L energia prodotta e non la potenza installata è misura delle realistiche prospettive di impiego delle fonti rinnovabili

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1 energia rinnovabile 27 Angelo Spena L energia prodotta e non la potenza installata è misura delle realistiche prospettive di impiego delle fonti rinnovabili PARTE PRIMA - Dati consuntivi in Italia e critica metodologica tra pessimismo della ragione e ottimismo della volontà Memoria presentata e discussa al 64 Congresso Nazionale ATI, L Aquila, 8-11 settembre 2009 Un recente lavoro [1] ha messo in evidenza la necessità di esprimere in termini di energia producibile piuttosto che di potenza installata il contributo delle fonti rinnovabili alla copertura dei fabbisogni energetici, e la insostituibilità a fini comparativi, trattandosi di investimenti ad alta intensità di capitale del tipo pay now, save later, dell uso del numero di ore annuo h di equivalente funzionamento a pieno carico quale parametro elettivo per misurarne la producibilità. Allarma il fatto che i dati consuntivi affidabili [2] indichino che in Italia l energia da fonti rinnovabili non idrauliche venga prodotta - in relazione alle potenze installate e quindi ai relativi capitali immobilizzati - in quantità inferiori alle attese suscitate dall adozione dei metodi di dimensionamento correnti, sia nazionali [3] che comunitari [4]. Risultano infatti valori medi di producibilità h compresi orientativamente tra 500 e ore/anno, inaccettabilmente bassi. Ciò allunga il reale tempo di ritorno degli investimenti e soprattutto [5] espone il Paese al rischio di non onorare gli impegni negoziati ed assunti in ambito UE [6] nonostante forti esborsi di denaro pubblico per incentivi e agevolazioni. L impietosità dei numeri lascia sospettare che i citati metodi di valutazione dell energia producibile e quindi di redditività prospettica di investimenti in fonti rinnovabili siano fondati su premesse quantitativamente non corrette. A titolo di esempio in Tabella 1 sono Il contributo che l impiego delle fonti rinnovabili è suscettibile di fornire alla copertura dei fabbisogni energetici va espresso in termini di producibilità. La sostenibilità di investimenti ad alta intensità di capitale può essere infatti correttamente valutata solo con il rapporto h tra energia ottenuta e potenza installata. I dati statistici disponibili, denunciando in particolare per le fonti eolica e solare valori medi di h in Italia dell ordine di ore su un totale di annue, pongono un problema di verifica selettiva delle efficienze sul campo non più a lungo eludibile. Schemi di incentivazione il cui aprioristico indirizzo è stato fino ad oggi sottratto a ogni verifica ex-post, hanno impedito non solo di selezionare le fonti intrinsecamente più promettenti, ma soprattutto di mettere a fuoco le filiere tecnologiche in cui fondi pubblici e privati possano essere investiti con prospettive di utilità. Sulla base delle quantità di energia realmente ottenute nel contesto climatico italiano dalle filiere di conversione attualmente incentivate, il lavoro delinea scenari la cui analisi può consentire di individuare sia le applicazioni tuttora incapaci di innescare un circolo virtuoso, sia nuovi indirizzi di ricerca e sviluppo in termini di prestazioni delle apparecchiature e di ottimizzazione integrata dei dimensionamenti di sistema. riportati valori di elaborazione comunitaria [7] consuntivi al 1995 e previsionali al 2010 e al 2020 per la intera UE delle producibilità per tipologia di filiera. Anche a prescindere da considerazioni di realismo sulla sostenibilità delle accelerazioni industriali sottintese, è evidente una sistematica pregiudiziale inclinazione, all atto della formulazione di proiezioni future, a disconoscere il dato storico. Prof. Angelo Spena, Coordinatore Dottorato in Ingegneria delle Fonti di Energia, Presidente Corso di Laurea in Ingegneria per l Ambiente e il Territorio; Laboratori di Fisica Tecnica Ambientale, Dipartimento di Ingegneria dell Impresa, Università di Roma Tor Vergata (spena@uniroma2.it).

2 28 energia rinnovabile novembre 2009 TABELLA 1 Fonte: 7 Eurostat 1995 Proiezione al 2010 Proiezione al 2020 Impianti P 0 [GW] E 0 [GWh] h 0 = E 0 /P 0 P 1 [GW] E 1 [GWh] h 1 = E 1 /P 1 h 1 -h 0 /h 0 P 2 [GW] E 2 [GWh] h 2 = x 100 x 100 E 2 /P 2 h 2 -h 0 /h 0 Eolici 2, ,0% ,2% Idroelettrici 87, ,7% ,7% Fotovoltaici 0, ,0% ,0% A biomassa 6, , ,6% ,6% Geotermoelettrici 0, ,0% ,0% Fonte: 19 Fonte: IEA, 2008 I previsti ottimistici incrementi di h, compresi tra il 5% e il 60%, già al 2010, ormai verificabili, risultano smentiti dai fatti. Come è altresì incomprensibile la ratio sottesa alla previsione di incrementi di producibilità eolica da a ore passando da 75 a 180 GW installati (quindi realizzando impianti, tra il 2010 e il 2020, capaci di ore/anno!) essendo intuitivo che i siti via via futuri tendono ad essere, verosimilmente, di seconda scelta. Quanto alle più generali cause delle soprastime di scenario, occorre purtroppo prendere atto che i criteri di analisi adottati dai principali documenti internazionali [4] [6] [8] [9] [10] [11] [12] e italiani [2] [3] [13] [14] [15] [16] [17] presentano almeno due carenze. La prima carenza è metodologica: criteri ed obiettivi trascurano importanti aspetti tecnici in qualità di variabile indipendente. Essi sono fondati sul postulato secondo cui la disponibilità tecnico-ambientale (superfici, materie prime, semilavorati, quantità di risorsa solare o eolica ecc) è illimitata, totalmente sottratta a conflitti per usi multipli o a divieti normativi, e pertanto tale da non dover essere mai soggetta a vincoli o essa stessa configurata sotto forma di vincolo (Figura 1). Illuminanti conseguenze al riguardo sono le sconcertanti pendolazioni della posizione comunitaria sulle colture agricole per biocombustibili. Ma quanto detto vale anche per gli usi idrici, per le applicazioni solari (quantità di silicio), per i veicoli elettrici (quantità di litio, lantanio ecc), per la frequente sovrapposizione geografica di bacini per l approvvigionamento di biomassa, e altro ancora. La seconda carenza è di merito: per soprastime che si amplificano a catena, a partire dal dato climatico passando poi per quello tecnologico e per quello prestazionale, le potenzialità possono apparire in taluni casi maggiori perfino di un ordine di grandezza di quelle reali. Valorizzare le fonti rinnovabili di energia è tuttavia esigenza che sale dalla collettività [18]. Nel 2007 [19] un campione italiano di intervistati (Figura 2) ha giudicato il problema energetico essenzialmente causato da sprechi e consumi eccessivi, e solo secondariamente da scarsità delle fonti o da conflitti e crisi internazionali: più che i decisori politici o il mercato, sono ritenuti credibili fattori di cambiamento i comportamenti individuali virtuosi e le tecnologie rispettose dell ambiente. Mentre, come risulta anche da recenti sondaggi in UK [20] dove sette persone su dieci non sono disposte a sostenere spese per mitigare i cambiamenti climatici, le tasse ecologiche vengono per lo più ritenute strumentali alla quadratura dei bilanci piuttosto che a tutelare l ambiente. Tale percezione è tuttavia alquanto lontana dal vero per l Italia: differenti Fonti internazionali riconoscono infatti al nostro

3 Su ogni grande risorsa naturale si affacciano infatti interessi antagonisti [23] per i quali è necessario trovare un punto di equilibrio e di minimo conflitto, in un quadro complesso di intersettorialità metodologiche e culturali, intersecate da interterritorialità geografiche e giurisdizionali, e nei casi più impegnativi anche soggette a priorità aventi ragioni etiche [24]. Affinché gli impieghi delle fonti rinnovabili superino l età infantile, occorre tuttavia anche acquisire know-how mirato a supportare corrette decisioni di investimento, conferire oggettività alle procedure usate per formulare i business plan, e aggiornarne continuamente i dati di ingresso. Oggetto di dogmatismi intellettuali, ancora oggi invece sia in Italia che nella UE incentivazioni e sostegni non sono vincolati né a criteri né e verifiche di efficienza. Contraddicendo il basilare assunto che essi debbano contribuire a instaurare circoli virtuosi atti a superare le barriere all ingresso dei nuovi mercati, ciò ha finora impedito di seenergia rinnovabile 29 Paese grandi progressi nell intensità energetica e nella impronta ecologica (Figura 3) oggi le più basse tra gli ex dodici fondatori della UE, mentre il rendimento medio di conversione termoelettrica è il più alto d Europa (45%) [8]. Più realistico e netto è il risultato di una recente [21] indagine circa la opportunità di approfondire la ricerca: le fonti rinnovabili tendono in tal caso a consolidarsi nella opinione pubblica come la prima assoluta priorità (Figura 4). È a questo punto legittimo chiedersi quanto le precedenti percezioni, cornice sociologica delle attese circa le fonti rinnovabili, siano influenzate dai media. Uno studio [22] semantico dei testi di articoli di informazione energetica e ambientale da carta stampata, reti televisive e internet (Figura 5), mentre individua nelle fonti rinnovabili (31%) la classe di argomenti più frequentemente trattati (cui seguono bilanci, fusioni e alleanze degli operatori del settore al 20%, strategie di crescita aziendali al 19%, scenari futuri in termini di prezzi e tecnologie al 12%, normativa al 10%), rileva che i temi più trascurati sono l ambiente e Kyoto (8%). Nei paragrafi seguenti saranno affrontati gli aspetti oggettivi del problema. È questa ormai una necessità imprescindibile per il fatto che di fronte ad atteggiamenti e aspettative individuali forti e diffuse, ma connotate da tante divergenze tra realtà, percezione e informazione, solo una onesta e trasparente comunicazione può scongiurare disillusioni da reiterazione di promesse non mantenute, può acquisire consenso informato (la cui mancanza rende vulnerabile e ad alto rischio ogni progetto energetico di lungo termine) e soprattutto può confutare la prospettazione di rischiose nuove opportunità industriali cui potrebbe pericolosamente conseguire - in particolare in Italia - la creazione di posti di lavoro effimeri. Bilanci consuntivi e stato dell arte Fonte: 1 Fonte: 21 Fonte: 22

4 30 energia rinnovabile novembre 2009 TABELLA 2 Fonte: 27 Fonte Giorno medio annuo Scarto rispetto alla kwh/m 2 giorno Norma UNI Milano UNI Atlante Solare Europeo ,8% ENEA ,8% Roma UNI Atlante Solare Europeo ,2% ENEA ,2% Trapani UNI Atlante Solare Europeo ,7% ENEA ,6% FIGURA 6 - Italia. Coefficienti di deflusso (Fonte: 23) FIGURA 7 - Italia. Indici IS e Ir di residualità energetica idraulica per Regione lezionare, nel contesto climatico e territoriale nazionale, le filiere tecnologiche in cui fondi pubblici e privati possano essere spesi con qualche prospettiva di utilità e redditività. La fonte idraulica La fonte idraulica rappresenta il 90% della produzione mondiale di energia elettrica da fonti rinnovabili e costituisce - nella sua tendenza alla saturazione - un limpido esempio di attingimento limitato, vincolato e conflittuale. (Non si capisce tra l altro perché simmetriche limitazioni non debbano essere riconosciute ed accettate per le altre rinnovabili). In termini di progresso tecnologico e progettuale, ulteriori affinamenti sono tuttavia ancora possibili, soprattutto in termini di approccio sistemico alla governance dei bacini idrografici. Pur in presenza di enti trasversali e mirati (autorità di bacino, ato ecc), spesso manca in Italia una funzione di raccordo dei diversi piani, e di sintesi. Per quanto possa sembrare scontato, solo ad un approccio di sistema sarebbe apparso evidente (con conseguenti possibilità di più tempestivi allarmi) che, con un coefficiente di deflusso quasi doppio (Figura 6), l Aniene piuttosto che il Tevere avrebbe provocato nel Lazio, nel dicembre 2008, danni relativamente più repentini e ingenti. A scopo ricognitivo del grado di saturazione relativa della risorsa idraulica sotto il profilo energetico, è stata recentemente proposta una mappatura del territorio italiano [1] su scala più ampia di quella relativa a singole curve idrodinamiche, e cioè per regioni, da effettuare in termini di rapporto IS tra energia idroelettrica prodotta E (kwh/anno) e piovosità media ragguagliata d area pm (mm/anno) corretta dal coefficiente di deflusso C e moltiplicata per i km 2 d area S e per il dislivello orografico logaritmico medio dolm (m) della macroarea considerata. Con i fattori di ragguaglio si ha in termini omogenei (g è l accelerazione di gravità): I S = E/pm C S d olm (g 10 3 /3.600) Siffatto rapporto, più che in valore assoluto, ha utilità in termini relativi quale indicatore di massima della attuale intensità d uso, risultandone immediatamente il complementare indice di residualità energetica I R = 1 - I S un espressivo indicatore della residua potenzialità produttiva dei bacini imbriferi della macroarea. I risultati sono riportati in Figura 7. Appare evidente la buona saturazione delle regioni alpine e dell Umbria, mentre Puglia e Sicilia confermano l assenza di una vocazione energetica idraulica. Anche Liguria, Marche, Toscana e Lazio appaiono suscettibili di apprezzabili residue potenzialità. Considerato

5 energia rinnovabile 31 che la producibilità degli impianti idroelettrici esistenti, media tra le varie tipologie, è stata nel 2007 in Italia pari a h/anno (Figura 8), è pertanto presumibile che le potenzialità residue possano essere ancora apprezzabili. La fonte eolica In Italia la fonte eolica risulta dai dati storici poco utilizzabile in quanto velocità significativamente al di sopra della soglia di inserzione degli aerogeneratori (circa 3,5 m/s) si verificano molto raramente in pochi siti (Sardegna, Basilicata, Puglia, Molise) e mai sulla stragrande maggioranza del territorio nazionale. Installazioni off-shore potrebbero marginalmente migliorare tale situazione [25]. In Figura 9 sono riportati i valori, regione per regione, del numero di ore annuo h di equivalente funzionamento a pieno carico degli impianti censiti dal GSE [2]. Anche tenendo conto di un fermo fin del 12% per indisponibilità di rete conseguente a problemi di bilanciamento come lamentato da ANEV e riconosciuto da Terna [26], il valore consuntivo medio italiano di h non supererebbe al più le h/anno. FIGURA 8 - Italia. Producibilità per Regione Fonte: GSE, 2008 La fonte solare Vanno preliminarmente precisati due aspetti. Anzitutto, i dati climatici - quale che sia la fonte statistica, nazionale o internazionale - risultano sempre [27], in maggiore o minore misura, soprastimati (Tabella 2). Inoltre, le superfici utilizzabili all atto pratico sono sempre inferiori - fin di un ordine di grandezza - a quelle ufficialmente prospettate [10], non tanto perché stimate lorde e quasi sempre calcolate due volte, per usi concorrenti cioè sia termici che fotovoltaici, ma soprattutto perchè a rendimenti inferiori - quali quelli che di fatto si verificano come si vedrà più avanti - corrispondono aree inversamente maggiori. Gli usi termici, pur presentando sul campo valori medi delle efficienze istantanee anche tripli rispetto a quelli fotovoltaici, risultano caratterizzati da bassi valori di h, dell ordine di 500 h/anno (Figura 10), peraltro non dissimili da quanto accade nel resto della UE. Va peraltro considerato che le statistiche sui collettori termici, sia perché generalmente finanziati in c/capitale e non in c/energia, sia perché non operanti su rete, sia perché costituiti da una pletora di impianti piccoli, spesso artigianali e inadeguatamente condotti e mantenuti, sono da ritenere intrinsecamente meno precise di altre, seppure ancora significative. Quanto agli usi fotovoltaici, le producibilità sul campo degli attuali pannelli, per ragioni intrinseche agevolmente dimostrabili [28] ma poco divulgate, risultano inferiori alle attese. Il valore medio di h calcolato sui dati statistici globali del GSE (Figura 11) rilevati su oltre impianti convenzionati e relativi al 2008, primo anno di vigenza piena del nuovo conto energia, sarebbe di 870 FIGURA 9 - Italia, anno solare Ore di equivalente funzionamento a pieno carico degli impianti eolici Fonte: GSE, 2008 FIGURA 10 - Italia, anno solare Producibilità h di impianti solari termici Fonte: GSE, 2008

6 32 energia rinnovabile novembre 2009 h/anno per il 2008 [29]. Anche considerando la carenza di varie informazioni accessorie agenti con effetti di segno opposto - ritardi nelle concessioni, impianti a inseguimento e altro - appare sostanzialmente confermato l ordine di grandezza di ore/anno risultante dai bilanci degli anni precedenti, ad esempio del 2007 valutato pro-quota. È preoccupante osservare come ancora le più recenti indicazioni ENEA-CNES [16] del 2008, sia pure già ridimensionate rispetto alle precedenti ENEA-ISES [17] del 2002, prevedano mediamente h per il Nord d Italia, 1250 h per il Centro (erano nel documento del 2002), fino a h per il Sud (1.500 nel documento del 2002). Se confermati nel 2009, i dati consuntivi 2007 e 2008 comporterebbero l esigenza di una ulteriore revisione al ribasso delle mappe predittive istituzionali. FIGURA 11 - Italia. Ore di equivalente funzionamento a pieno carico di impianti solari fotovoltaici. Nuovo Conto Energia, anno 2008 Biomassa e biocarburanti La biomassa è fonte energetica millenaria, largamente impiegata nel mondo sia pure con transazioni private che sfuggono alla grande contabilità energetica ufficiale, ed è economicamente competitiva similmente all energia del vento, anche grazie allo sconto virtuale riconoscibile in corrispondenza dei costi evitati per la manutenzione boschiva. Sotto il profilo quantitativo, la biomassa è tuttavia relativamente poco abbondante: unico caso nella storia dell uomo di avvicendamento energetico per ragioni di quantità invece che di costo (cioè di impatto ambientale ante litteram da estinzione), il suo contributo integrativo è quantitativamente modesto. Sotto il profilo qualitativo, la producibilità di impianti a biomassa, in quanto svincolata da intermittenze e casualità climatiche, è invece elevata, unica confrontabile con quella delle centrali fossili; per l Italia [11] il dato IEA nel 2005 è di h/anno (corrispondente ad un coefficiente di utilizzazione del 48,5 %) e il dato IEFE nel 2007 [13] è di h/anno (59,4%). Quanto ai biocarburanti, anche considerato l impiego finora pressoché esclusivo nei trasporti, una rappresentazione delle problematiche che sia omogenea alle precedenti non è possibile. Molteplici sono i conflitti che il loro impiego innesca sull uso della terra, dell acqua, e soprattutto per gli aspetti etico e ambientale: i biocarburanti emettono tra l altro più inquinanti in termini non solo di CO 2 (biodiesel) ma soprattutto [24] di altri composti (N2O ecc), e coinvolgono il sistema idrico in una delicata questione etica circa la priorità per usi irrigui: proclamata solennemente per l alimen tazione umana e animale (in Italia ex Lege 183 del 1989), tale priorità dovrebbe valere anche per l ali mentazione motoristica? Bibliografia [1] A. Spena, L energia prodotta e non la potenza installata misurano le realistiche prospettive delle fonti rinnovabili. Dati consuntivi in Italia e critica metodologica tra pessimismo della ragione e ottimismo della volontà, Atti 3 Congresso Nazionale AIGE, Parma, Giugno [2] GSE, Statistiche sulle fonti rinnovabili in Italia, anno 2007, Roma, [3] ENEA, Rapporto energia e ambiente Analisi e scenari, Roma, Luglio [4] DG-TREN, EU Energy Security and Solidarity Action Plan: Second Strategic Energy Review, Bruxelles, November [5] Presidenza del Consiglio dei Ministri, Energia: temi e sfide per l Europa e per l Italia, Position Paper del Governo Italiano, 10 settembre [6] EU Council and Parliament, Directive on the Promotion of the Use of Energy from Renewable Sources, Bruxelles, 17 December [7] EREC, Renewable Energy Target for Europe-20% By 2020, Bruxelles, [8] IEA, Deploying Renewables - Principles for Effective Policies, Annex I and Annex II, [9] IEA, Scientific Breakthroughs for a Clean Energy Future, Paris, 6-7 may [10] G. Resch, R. Haas, T. Faber, The Future Potential for Renewable Energies - Assessment of Their Mid-Term Realisable Potential up to 2020 at Global Scale, Energy Economics Group, IPSEE, Wien, [11] IEA, World Energy Outlook 2007, OECD/IEA, Paris, [12] WEC, 2007 Survey of Energy Resources, London, [13] GSE-IEFE, Prospettive di sviluppo delle tecnologie rinnovabili per la produzione di energia elettrica, Roma, 14 maggio [14] C. Manna, L Italia e il SET-Plan: scenari ed effetti, Workshop ENEA, Roma, 18 marzo 2008.

7 energia rinnovabile 33 L Aquila [15] CNES, Rapporto preliminare sullo stato attuale del solare termico nazionale, Ministero dell Ambiente, Roma, Gennaio [16] CNES, Rapporto preliminare sullo stato attuale del solare fotovoltaico nazionale, Ministero dell Ambiente, Roma, Gennaio [17] ENEA-ISES, L energia fotovoltaica, Sviluppo sostenibile n. 22, Roma, [18] A. Spena et Al, Scientific and Technological Aspects of Sustainable Energy Systems, Expert Group Meeting Draft Report, UN, Geneva, October [19] Observa, Osservatorio Scienza e Società, Il Sole24ore, 15 marzo [20] B. Lomborg, Attenti a non replicare Kyoto, Il Sole24ore, 17 maggio [21] Observa, Science in Society, Il Sole24ore, 6 agosto [22] Osservatorio di Pavia ed extrapola, Il Sole24ore, 12 luglio [23] A. Spena, Fondamenti di Energetica, CEDAM, Padova, [24] A. Spena, G. D Angiolini, R. Rota, Prime valutazioni parametriche sulle prospettive di impiego dei biocarburanti sullo scenario energetico, normativo e territoriale europeo, Atti 3 Congresso Nazionale AI- GE, Parma, Giugno [25] G. Gaudiosi, Problematiche e prospettive dell eolico off-shore in Italia, Il sole a 360 gradi, n. 4, aprile [26] F. Rendina, Eolico penalizzato dalle dispersioni, Il Sole24ore, 10 maggio [27] F. Groppi, C. Zuccaro, Impianti solari fotovoltaici, Delfino Ed., Agosto [28] A. Spena, Le fonti rinnovabili di energia, Aracne, Roma, [29] GSE, Il fotovoltaico - Risultati del Conto Energia al 31 dicembre 2008, Roma, aprile 2009.