150 anni di energia italiana

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1 Con questa convinzione sono stati ricostruiti i consumi italiani dall unità d Italia ad oggi, con alcune conseguenze interessanti. 150 anni di energia italiana Storia del nostro Paese attraverso la ricostruzione dei consumi energetici. Un aspetto anomalo del nostro sistema energetico, rispetto agli altri paesi industrializzati, è la notevole importazione di energia elettrica, per circa il 15% del fabbisogno Paolo Vestrucci* difficile fare una previsione accurata, specialmente sul futuro : que- èmolto sta frase del grande fisico danese Niels Bohr dice due cose. La prima, racchiusa nell ironia del paradosso, ridimensiona la pretesa previsionale dell uomo. La seconda, nascosta tra le pieghe, è un invito a considerare il passato, a fare previsioni su quanto è già accaduto, o specularmente- a fare delle post-visioni su quello che accadrà. I consumi energetici dall unità d Italia a oggi La storia del nostro Paese può essere ripercorsa anche attraverso la ricostruzione dei consumi energetici. Alle innumerevoli fonti statistiche disponibili per gli ultimi 60 anni fa riscontro una inevitabile rarefazione man mano che si procede a ritroso nel tempo verso l anno dell unità d Italia, il 1861, che è anche l anno del primo censimento nazionale. 1 Una volta recuperati i dati, questi possono essere elaborati -convertendo le quantità fisiche (m 3 e kg) in quantità energetiche (TEP, tonnellate equivalenti di petrolio)- ed organizzati in termini di fonti energetiche primarie, riportando a queste tutte le fonti energetiche secondarie dalle prime derivate (la benzina al petrolio necessario a produrla, ad esempio) e le assimilabili (torba e lignite al carbone, ad esempio). Le fonti energetiche primarie che inglobano anche le fonti energetiche secondarie sono dette fonti energetiche primarie equivalenti, ma per semplicità ometteremo l aggettivo equivalente. Le fonti energetiche primarie qui considerate sono (in ordine di apparizione nel mercato energetico): legna da ardere, carbone, petrolio, energia idroelettrica, energia geotermoelettrica, gas naturale, energia nucleo elettrica, energia eolica, energia fotovoltaica ed energia elettrica da biomasse e rifiuti. In questo contesto, vale la pena chiarirlo, le energie elettriche che sono considerate fonti primarie (l energia elettrica è sempre una fonte energetica secondaria, cioè derivata da un altra) lo sono in quanto la fonte energetica primaria corrispondente (il vento o l uranio, ad esempio) non avrebbe un significato di mercato considerata 16 Progetto&Pubblico Febbraio 2011

2 in sé. Questo è anche il motivo per cui sovente il kwh di energia elettrica primaria viene trasformato in TEP calcolando, tramite l efficienza media delle centrali termoelettriche, l equivalente fossile necessario per produrlo (e questa è la convenzione qui usata). Il Consumo Interno Apparente (di seguito, per brevità, useremo la parola Consumo) è dato, per una singola fonte primaria e per l insieme di queste, dalla somma della produzione e dell importazione, detratta l esportazione e il bunkeraggio di energia. In Figura 1 la struttura del bilancio in fonti primarie. Il consumo così definito include (per questo è detto apparente) tutte le perdite per trasformazione di una fonte energetica primaria in fonte energetica secondaria e anche gli usi non energetici della stessa. Struttura del bilancio adottato PRODUZIONE IMPORTAZIONE ESPORTAZIONE BUNKERAGGI CONSUMO INTERNO APPARENTE ANNI TOTALE LEGNA CARBONE GAS NAT. PETROLIO IDRO+GEO TERMOEL. NUCLEO ELETTR. FOTOELT. +EOLICA BIOMASSE+ RIFIUTI POPOLA- ZIONE CONSUMO PROCAP , , , , , , , , , , , , , , , ,70 Figura 1 La Tabella riporta, per alcuni anni, il Consumo Interno Apparente in fonti primarie e la stessa grandezza è riportata graficamente nella Figura 2. Progetto&Pubblico Febbraio

3 Figura 2 Consumi Interni Apparenti (ktep): consumo totale e per fonte energetica primaria. In 150 anni, dunque, i consumi italiani sono passati da circa 2 MTEP (milioni di TEP) a quasi 200 MTEP (187 nel 2006), da meno di 0,01 a 3 (sempre nel 2006) TEP procapite. Conflitti mondiali, crisi economiche e crisi energetiche modellano gli andamenti delle curve con delle perturbazioni forti, seguite da impetuose riprese. Anche la strana storia dell energia nucleare e la recente comparsa delle fonti rinnovabili sono evidenziabili dalle serie storiche dei dati. Non è questa la sede per addentrarsi in una analisi sistematica dei dati e ci limiteremo ad alcuni aspetti sintetici. Frazioni e penetrazioni del mercato energetico italiano Il sistema energetico di un paese può essere riguardato come un mercato, il mercato energetico appunto, in cui le diverse fonti energetiche competono alla stregua di prodotti che vengono via via introdotti, guadagnando frazioni del mercato a discapito di quelli già presenti. 2 La frazione del mercato energetico F i è definita come: F i = (C i / CTOT)x100 dove C i è il consumo interno apparente della fonte energetica primaria i e CTOT è il consumo interno apparente totale. Naturalmente si ha: Σ i F i = 100. La frazione di mercato consente di identificare la fonte energetica più importante, in valore assoluto e relativo, in un dato periodo. Tuttavia, l informazione circa la linea di tendenza dei consumi energetici può essere meglio evidenziata in altro modo. Nel periodo iniziale, ad esempio, la legna, pur avendo la frazione di mercato più elevata, era già in via di sostituzione, per la rapida diffusione del carbone. Risulta opportuno, quindi, introdurre una nuova funzione: la penetrazione di mercato P i della fonte i, definita come il rapporto della frazione i al suo complemento: P i = F i /(100 F i ) L andamento crescente (o decrescente) di P i nel tempo rivela la capacità (o l incapacità) di una fonte energetica di penetrare ulteriormente il mercato, conquistandone nuove porzioni. Esaminando le penetrazioni di mercato, 18 Progetto&Pubblico Febbraio 2011

4 è quindi possibile identificare la fonte energetica più importante dal punto di vista strategico e cioè la fonte energetica che sta conquistando quote di mercato a discapito di altre. Nella Figura 3 sono rappresentati gli andamenti nel tempo delle penetrazioni, relative a ciascuna fonte energetica primaria. Un aspetto interessante delle frazioni e delle penetrazioni di mercato è che possono essere rappresentate tramite il modello logistico, modello in grado di descrivere un gran numero di fenomeni di crescita e di saturazione. In una scala semilogaritmica, le penetrazioni di mercato sono descrivibili con una retta crescente nella fase di ingresso e di affermazione, una retta decrescente nella fase di declino e di perdita di quote di mercato e da una fase intermedia, di raccordo tra le due rette, in cui con una crescita sempre più rallentata la penetrazione della Figura 3 Penetrazione delle fonti energetiche primarie nel mercato italiano e applicazione del modello logistico. Figura 4 Penetrazione delle fonti energetiche primarie nel mercato italiano considerando l importazione di energia elettrica (IMPORT) come una nuova fonte fonte energetica raggiunge il massimo e poi inizia a declinare, come evidenziato in Fig. 3, dove il modello logistico è stato applicato calcolando le rette di regressione crescenti e decrescenti. Tale comportamento è stato studiato in modo sistematico per la maggior parte dei paesi industrializzati con una conferma generale della dinamica di sostituzione logistica, che risulta tipica dei mercati energetici dei paesi industrializzati e non appena di quello italiano. La Figura 3 visualizza la dinamica di questi 150 anni di storia. La legna da ardere la principale fonte energetica preindustriale- è descritta da una sola logistica decrescente: già all inizio della storia unitaria il carbone era la fonte energetica strategica e nel 1881 avviene il sorpasso. L ingresso dell energia idroelettrica (a cui è sommata quella di origine geotermica) provoca l arresto della crescita incontrastata del carbone che comincia il suo declino, in termini di penetrazione, attorno al È il petrolio, però, a dominare ben presto il mercato: la sua penetrazione raggiunge un massimo (simile a quello del carbone) verso la fine degli anni 70: ai tempi della prima e della seconda crisi energetica. Il gas naturale aveva nel frattempo cominciato la sua corsa, andando alla conquista di quote sempre più consistenti di mercato. Nessuna fonte energetica è entrata nel mercato dopo il gas naturale: il nucleare prima, le fonti rinnovabili poi, non hanno raggiunto dei valori sufficientemente significativi da renderle competitive e tali da permettere l applicazione del modello. Il quadro riassunto in Fig. 3 permette di fare alcune considerazioni: - il tempo necessario ad una fonte energetica per passare da qualche percento al 50% del mercato è pari a anni; - ogni anni una nuova fonte energetica entra nel mercato, con eccezione dell ultimo periodo; - la frazione di mercato massima mai Progetto&Pubblico Febbraio

5 realizzata è tra il 70 e il 75%; - c è un comportamento anomalo del sistema italiano legato al fatto che nessuna fonte energetica è entrata nel mercato dopo il gas naturale e ciò farebbe ipotizzare il raggiungimento da parte di quest ultimo di quote estremamente elevate nel futuro prossimo. Quest ultima considerazione apre la strada ad una indagine suppletiva. Un aspetto anomalo del nostro sistema energetico (apparentemente slegato dal precedente) rispetto agli altri paesi industrializzati, è la notevole importazione di energia elettrica, per circa il 15% del fabbisogno. Nelle elaborazioni precedenti, l importazione di energia elettrica (convertita come al solito in equivalente termico necessario per produrla bruciando combustibili fossili) è stata ripartita tra carbone, petrolio e gas naturale, secondo le quote di produzione di energia elettrica del nostro sistema: se tal energia non fosse importata sarebbe prodotta in centrali termoelettriche come quelle esistenti. È possibile fare un altra ipotesi? Il ruolo della energia nucleare L ipotesi alternativa a quella usuale (e precedentemente descritta) è quella di considerare l importazione, che abbiamo definito anomala per la percentuale raggiunta, alla stregua dell ingresso nel nostro mercato energetico di una nuova fonte: l energia nucleare. In Figura 4 è raffigurata la nuova situazione. Tutto diventa improvvisamente regolare: la nuova fonte, quella nucleare, è entrata nel mercato dopo il gas naturale, essa penetra con una pendenza simile alle precedenti, il gas naturale non raggiunge in prospettiva delle quote di mercato irragionevoli (e impossibili). Pur non essendo riportate in figura, le fonti energetiche rinnovabili (energia eolica, fotovoltaica, biomasse e rifiuti) si candidano per essere (una di queste o tutte insieme) un ulteriore possibile competitore. Si vedrà: il modello non prevede il futuro. Conclusione La storia del sistema energetico italiano può essere ripercorsa attraverso l analisi della sostituzione delle diverse fonti energetiche, succedutesi nel tempo. Nessuna di queste è scomparsa dallo scenario e anzi i consumi non sono sostanzialmente calati o addirittura sono aumentati. Tuttavia, in termini di frazioni e di penetrazioni di mercato, le fonti energetiche seguono la dinamica della crescita, saturazione e declino ben rappresentabile con il modello logistico. L applicazione di questo modello mostra alcune anomalie del nostro sistema, ma non appena l energia elettrica importata viene Bibliografia trattata come una nuova fonte energetica, tutto lo sviluppo si regolarizza. Considerare, poi, questa nuova fonte energetica come la fonte nucleare è abbastanza naturale. Se è vero che l energia elettrica non ha colore e una volta immessa nella rete nazionale attraverso gli elettrodotti transfrontalieri non porta con sé traccia della sua origine, è tuttavia ben noto che è grazie alle centrali nucleari francesi e svizzere che tale sviluppo dell importazione di energia elettrica ha potuto avere luogo. * Dipartimento di Ingegneria Energetica, Nucleare e del Controllo Ambientale, Università di Bologna. 1 F. Pierantoni, F. Piacentini, P.Vestrucci, (1980), Un Contributo alla Conoscenza dell Energia in Italia dal 1861 al 1978, Comitato Nazionale Energia Nucleare, CNEN-RT/ING(80)8. 2 Marchetti, C., and N. Nakicenovic, (1978), The Dynamics of Energy Systems and the Logistic Substitution Model, Volume 1: Phenomenological Part, Report AR-78-1B, International Institute for Applied System Analysis, Laxemburg, Austria. 20 Progetto&Pubblico Febbraio 2011