp /t di CO2 risp /t di CO2 risp 221,29 218,66 211,16 213,68 226, /t di CO2 risp /t di CO2 risp /t di CO2 risp /t di CO2 risp /t di CO2 risp /t di CO2 risp /t di CO2 risp 190,74 188,78 182,56 184,44 193, ,02 489,75 479,42 466,79 455,31 344,35 454,31 477,43 467,36 455,05 443,86 335,70 424,76 410,52 386,80 378,27 364,91 218,95 435,47 420,88 396,56 387,80 374,11 224,47 492,64 476,13 448,62 438,72 423,23 253, ,37 228,43 223,61 217,72 212,37 160,62 214,78 225,72 220,96 215,14 209,85 158,71 203,13 196,33 184,98 180,90 174,51 104,71 205,55 198,66 187,19 183,05 176,59 105,95 217,46 210,18 198,03 193,66 186,83 112, ,36 196,89 192,74 187,66 183,05 138,44 185,43 194,87 190,76 185,74 181,17 137,02 175,62 169,74 159,93 156,40 150,88 90,53 177,43 171,48 161,58 158,01 152,43 91,46 186,23 179,99 169,59 165,85 159,99 96,00 I risultati mostrano che l andamento del costo per risparmiare una tonnellata di CO 2 riflette l andamento dei costi d impianto. Attualmente risparmiare una tonnellata di CO 2 con un modulo a silicio monocristallino costa circa 455 e si stima che nel 2020 costerà circa 344. Quindi analizzando l andamento che si è verificato sin ora e quello che si ipotizza avverrà, possiamo dire che la riduzione del costo d impianto e quindi la riduzione del costo del risparmio di emissioni, subirà Grafico 7: Andamento del costo del risparmio di emissioni per le tecnologie fotovoltaiche un trend di decrescita maggiore rispetto a quello che si è verificato fino ad oggi. Ciò è visibile anche nel grafico 7 il quale illustra l andamento di costo delle cinque tecnologie fotovoltaiche analizzate. Di particolare interesse è l andamento della tecnologia CIS la quale raggiungerà, secondo le stime, un costo decisamente vantaggioso nel 2020, pur essendo attualmente la tecnologia meno vantaggiosa. 11

12 Tabella 5: Andamento del costo delle tecnologie eoliche dal 2005 CONFRONTO CON GAS Offshore Onshore Mini eolico Micro eolico CONFRONTO CON PETROLIO Offshore Onshore Mini eolico Micro eolico CONFRONTO CON CARBONE Offshore Onshore Mini eolico Micro eolico /kw /kw /kw /kw /kw /kw /kw /kw /kw /kw /kw /kw /kw /kw /kw /kw /kw /kw /kw /kw /kw Tabella 6: Andamento dei costi per il risparmio di CO 2 delle tecnologie eoliche dal 2005 CONFRONTO CON GAS Offshore Onshore Mini eolico Micro eolico CONFRONTO CON PETROLIO Offshore Onshore Mini eolico Micro eolico CONFRONTO CON CARBONE Offshore Onshore Mini eolico Micro eolico /t di CO2 risp /t di CO2 risp /t di CO2 risp /t di CO2 risp /t di CO2 risp /t di CO2 risp /t di CO2 risp 52,87 50,91 46,01 48,95 46,01 45,04 32,90 50,32 47,44 44,57 48,30 44,57 40,25 29,38 123,02 90,85 264,61 187, /t di CO2 risp /t di CO2 risp /t di CO2 risp /t di CO2 risp /t di CO2 risp /t di CO2 risp /t di CO2 risp 25,94 24,98 22,58 24,02 22,58 22,10 16,14 24,96 23,53 22,11 23,96 22,11 19,97 14,58 60,64 44,78 129,15 91, /t di CO2 risp /t di CO2 risp /t di CO2 risp /t di CO2 risp /t di CO2 risp /t di CO2 risp /t di CO2 risp 22,50 21,67 19,59 20,84 19,59 19,17 14,00 21,68 20,44 19,20 20,81 19,20 17,34 12,66 52,62 38,86 111,95 79,30 I risultati ottenuti mettono nuovamente in mostra la particolare efficienza del grande eolico in termini di emissioni evitate. Anche se la prospettiva per il 2020 non è così favorevole come per il fotovoltaico, la tecnologia eolica resta comunque più valida ed efficiente. 12

13 Grafico 8: Andamento del costo del risparmio di emissioni per le tecnologie eoliche A conferma di quanto detto fin ora, possiamo vedere nel grafico la sostanziale differenza di costo tra le varie tecnologie esaminate. L analisi condotta permette di giungere alla conclusione che tuttora il fotovoltaico non risulta essere competitivo nei confronti dell eolico; pertanto, solo con una diminuzione sostanziale del costo della tecnologia a kw si potrà raggiungere un livello di equità in termini di costo per la CO 2 evitata. Questo processo, secondo le previsioni, si sta indirizzando verso il raggiungimento dell obiettivo anche se i tempi necessari risultano essere ben oltre l immediato. Grafico 9: Andamento del costo del risparmio di emissioni per le tecnologie fotovoltaiche ed eoliche a confronto Infine si ritiene opportuno determinare il costo della produzione di un kwh per le tecnologie in esame. La metodologia per il calcolo di questo parametro si basa sul rapporto tra il costo dell impianto e i kwh prodotti nell arco dell intera vita. In questo caso, però, vengono considerati i costi di manutenzione dell impianto espressi in /kw/anno; pertanto questi costi devono essere capitalizzati all anno zero per poter essere poi sommati con il costo effettivo di costruzione. Per semplificare il procedimento, inoltre, è stato preso come dato iniziale di potenza il valore di 1 kw. Infine la durata, espressa in anni, fa riferimento al periodo o di incentivazione del conto energia per il fotovoltaico e dei certificati verdi o tariffa omnicomprensiva per l eolico (tabella 5 e 6). Saggio di interesse utilizzato: 3%. 13

14 Tabella 8: Determinazione del costo di produzione del kwh delle tecnologie fotovoltaiche FOTOVOLTAICO Potenza considerata Funzionamento Tecnologie a silicio Tecnologie a film sottile Produzione Durata Produzione Costo impianto Costo manutenzione Costo capitalizzato kw ore/anno kwh/anno anni kwh/vita Costo /anno /kwh , ,16 Tabella 7: Determinazione del costo di produzione del kwh delle tecnologie eoliche EOLICO Potenza considerata Funzionamento Offshore Onshore Mini eolico Micro eolico Produzione Durata Produzione Costo impianto Costo manutenzione Costo capitalizzato kw ore/anno kwh/anno anni kwh/vita Costo /anno /kwh , , , ,25 Prod = P x F x D C tot cap = C costr + C man *(q n -1/r)* 1/q n C kwh = C tot cap / Prod Dove: Prod è la produzione espressa in kwh/vita C tot cap è il costo totale capitalizzato espresso in C costr è il costo di costruzione della centrale espresso in C man è il costo annuale di manutenzione espresso in /anno C kwh è il costo di produzione del kwh espresso in /kwh q n -1/r è la formula finanziaria dell annualità costante posticipata 1/q n è il fattore di capitalizzazione Dai risultati ottenuti possiamo notare, ancora una volta, la notevole competitività del grande eolico con un costo di produzione di 4 centesimi di euro, mentre, in linea di massima, la produzione da fotovoltaico si aggira intorno a un costo di centesimi di euro. Tuttavia bisogna riscontrare che il fotovoltaico risulta più vantaggioso del micro eolico, il quale, avendo costi di installazione minori permette di ottenere un risultato finale più conveniente. Anche i grafici sottostanti rappresentano quanto sin ora affermato e mettono in evidenza il divario di costo tra le varie tecnologie Grafico 10: Costo di prduzione del kwh - Fotovoltaico Grafico 11: Costo di produzione del kwh - Eolico 14

15 ANALISI DELLA COGENERAZIONE A CIPPATO: L analisi è condotta su due ipotetici impianti di cogenerazione, uno con potenza inferiore al MWe e uno invece con potenza superiore (10 MWe). L esigenza di confrontare due impianti di dimensioni diverse deriva dal fatto che, utilizzando dei cicli differenti (ORC, Organic Rankine Cycle, per i piccoli impianti e normale a turbina per grandi impianti), si hanno dei rendimenti notevolmente diversi. Nella suddetta analisi viene considerato un rendimento termico del 90% ed elettrico del 16,7 % per i piccoli impianti, mentre un rendimento termico del 95% ed elettrico del 25% per gli impianti di grande dimensione. Inoltre è stata ipotizzata una potenza termica in entrata di 6000 kw per l impianto piccolo e di kw per quello grande. Partendo di questi dati si è proceduto ad individuare la quantità di energia termica ed elettrica prodotta dai due impianti secondo tutte le possibili combinazioni, come si può vedere nella tabella sotto riportata. A tal punto subentra la relazione programmatica della Regione Piemonte la quale indica che, per gli impianti con rendimento termico minore del 30%, il rendimento totale (η tot ) non deve essere inferiore a: 0,8 1,3 x η e Dove: η tot è il rendimento totale medio annuo riferito alla somma di energia elettrica e termica prodotta in relazione all effettivo periodo di funzionamento dell impianto nell ambito dei 365 giorni precedenti η e è il rendimento elettrico medio annuo riferito all energia elettrica prodotta in relazione all effettivo periodo di funzionamento dell impianto nell ambito dei 365 giorni precedenti Nel caso in esame il rendimento totale secondo la relazione programmatica è pari a: 0,8-1,3 x 0,167 = 58,2 % per la centrale di piccole dimensioni 0,8 1,3 x 0,25 = 47,5 % per la centrale di grandi dimensioni Infine è stato calcolato il rendimento totale specifico per ogni tipologia produttiva in modo da verificare quali fossero autorizzabili e quali invece non rispettassero le prescrizioni della relazione programmatica: E tot = E t + E e η tot = E tot /E c Dove: E t è l energia termica prodotta E e è l energia elettrica prodotta E tot è l energia totale prodotta E c è l energia derivante dal combustibile bruciato in una caldaia di potenza pari a 6000 kw per la centrale di piccole dimensioni e pari a kw per quella di grandi dimensioni. 15

16 Tabella 9: Calcolo dell energia totale prodotta e del rendimento totale di un impianto di cogenerazione da 1 MW Energia termica Energia Elettrica IN OUT Termico (kw) Elettrico (kw) Termico (kw) Elettrico (kw) 100% 0% % 10% % 20% % 30% % 40% % 50% % 60% % 70% % 80% % 90% % 100% η t 90,0% η e 16,7% E tot η tot ,00% ,67% ,34% ,01% ,68% ,35% ,02% ,69% ,36% ,03% ,70% Non autorizzato Autorizzato Tabella 10: : Calcolo dell energia totale prodotta e del rendimento totale di un impianto di cogenerazione da 10 MW Energia termica Energia Elettrica IN OUT Termico (kw) Elettrico (kw) Termico (kw) Elettrico (kw) 100% 0% % 10% % 20% % 30% % 40% % 50% % 60% % 70% % 80% % 90% % 100% η t η e 95,0% 25,0% E tot η tot ,00% ,00% ,00% ,00% ,00% ,00% ,00% ,00% ,00% ,00% ,00% Autorizzato Non autorizzato Grafico 10: Produzione termica ed elettrica a confronto Dai risultati ottenuti risulta che un impianto di grandi dimensioni, avendo dei rendimenti maggiori, può spingersi a destinare il 60% della produzione verso l energia elettrica per rientrare nei limiti consigliati dalla relazione programmatica della Regione Piemonte; viceversa, un impianto di piccole dimensioni deve destinare solo il 40% alla produzione di energia elettrica trica per rispettare il limite. Osservando l andamento dei rendimenti è evidente quanto l incremento di 10 punti percentuali di produzione elettrica faccia abbassare il rendimento totale; nella fattispecie si ha una diminuzione dell 8% per il primo impianto e del 7% per il secondo. Ciò si ripercuote anche nell andamento produttivo che vede una variazione molto più drastica nella produzione termica piuttosto Grafico 11: Produzione termica ed elettrica a confronto 16

17 che in quella elettrica come indicato dai grafici 10 e 11. Infine, a convalida di quanto detto, anche il grafico 12 mostra le variazioni produttive in funzione di quanto viene destinato alla produzione di energia elettrica e di quanto, invece, viene destinato alla produzione di energia termica. Indubbiamente l esclusiva produzione di energia termica da un maggior riscontro in termini produttivi mentre la sola produzione di energia elettrica risulta quantitativamente Grafico 12: Variazione termico/elettrico in funzione delle la meno produttiva. In conclusione, dall analisi combinazioni produttive effettuata, risulta che l utilizzo delle biomasse nel processo di cogenerazione non permette di ottenere una massimizzazione dei rendimenti come invece accade negli impianti cogenerativi a gas. Pertanto si ritiene che l utilizzo delle biomassa dovrebbe essere destinata quasi esclusivamente alla produzione di energia termica e in misura molto minore alla produzione di energia elettrica. ANALISI DEI COSTI DELLA COMBUSTIONE DI BIOMASSA A FINI ENERGETICI: Dopo aver analizzato l andamento produttivo della cogenerazione si è proceduto all analisi dei costi, in maniera, tuttavia, differente rispetto alle analisi effettuate per l eolico ed il fotovoltaico. In questo caso risulta indispensabile dividere la produzione termica da quella elettrica, anche perché il paragone con i combustibili fossili dipende dal tipo di energia prodotta. Nella fattispecie ci limitiamo a paragonare il processo di combustione della biomassa esclusivamente con il gas il quale ha un intensità di emissioni di 453 g CO 2 /kwh se destinato a produrre energia elettrica, mentre di 226 g CO 2 2/kWh se destinato alla produzione termica. Per la cogenerazione a cippato non è stato possibile ricostruire l andamento del costo negli anni; inoltre il parametro di costo utilizzato deriva, per la produzione elettrica, dalla tariffa omnicomprensiva pari a 0,28 /kwh, mentre per la produzione termica viene applicato il valore dei certificati bianchi (titoli di efficienza energetica) pari a 0,017 /kwh. Questo valore rappresenta un costo all erario notevole pur rappresentando per il richiedente dell impianto un incentivo. Nella voce di costo, inoltre, non rientra il costo di costruzione della centrale data la sua irrilevante importanza; si è calcolato che il costo di costruzione incide per circa 0,5 cent di per ogni MWh. Infine si è adottato come parametro standard il funzionamento della centrali pari a 8000 ore all anno. La metodologia di calcolo del risparmio di CO 2 risulta identica a quella effettuata nel caso del fotovoltaico e dell eolico, anche se svolta sia per la parte destinata a produrre energia termica che per la parte destinata a produrre energia elettrica, come si può vedere nelle tabelle sottostanti. L analisi è stata condotta per le due tipologie di centrali già precedentemente prese in esame: una di potenza inferiore al MW e una di potenza di 10 MW 17

18 Tabella 11: Determinazione della quantità di CO 2 risparmiata in un impianto di cogenerazione < di 1 MW CONFRONTO Et CON GAS % % 60-40% 40-60% 20-80% 0-100% CONFRONTO Ee CON GAS % % 60-40% 40-60% 20-80% 0-100% Produzione annua Vita Produzione tot Gas Emissione Gas Emissione Risparmio kwh/anno anni kwh/vita g CO2/kWh t CO2 eq da Gas t CO2 t CO Produzione annua Vita Produzione tot Gas Emissione Gas Emissione Risparmio kwh/anno anni kwh/vita g CO2/kWh t CO2 eq da Gas t CO2 t CO TOT RISP t CO , , , , ,72 Tabella 12: Determinazione della quantità di CO 2 risparmiata in un impianto di cogenerazione da 10 MW CONFRONTO Et CON GAS % % 60-40% 40-60% 20-80% 0-100% CONFRONTO Ee CON GAS % % 60-40% 40-60% 20-80% 0-100% Produzione annua Vita Produzione tot Gas Emissione Gas Emissione Risparmio kwh/anno anni kwh/vita g CO2/kWh t CO2 eq da Gas t CO2/kWp t CO Produzione annua Vita Produzione tot Gas Emissione Gas Emissione Risparmio kwh/anno anni kwh/vita g CO2/kWh t CO2 eq da Gas t CO2/kWp t CO TOT RISP t CO , , , , , Dai dati emerge che la maggior quantità di CO 2 risparmiata si ha solo con l esclusiva produzione di energia termica. Viceversa, man mano che si incrementa la produzione di energia elettrica la quantità di CO 2 risparmiata tende a diminuire per toccare il valore minimo con il 100% di produzione elettrica. Ciò permette di ribadire la scarsa efficienza nella produzione di energia elettrica da biomasse. L analisi dei costi, come detto in precedenza, tiene conto della tariffa omnicomprensiva e dei certificati bianchi applicati rispettivamente per ogni kwh elettrico e termico prodotto per quindici anni. Il costo che ne deriva viene, poi, suddiviso per la quantità di CO 2 evitata in modo da ottenere il costo per risparmiare una tonnellata di CO 2. 18

19 Tabella 13: Costo del risparmio di CO 2 in un impianto < di 1 MW CONFRONTO Et CON GAS % % 60-40% 40-60% 20-80% 0-100% CONFRONTO Ee CON GAS % % 60-40% 40-60% 20-80% 0-100% 2010 Costo ( ) da Certificati Bianchi 2010 Costo ( ) da Tariffa Omnicomprensiva 2010 /t di CO2 risp , , , , ,68 0 0, /t di CO2 risp 0 0, , , , , ,09 Tabella 14: Costo del risparmio di CO 2 in un impianto da 10 MW TOT % % 60-40% 40-60% 20-80% 0-100% 223, , , , ,78 924,09 CONFRONTO Et CON GAS % % 60-40% 40-60% 20-80% 0-100% CONFRONTO Ee CON GAS % % 60-40% 40-60% 20-80% 0-100% Costo ( ) da Certificati /t di CO2 risp Bianchi , , , , ,71 0 0, Costo ( ) da Tariffa /t di CO2 risp Omnicomprensiva 0 0, , , , , ,57 TOT % % 60-40% 40-60% 20-80% 0-100% 193, , , , ,28 889,57 Dalle tabelle precedenti e dal grafico 13 è possibile osservare il costo totale per risparmiare una tonnellata di CO 2. Come era prevedibile, la centrale di piccole dimensioni, avendo rendimenti inferiori, ha un costo di risparmio di emissioni superiore alla centrale di grandi dimensioni. Notiamo che il costo totale resta invariato in tutte le Grafico 12: Costo del risparmio di emissioni nelle due tipologie d impianto 19

20 combinazioni produttive aventi sia produzione di energia termica che elettrica; ciò avviene perché il costo aumenta proporzionalmente alla quantità di CO 2 risparmiata, mantenendo quindi, il rapporto perfettamente bilanciato. Infatti tutte le combinazioni cogenerative della piccola centrale hanno un costo di 1148 /t, mentre quelle della centrale di grandi dimensioni hanno un costo di 1083 /t. Viceversa nelle due situazioni estreme si ha un costo più basso. Ciò è dettato dal fatto che, avendo un unico output produttivo, si abbattono i costi del risparmio derivanti dalla tipologia energetica mancante. Infatti, con la solo produzione termica, si abbatte il costo delle risparmio di emissioni da produzione elettrica, generando un risultato finale notevolmente basso, pari a 193 /t nella centrale di grandi dimensioni e pari a 223 /t nella centrale di piccole dimensioni. Viceversa, nel caso dell esclusiva produzione di energia elettrica, non rientra il costo del risparmio di emissioni derivante dalla produzione termica. Anche in questo caso si ha un abbassamento di costo rispetto alle tipologie produttive in cogenerazione, ma non rilevante quanto quello verificatosi per l esclusiva produzione termica. Infatti, destinando l intera produzione alla generazione di energia elettrica, il costo per risparmiare una tonnellata di CO 2 ammonta a 890 per la grande centrale e a 924 per quella di piccole dimensioni. Infine, bisogna sottolineare che, se l intera biomassa fosse destinata esclusivamente ad usi termici, ogni tonnellata di CO 2 risparmiata avrebbe un costo di circa 900 in meno. Anche per il processo di cogenerazione da biomasse, come per eolico e fotovoltaico, è stato infine calcolato il costo di produzione del kwh. La determinazione del risultato, in questo caso, risulta un po più complicata, in quanto bisogna tener conto di tutte le varianti fin ora considerate. Infatti, come si potrà vedere dai risultati, il costo del kwh varia in funzione delle dimensioni dell impianto e della quantità di energia termica ed elettrica prodotta. Un altra differenza rispetto al calcolo precedente riguarda il dato iniziale riferito alla potenza; per eolico e fotovoltaico si è adottato, per semplicità, 1 kw, mentre in questo caso sono stati considerati i valori reali già utilizzati in precedenza, per la precisione 6000 kw di potenza per la centrale < di 1 MW e kw per quella di 10 MW. Tra i parametri standard utilizzati ricordiamo le ore di funzionamento della centrale pari a 8000, il potere calorifico e il costo del combustibile. Anche in questo caso al costo di costruzione della centrali sono stati aggiunti i costi variabili annuali capitalizzati, che nella fattispecie rappresentano i costi sostenuti per l acquisto del combustibile. I costi di manutenzione, invece, sono stati tralasciati vista la loro irrilevante influenza (tabella 13). Di seguito sono riportati i calcoli matematici; si ricorda che è stato utilizzato un saggio di interesse pari al 3 %. kwh = In x F Q c = (kwh/pcal)/1000 C c = Pr c x Q c C tot cap = C costr + C c *(q n -1/r)* 1/q n Out = Prod x F Out vita = Out x n C kwh = C tot cap / Out vita 20

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