LIMITI E PROSPETTIVE DELLE FONTI RINNOVABILI IN ITALIA. Domenico Coiante

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1 LIMITI E PROSPETTIVE DELLE FONTI RINNOVABILI IN ITALIA Domenico Coiante ISAT - Istituto per le scelte ambientali e tecnologiche Roma, 11 luglio

2 1 - Bilancio energetico italiano 2005 Disponibilità energia primaria in Italia nel 2005 FONTE PRIMARIA Energia disponibile nel Energia equivalente al petrolio 2 (Mtep) Quota percentuale (%) Carbone 16.9 Mtep Gas Naturale 71.1 Mtep Petrolio 86.0 Mtep Totale combustibili fossili Elettricità importata TWh Fonti rinnovabili tradizionali:! Idroelettrico! Geotermoelettrico! Geotermico! Legna da ardere (riscaldamento) TWh* TWh 8916 TJ TJ Totale energia rinnovabile tradizionale NFER 3 :! Eolico! Solare fotovoltaico! Biomasse (elettricità)! Solare termico! Biomasse usi termici! Biocombustibili TWh TWh TWh 774 TJ TJ Mtep Totale Nuove Fonti Energia Rinnovabile Recuperi energetici: RSU 4 (elettricità) RSU (calore) Biogas (elettricità) TWh TJ TWh Totale recuperi energetici Cogenerazione TJ Totale energia rinnovabile, recuperi e cogenerazione TOTALE ENERGIA Fonte dei dati: ENEA, Rapporto Energia e Ambiente L energia in TWh si riferisce all elettricità, mentre quella in terajoule (TJ) attiene all energia termica. 2 I dati di produzione sono stati elaborati secondo i seguenti fattori di conversione: 1 TWh (elettr.) = 0.22 Mtep (efficien. centrali =39%) per idroelettrico, geotermoelettrico, eolico, biomasse, fotovoltaico; 1 TWh = Mtep (efficien. = 30%) per biogas e RSU; 1 TJ (term.) = Mtep. 3 NFER = Nuove Fonti Energia Rinnovabile 4 RSU = Rifiuti Solidi Urbani 5 Il dato contiene tutti i contributi delle fonti rinnovabili, dei recuperi d energia e della cogenerazione. Esso differisce dal dato statistico ufficiale (Rapporto REA 2006) perché questo non contiene il contributo di 2.3 Mtep di alcune rinnovabili (es. legna. RSU, ecc). 2

3 2 - Rappresentazione del bilancio energetico italiano 2005 Tot. Rinn. Tradiz. 6,1% Elettricità importata 5,4% Solare 0,0% Tot. Biomasse & RSU 2,0% Eolico 0,3% Carbone 8,4% Petrolio 42,6% Gas Naturale 35,3% DISPONIBILITA' LORDA DI ENERGIA PRIMARIA NEL 2005 = 201,7 Mtep 3

4 3 - Dettaglio del bilancio energetico italiano 2005 Petrolio 42,64% Elettricità importata 5,36% Tot. Rinn. Tradiz. 6,05% Cogenerazione 0,23% Tot. Biomasse & RSU 1,81% Gas Naturale 35,25% Carbone 8,38% NFER & RSU 2.08% Eolico 0,26% Solare 0,01% CONSUMO ENERGETICO LORDO NEL 2005 = 201,7 Mtep ELETTRICITA' IMPORTATA = 10,8 Mtep ENERGIA RINNOVABILE ENDOGENA = 16,9 Mtep Fonte: ENEA REA 2005, UPI 2006, Terna

5 4 - Impegni di Kyoto per l Italia (situazione al 2005) Riduzione emissioni del 6.5% entro il 2012 rispetto al 1990 (riferimento per il settore energetico = 419 Mt) Diminuzione emissioni del sistema energetico da 484 Mt a 392 Mt - 92 Mt in 7 anni = - 13 Mt/anno Produzione da fonti rinnovabili e/o da risparmio energetico di 4.5 Mtep/anno per 33 Mtep al

6 5 - Densità dell energia rinnovabile (media annuale) Densità superficiale di energia rinnovabile annuale sul territorio italiano Fonte rinnovabile Tipo di energia prodotta Densità d energia riferita al terreno (E/km 2 ) Energia chimica equivalente al petrolio (ktep/km 2 ) Quantità equivalente al petrolio (barili/km 2 ) x10 3 Eolico Elettrica 1 (21 48) GWh ( ) (34 77) Solare termico Termica ( ) TJ (24 39) ( ) Fotovoltaico Elettrica 1 (99 107) GWh (22 23) ( ) Solare termodinamico: tecnologia CRS 2 tecnologia DCS 3 1 Elettrica (77 93) GWh (72 86) GWh (17 20) (16 19) ( ) ( ) Biomasse: usi termici Termica (30 80) TJ ( ) (5 14) Biomasse: usi elettrici 4 Elettrica 1 ( ) GWh ( ) (5 12) Biomasse: MTBE 5 Chimica (5 6) TJ ( ) (0.88 1) 1 La produzione delle fonti elettriche è considerata tutta destinata all uso finale elettrico 2 CRS = Central Receiver System; 3 DCS = Distributed Collector System. 4 Si è considerata un efficienza di conversione delle centrali pari al 35%, cioè 1 kwh = 2500 kcal. 5 MetilTerziarioButilEtere Fonte: D. Coiante, Le nuove fonti di energia rinnovabile. Franco Angeli- Milano

7 6 - Indice di occupazione territoriale (produzione media annuale) Per produrre 1 Mtep: - solare termico 32 km 2 - fotovoltaico 44 - solare termodinamico 55 - eolico * biomasse 850 -biocombustibili 8000 *con riferimento all intero parco eolico 7

8 7 - Esempio fotovoltaico Indice d occupazione territoriale (equivalenza 4.5 TWh = 1 Mtep): - Sud Italia e Isole: 44 km 2 /Mtep - Centro-Nord (fascia tirrenica): 60 km 2 /Mtep Esempio contributo per Kyoto: - Produzione incrementale fotovoltaica di 1 Mtep/anno al Sud = 44 km 2 all anno per 8 anni - Area finale occupata dagli impianti = 350 km 2 8

9 8 - Disponibilità territoriale per impianti fotovoltaici Destinazione d uso del territorio italiano Tipo di uso Estensione (km 2 ) Quota percentuale Aziende agricole (tot. Anno 2000) - Superficie Agricola Utile (SAU)! Seminativi! Coltiv. legnose permanenti 1! Prati e pascoli permanenti - Boschi ! 88037! 28976! Terreni marginali e coperture Resto del territorio % TOTALE % 1 Coltivazioni arborescenti: oliveti, frutteti, noccioleti, vigneti, pioppeti, ecc. 2 Totale delle aree non utilizzabili a fini agricoli Fonte: Dati ISTAT riportati su Enciclopedia di Repubblica 2003 alla voce Italia 75.0% %! 29.2%! 9.6%! 13.7% % - 7.5% Nota: uno studio dettagliato effettuato dal CNR nel 1984 ha messo in luce che 2 milioni di ettari (20000 km 2 ) di aree incolte ed abbandonate si trovano tutte al Centro - Sud e sulle Isole 9

10 9 - Potenziale energetico accessibile per il fotovoltaico - Utilizzo completo dei terreni marginali Centro-Sud e Isole pari a km 2 (1 TWh = 12 km 2 ) Energia elettrica producibile: 1670 TWh/anno = 144 Mtep (1 TWh = Mtep) - Utilizzo di terreni marginali Centro-Sud e Isole per 3720 km 2 (19% del totale) Energia elettrica producibile: 310 TWh/anno = Fabbisogno elettrico odierno Potenziale fotovoltaico confrontabile con fabbisogno nazionale di energia 10

11 10 - Conclusione Sommando i contributi delle altre tecnologie, sia pure limitati dalla presenza di vincoli territoriali (biomasse) o da scarsità di siti adeguati per risorsa primaria (vento per l eolico e radiazione diretta per il solare termodinamico), si può concludere che il potenziale energetico accessibile alle tecnologie rinnovabili nel loro stato attuale di sviluppo è complessivamente confrontabile con il fabbisogno nazionale d energia 11

12 11 - Il potenziale praticabile per le fonti elettriche Modello attuale di sviluppo: - Sistemi senza accumulo, allacciati alla rete con intermittenza casuale della generazione di potenza Limite tecnico per l allacciamento alla rete dovuto all intermittenza: 20-25% potenza rotativa attiva in rete MW Produzione annuale netta (Fattore capacità medio 1500 kwh/kw): TWh 3-4 Mtep % (elettricità) 1.5-2% (energia totale) CO 2 Evitata 10 Mt (2% totale emissioni attuali) 12

13 12 - Conseguenze - A fronte del grande potenziale accessibile, l intermittenza della fonte ha come conseguenza che il massimo contributo oggi praticabile è marginale (3-4 Mtep = 1.5-2%) con scarsa incidenza ambientale (2%). - La sostituzione dei combustibili fossili richiede la modifica del modello di sviluppo degli impianti con l introduzione di un sistema di accumulo atto a superare il limite di accettazione della rete dovuto all intermittenza 13

14 13 - Sviluppo del potenziale praticabile: sistemi con accumulo Fonte rinnovabile Impianto di conversione Potenza intermittente Condizionamento elettronico della potenza Potenza stabile Rete elettrica Utenti Sistema di accumulo Accumulo 24 ore (limite al 40% potenza attiva in rete): - Potenziale praticabile: 34 TWh/anno (7.5 Mtep) Accumulo stagionale (rimozione dell intermittenza): - Potenziale praticabile: Dell ordine di 100 Mtep 14

15 14 - Le conseguenze ambientali Le fonti rinnovabili, usate su larga scala, hanno un impatto ambientale di tipo paesaggistico sul territorio. ESEMPIO - Eolico: crinali appenninici, 3000 MW = 3000 aerogeneratori da 1 MW alti circa 100 m, distanza 7 diametri rotore = 200 m, 1 fila = 600 km, 2 file = 300 km, (già installati 2700 MW). - Fotovoltaico, installato al Sud su tetti degli edifici commerciali e industriali e su aree agricole abbandonate, contributo per dopo Kyoto di 2 Mtep/anno: 16 Mtep dal 2012 al 2020 area impianti per 700 km 2 ; - A prescindere dai costi economici e dalla diffusione nel territorio, le grandi dimensioni dell area totale impegnata richiedono la massima cura circa l inserimento degli impianti nel nostro prezioso paesaggio. 15

16 15 - Gli ostacoli Le barriere sono tre: - intermittenza della generazione (limite di potenza); - occupazione del territorio (impatto paesaggistico); - costo di produzione dell energia non competitivo. E necessario abbattere le barriere se si vuole perseguire la via della sostituzione delle fonti fossili mediante l uso di quelle rinnovabili. 16

17 16 - La rimozione delle barriere - L intermittenza può essere rimossa mediante l ulteriore sviluppo tecnico degli impianti con l aggiunta di un adeguato sistema di accumulo dell energia; - L impatto paesaggistico può essere ridotto migliorando l efficienza di conversione energetica delle diverse tecnologie in modo di impegnare minore territorio. - La competitività dei costi può essere raggiunta attraverso il miglioramento delle tecnologie e l effetto di scala ottenuto promovendo il mercato con adeguate politiche d incentivazione. Particolare attenzione merita quest ultimo punto in relazione con le distorsioni che può provocare una quota eccessiva d incentivazione rispetto alla corretta gestione dell inserimento territoriale degli impianti in siti di adeguate caratteristiche energetiche (caso attuale dei CV nei confronti dei siti eolici e del CE per gli impianti fotovoltaici). 17

18 Conclusioni riassuntive 1) Il potenziale energetico delle fonti rinnovabili è sovrabbondante rispetto al fabbisogno nazionale d energia. 2) La quantità di emissioni ambientali durante tutto il ciclo di vita è bassa. L uso su larga scala può contribuire al risanamento ambientale. 3) L intermittenza delle fonti introduce barriere tecniche ed economiche che impediscono di produrre quantità di energia elettrica in misura adeguata. 4) L attuale modello applicativo (sistemi senza accumulo) permette la sostituzione marginale dei combustibili fossili (non riesce a rispettare gli impegni di Kyoto). 5) Occorre intervenire (da subito) con azioni di R&S sul sistema dell offerta, migliorando le tecnologie in modo da superare le barriere tecniche ed economiche. 6) Occorre completare i sistemi di produzione con impianti di accumulo dell energia a basso costo in modo da svincolare l erogazione di energia agli utenti dalla intermittenza della generazione. 7) Occorre mitigare l impatto ambientale di tipo paesaggistico prodotto quando la fonte è usata su larga scala. 8) Senza questi interventi, le incentivazioni pubbliche attuali poste sullo sviluppo del mercato rischiano di produrre risultati poco efficaci rispetto alle necessità di sostituzione dei fossili e del risanamento ambientale. 18

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