Energia per il domani celle solari. dal nano al macro

Transcript

1 University of Trieste Energia per il domani celle solari. dal nano al macro Università di Trieste Dipartimento di Ingegneria Industriale e dell Informazione Sesto, venerdì 5 agosto

2 AMBIENTE CIBO 4 Emergenze a livello Mondiale ENERGIA ACQUA Richard E. Smalley, Nobel Laureate, Chemistry, 1996, MRS Bulletin, June 2005 Sesto, venerdì 5 agosto

3 La popolazione mondiale cresce anche se meno degli anni passati. Sesto, venerdì 5 agosto

4 Un pioniere Mtoe/anno 1912 ~ 1 TW Sesto, venerdì 5 agosto

5 G. Ciamician, Science 1912 Sesto, venerdì 5 agosto

6 Quanta energia utilizziamo? Energia usata Mtoe 10 TW WWII 1 Mtoe/anno ~ 1.3GW Sesto, venerdì 5 agosto

7 Energia prodotta Dati nel 2009: 474 exajoules ( J) equivalenti a 15 TW h/y Dati da IEO2010 vedi EIA Home Page ( Dati in QUAD. 1 QUAD (quadrillion BTU) = EJ (10 E 18 J) = TW Sesto, venerdì 5 agosto

8 exaj = 15,000,000,000,000 Wh/y = 15 TW TW ; TW Sesto, venerdì 5 agosto

9 Programma Mercoledì 3 agosto 9-10 Stato dell arte nelle celle solari a film sottili Vanni Lughi Celle solari polimeriche Alessandro Fraleoni Morgera, Elettra Trieste Il solare a concentrazione - EROEI e considerazioni Renzo Rosei e Maurizio Fermeglia, UNITS economiche Etero giunzioni nanostrutturate per solar cells, Enrico Sovernigo, UNITS e CNR IOM Trieste Celle solari plasmoniche Filippo Romanato, UNIPD Applicazioni e prospettive del solare termodinamico Rodolfo Taccani, UNITS Cambia il clima e dobbiamo cambiare il modo di produrre energia come?? Giovedì 4 agosto 9-10 Evoluzione della tecnologia fotovoltaica - tecnica, economica e sociale Maurizio Fermeglia, UNITS Vanni Lughi, UNITS Modellizzazione di celle solari, Giacomo Levita, UNITS Celle solari Dye-sensibilizzate Alessandro Fraleoni Morgera, Elettra Trieste Celle solari basate su materiali nanostrutturati Vanni Lughi, UNITS Fotovoltaico: stato dell'arte e prospettive al 2020 dal punto di vista del mercato Alessandro Massi Pavan, UNITS e Q Cells Smart grid: evoluzione delle rete di distribuzione Giorgio Sulligoi, UNITS 17 Tavola rotonda sull energia solare Sesto, venerdì 5 agosto

10 University of Trieste EROEI e considerazioni economiche Maurizio Fermeglia Dipartimento di Ingegneria Industriale e dell Informazione Università di Trieste Maurizio.Fermeglia@dicamp.units.it Sesto, venerdì 5 agosto

11 EROEI Alternative all economia basata su combustibili fossili (Peak Oil, CO 2 )? Non facili, costose Materie prime Energia Energia Processo di produzione Scarti C.A.S.Hall, J.W.Day Jr., Revisiting the Limits to Growth After Peak Oil, Am. Sci. 97 (2009) 230 Sesto, venerdì 5 agosto

12 EROEI a confronto Tecnologia EROEI (Elliott) EROEI (Hore-Lacy) EROEI Altri autori Note Grande idroelettrico Decade con il degrado dei bacini Mini idro Petrolio anni d oro Fino al 1970, circa Petrolio oggi 5-15 Pozzi in esaurimento rendono l estrazione sempre piu costosa Eolico Dipende dai siti. Potrebbe essere un ottimo valore, , per le coste del Mare del Nord. E' minore (forse intorno a 20) per un tipico sito in Italia. Nucleare < 1 Secondo alcuni, la tecnologia nucleare standard, "reattori ad acqua leggera" potrebbe avere una resa energetica minore di 1. Fotovoltaico a film 25-8 sottile Fotovoltaico <1 Il valore < 1 è tratto da un lavoro di Odum del 1994 ed è sicuramente obsoleto. convenzionale (silicio) Carbone Gas Naturale 5-6 Biomassa Etanolo Ci sono molte controversie sull'eroei dell'etanolo. Sabbie bituminose <1? Anche sulle sabbie bituminose ci sono molte controversie. Sesto, venerdì 5 agosto

13 EROEI a confronto Power Source EROEI(actual) Hydro 50, 43 and 205 Nuclear (centrifuge) 18.1, 18.4, 14.5, 13.6 and 14.8 Nuclear (diffusion) 6.0, 6.7, 5.8, 7.9, 5.3, 5.6 and 3.9 Coal 12.2, 7.4, 7.32, 3.4 and 14.2 Gas (piped) 16 Gas (piped a lot or liquefied) 3.4, 3.76 and 4 Solar 10.6 Solar PV 12-10, 7.5 and 3.7 Wind 12, 6, 34, 80 and 50 Fonte: The World Nuclear Association, 2011 Sesto, venerdì 5 agosto

14 Nuclear Power EROEI in funzione degli anni di analisi Fonte: Nuclear Electricity: Potential, EROI and Social and Environmental Impacts Robert Powers - SUNY-ESF, Syracuse NY Sesto, venerdì 5 agosto

15 Costi dell energia solare Sesto, venerdì 5 agosto

16 Costi installazioni FV per Watt Wiser, Ryan, et al. Tracking the Sun II: The Installed Cost of Photovoltaics in the U.S. from Lawrence Berkeley National Laboratory, Environmental Energy Technology Division. October Sesto, venerdì 5 agosto

17 Costi installazione FV: proiezione Costi per installazione in $ per watt Fonte: United States Department of Energy, National Renewable Energy Laboratory. Solar Photovoltaic (PV) Resource Potential. 29 April June 2010 < Sesto, venerdì 5 agosto

18 Il mercato del PV Produzione Installazione Arnulf Jager-Waldau, EU Commission, PV Status Report 2010, August 2010 Sesto, venerdì 5 agosto

19 Capacità produttiva (CWS TF) Arnulf Jager-Waldau, EU Commission, PV Status Report 2010, August 2010 Sesto, venerdì 5 agosto

20 Calcolo costi solare Metodo di calcolo costo per kwh: Dove Capacity factor: % ore utili di sole (18%) Capacità generata ridotta del 15% (inverter) Amortization factor (i= tasso interesse (6%); n=periodo (25 anni)) Credito imposta (30% tasse federeli, 35% tasse locali) NC - US Esempio per 3 kw residenziali 6$/watt installato, 6% interesse, 25 anni amm, 18% e 15% Togliere il credito d imposta e si arriva a 15.9 $/kwh Sesto, venerdì 5 agosto

21 Costi dell elettricità da nucleare Cooper, Mark. The Economics of Nuclear Reactors: Renaissance or Relapse? Institute for Energy and the Environment, Vermont Law School. June Sesto, venerdì 5 agosto

22 Stima costi centrali nucleari Estrapolazioni fatte applicando un valore di 1.67% aumento di costo annuale (conservativo) Cooper, Vermont law school, June 2009 Sesto, venerdì 5 agosto

23 Costi solare nucleare: crossover storico Fonte: John O. Blackburn, Sam Cunningham, July 2010 Sesto, venerdì 5 agosto

24 Conclusioni Crossover dei costi solare/nucleare nel 2010 Entrambe costano più dei sistemi attuali I costi dell elettricità aumenteranno L era del build plants.. sell power è finita Centrali nucleari e carbone sono inefficienti (calore) Consumano enormi quantità d acqua Efficienza energetica, eolico, cicli combinati, acqua solare sono tutti più convenienti e veloci da installare e adesso anche il solare PV!! Solare e eolico sono intermittenti. Energia è un problema globale Gestione della rete. c è una alternativa. Sesto, venerdì 5 agosto