ENERGIE RINNOVABILI E DINTORNI

Transcript

1 ENERGIE RINNOVABILI E DINTORNI Prof. Gianni Comini Direttore del Dipartimento di Energia e Ambiente CISM - UDINE EnAIP FVG Pasian di Prato (UD) 18 febbraio 2013

2 Fonti primarie e utilizzi Rinnovabili Energia idraulica Energia elettrica Energia geotermica Energia elettrica, termica Energia da biomasse e rifiuti Non rinnovabili Combustibili fossili Energia elettrica, termica Nucleare Energia elettrica Energia termica, elettrica Energia eolica Energia elettrica Energia solare Energia termica, elettrica

3 Perché le rinnovabili? Le statistiche dimostrano che le fonti non rinnovabili si esauriranno in tempi brevi (rispetto ad una prospettiva storica) e che, tra esse le fonti fossili, sono responsabili di gran parte delle emissioni di CO 2 (riconosciute climalteranti attraverso l effetto serra) Le normative europee impongono per il 2020 di decarbonizzare l economia riducendo del 20%, rispetto al 1990, le emissioni di gas serra (il più importante dei quali è la CO 2 ) ridurre del 20%, rispetto al 1990, i consumi di energia primaria incrementare il ricorso alle fonti rinnovabili fino al 20% dei consumi finali lordi di energia (17% per l Italia), con un minimo del 10% per l utilizzo di biocarburanti nei trasporti (indifferenziato per tutti gli Stati dell Unione)

4 Perché effetto serra Come il vetro delle serre i gas serra lasciano passare le radiazioni provenienti dal Sole, che hanno piccola lunghezza d onda in quanto emesse da un corpo ad alta temperatura, ma riflettono le radiazioni provenienti dalla Terra, che hanno grande lunghezza d onda in quanto emesse da un corpo a bassa temperatura

5 Emissioni Mondiali di CO 2

6 CONCENTRAZIONE CO 2 - TEMPERATURA "*%#%%&!$#(%& "(%#%%&!$#'%& ",%#%%& "'%#%%&!$#$%& +-./()001,( "+%#%%& "$%#%%& ""%#%%&!$#)%&!$#%%&!"#$"%&!'%&()*+,( ")%#%%&!"#(%& "!%#%%&!"#'%& "%%#%%& )*%#%%&!((%&!*%%&!*)%&!*$%&!*'%&!*(%& )%%%& &22-(!"#$%&

7 I da8 ufficiali NASA GISS

8 Previsioni IPCC (International Panel on Climate Change) per Europa meridionale e Mediterraneo

9 Incertezza delle previsioni dovuta a Difficoltà di s8mare effeg clima8ci di Circolazione atmosferica Corren8 marine Urbanizzazioni Inquinamento atmosferico Copertura nuvolosa AGvità solare AGvità vulcanica

10 Aumen8 di temperatura (media 2000/2009 media 1951/1980)

11 Circolazione atmosferica

12 Corren8 oceaniche

13 Rappresentazione folcloris8ca delle variazioni di temperatura nella storia

14 COME RIDURRE LE EMISSIONI DI GAS CLIMALTERANTI (GHG - GreenHouse Gases, ovvero Gas Serra ) IN COERENZA CON LA NORMATIVA EUROPEA

15 GAS Principali gas climalteranti (GHG) elencati nella normativa Europea Anidride carbonica Vita Media Atmosfera [anni] Metano Protossido di azoto Potenziale di riscaldamento Gas alogena

16 EMISSIONI GHG IN ITALIA

17 OVVERO L Italia ha rido_o le emissioni di gas serra riducendo il PIL e, di conseguenza, i consumi mentre la poli8ca europea spingeva a puntare con decisione su uno sviluppo economico basato sull incremento dell efficienza energe8ca e su una promozione intelligente delle energie rinnovabili

18 COME PROMUOVERE L EFFICIENZA ENERGETICA IN COERENZA CON LA NORMATIVA EUROPEA

19 Nella conversione di fonti fossili (cenni) Sfruttare al meglio il potere calorifico dei combustibili (che è energia potenziale chimica, convertibile in energia elettrica con efficienza molto elevata, al limite unitaria nelle celle a combustibile) e, di conseguenza Incrementare il ricorso a cogenerazione, cicli combinati, pompe di calore e sistemi energetici integrati (teleriscaldamento e trigenerazione)

20 Nell utilizzo di energia termica (cenni) Incrementare i recuperi dei cascami termici (generatori di vapore a recupero, recuperatori ad olio diatermico, recuperatori fumi-aria e aria-aria) Migliorare l isolamento di tubazioni, condotte e componenti impiantistici caldi e freddi e, soprattutto Ridurre i consumi energetici degli edifici (più facilmente comprimibili dei consumi industriali) spingendo verso la certificazione energetica degli edifici

21 COME INCREMENTARE IL RICORSO A FONTI ENERGETICHE RINNOVABILI (FER) IN COERENZA CON LA NORMATIVA EUROPEA

22 ENERGIA ELETTRICA DA FER Nella produzione di energia elettrica (in figura), prima le bioenergie, poi l'eolico e, di recente, il solare hanno visto un tumultuoso incremento.

23 TOTALE CONSUMI DA FER Sfortunatamente, gli usi elettrici coprono solo il 19,2 % dei consumi finali di energia in Italia ( su tep nel 2011). Per raggiungere, nel 2020, il 17% di copertura del fabbisogno totale con le FER occorre un incremento drammatico nell utilizzo di rinnovabili, soprattutto negli usi termici 17%

24 Le fonti primarie possono classificarsi per densità e diffusione Le energie rinnovabili sono per lo più caratterizzate da alta diffusione, ma bassa densità I loro costi sono spesso rilevanti Le loro filiere di produzione sono complesse e possono ridurre drasticamente i vantaggi competitivi In ogni caso, le energie rinnovabili impongono uno stretto legame con il territorio

25 Opzione 1 Un gruppo turbogas a metano da 1 MW, con fattore di utilizzo 70% fornisce all'utenza: (365 g x 24 h) x 0,7 x 1 MW = MWh/a Ingombro: 6,7 x 2,4 x 2,7 m Consumo gas (con rendimento 24%): 2,6x10 6 m 3 /a CO 2 emessa: t/a

26 Opzione 2 Un impianto eolico come quello di Varese Ligure, comprendente 4 turbine da 0,8 MW (3,2 MW complessivi) con fattore di utilizzo 23% (sito con velocità media del vento di 6 m/s), che fornisce all utenza: (365g x 24h) x 0,23 x 3,2 MW = MWh/a Ingombro: 4 turbine da 52 m di diametro distanziate di 3 diametri occupano una lunghezza complessiva di circa 500 m Emissioni CO 2 : 42 t/a (dalla ripartizione sul ciclo di vita delle emissioni durante la costruzione delle turbine)

27 Opzione 3 Un impianto fotovoltaico da 5,4 MW e fattore di utilizzo 13% (valore medio in Friuli) che fornisce all utenza: (365g x 24h) x 0,13 x 5,4 MW = MWh/a Ingombro: pannelli da 230 W, con superficie di 1,6 m 2 ed opportunamente distanziati occupano almeno m 2. Emissioni CO 2 : 180 t/a (dalla ripartizione sul ciclo di vita delle emissioni durante la costruzione dei pannelli)

28 Opzione 4 Un gruppo diesel a olio di colza da 1 MW, con fattore di utilizzo 70% che fornisce all'utenza: (365 g x 24 h) x 0,7 x 1 MW = MWh/a Con rendimento del 40% consuma t/a di olio ed è responsabile di 780 t/a di emissioni di CO 2 durante la coltivazione della colza e la produzione dell olio. Area coltivata a colza necessaria: ha (20 km 2 )

29 RIDUZIONE DEL VANTAGGIO COMPETITIVO PER ALCUNE FILIERE FER Tempo di ritorno energetico per un pannello fotovoltaico (= tempo necessario a produrre l energia spesa nella sua costruzione)

30 Distorsioni di mercato collegate alle FER GIUGNO 2012 In un mese tipico il Gestore dei Mercati Energetici (GME) ha dovuto acquistare tutte le rinnovabili a prezzo alto per abbassare il prezzo medio ha comprato tutta l offerta estera (soprattutto notturna) causando invenduti disastrosi per i produttori tradizionale italiani

31 Conseguenze sul prezzo orario Andamento del prezzo pagato dal GME agli operatori sul mercato libero in un giorno estivo tipico: giovedì 14 giugno 2012 Durante il giorno il GME offre prezzi ridotti agli operatori del mercato libero perché deve acquistare tutte le rinnovabili (in particolare il fotovoltaico) a prezzo politico Durante la notte il GME importa il più possibile energia prodotta all estero (con il nucleare ed il carbone) perché costa meno di quella prodotta in Italia col gas

32 Produzione di energia elettrica con FER

33 Idroelettrica tradizionale mini idroelettrico

34 Produzione idroelettrica in Italia [GWh] TOTALE impianti grandi impianti medi impianti mini La potenza degli impianti (non riportata) è aumentata dell 1% all anno ma la produzione evidenzia una forte variabilità dovuta a fattori climatologici

35 PROSPETTIVE PER L IDROELETTRICO Ragioni di carattere ambientale impediscono la realizzazione di nuove centrali idroelettriche di taglia grande e rendono difficile la realizzazione di impianti di taglia media. Con i mini impianti sono possibili realizzazioni poco invasive che limitano gli impatti sul territorio. Occorre valutare il potenziale idroelettrico ancora sfruttabile con i mini impianti, tenuto conto degli usi concorrenti (turistici, irrigui, domestici ed industriali) e, soprattutto, dei vincoli ambientali.

36 Risorse nel Mini Idroelettrico Mappa del potenziale mini idroelettrico residuo nei diversi bacini idrografici in cui il territorio nazionale è suddiviso. I bacini a più alto potenziale si hanno in zone montane con piovosità e salti geodetici consistenti. In Friuli vi sono due dei bacini italiani più promettenti. Secondo l ENEA, in Friuli vi sono 45 siti ancora sfruttabili con costi di generazione inferiori a 5 c /kwh, per una capacità produttiva globale di circa 40 GWh/anno.

37 Il contatore fotovoltaico FINE 2011 N. impianti: Potenza [MW]: Costo di acquisto energia: 5,647 miliardi [ /a] INIZIO 2013 N. impianti: Potenza [MW]: Costo di acquisto energia: 6,499 miliardi [ /a]

38 Produzione fotovoltaica in Italia [GWh] TOTALE FOTOVOLTAICO TOTALE CONSUMI ELT GWH Regionale nel 2011

39 Risorse nel solare Radiazione solare media annuale in Italia incidente su superfici orizzontali, espressa in chilowattora per metro quadrato ed anno. Il FVG non è certamente la regione più favorita ma, come dimostrato anche nella slide precedente, è un territorio che consente producibiltà fotovoltaiche annuali di tutto rispetto (dell ordine dei kwh/ kwpannello).

40 non per il FVG Eolica

41 Produzione eolica in Italia [GWh] TOTALE EOLICO TOTALE CONSUMI ELT GWH Regionale nel 2011

42 Geotermoelettrica è limitata alla Toscana: in FVG è possibile solo lo sfruttamento termico

43 Produzione geotermoelettrica in Italia [GWh] sostanzialmente ferma

44 Biomasse e rifiuti solidi urbani in base alla normativa si contabilizza come energia elettrica da FER quella prodotta da: - biomasse (contabilizzata al 100%) - rifiuti solidi urbani e CDR (contabilizzata al 50%)

45 Biogas sopra: da discarica a fianco: da liquami

46 Bioenergie in Italia [GWh] TOTALE BIOGAS RSU SOLIDI BIOLIQUIDI Tra il 2000 e il 2011 l elettricità generata con le bioenergie è cresciuta mediamente del 32% l anno passando da GWh a GWh.

47 Raccolta differenziata e recupero energetico obbligatorio La raccolta differenziata consente di selezionare a monte i rifiuti da inviare al riutilizzo od al riciclaggio di materia. Dopo i trattamenti è ancora obbligatorio il recupero di energia dal residuo (che, generalmente, si attua attraverso l incenerimento).

48 RSU in FVG In FVG vi è un solo impianto di incenerimento: Trieste (612 t/giorno; potenza elettrica 14,9 MW; capacità 150 kt/anno equivalenti a 32 ktep/a; produttività elettrica 87,2 GWh/anno) L impianto di Trieste può servire il solo territorio provinciale di Trieste (essendo progettato per rifiuti tal quali ed essendo già sfruttato al 65%) In FVG non vi sono impianti di incenerimento del CDR prodotto a Udine e Pordenone, per cui appare interessante, ad esempio, un possibile coincenerimento nella centrale a carbone di Monfalcone.

49 Totale energia elettrica da FER in Italia

50 Per le diverse FER in Europa percentuali delle produzioni totali europee Solare: 2 posto Eolico: 5 posto Bioenergie: 4 posto

51 Produzione di energia termica con FER

52 Solare termico ad esempio nella versione tradizionale

53 Pompe di calore e FER La normativa europea sembra dimenticare che: per produrre 1 kwh di energia elettrica occorrono 2-3 kwh di potere calorifico dei combustibili!

54 Aerotermica ed idrotermica aerotermica significa prelevata dall aria con una pompa di calore, ad esempio del tipo split con unità esterna (sotto) ed unità interna (sopra) idrotermica significa prelevata dall acqua con una pompa di calore, ad esempio del tipo acqua-acqua

55 Geotermica a bassa temperatura con pompa di calore a sonda geotermica (possibile ovunque) con prelievo e reimissione di acqua in falda (possibile, ad esempio, nella zona di Grado)

56 Biomasse per il riscaldamento ad esempio con stufe a pellets ad uso domestico (a sinistra), ma anche in impianti di teleriscaldamento a servizio di comunità locali (sotto)

57 Confronto di convenienza Nell ottica del Dlgs 28/2011 non vi sono dubbi: 100 kwh di biomasse producono 25 kwh di energia elettrica (al più) od 85 kwh di energia termica (almeno) un pannello solare termico ha un efficienza del 70% (in termini di energia termica), mentre un pannello solare fotovoltaico ha un efficienza del 18% al più (in termini di energia elettrica).

58 Conseguenze pratiche Già nel 2008 (prima del boom del fotovoltaico) l Italia era allineata sull uso delle FER per la produzione di energia elettrica, mentre era molto sotto la media per gli usi termici sarà impossibile arrivare al 17% dei consumi lordi per il 2020 puntando solo sulla produzione di energia elettrica con FER pertanto è giusto incentivare gli impieghi termici delle FER (e contabilizzare accuratamente tali impieghi)

59 ATTENZIONE Non esistono ancora statistiche attendibili sugli usi termici delle FER In particolare non sono censiti i piccoli impianti domestici (stufe, pompe di calore, pannelli solari termici e così via) Secondo alcuni, affinando le statistiche, potrebbe risultare che l Italia è già ora vicina al target del 17% di FER sui consumi totali fissato per il 2020

60 ENERGIA NUCLEARE: L ALTERNATIVA DIMENTICATA PER RIDURRE LE EMISSIONI DI ANIDRIDE CARBONICA

61 PREOCCUPAZIONI Sicurezza, in quanto le centrali nucleari sono viste come un rischio per la salute e l ambiente Smaltimento delle scorie, in quanto il confinamento in depositi geologici o lo stoccaggio in bunker sotterranei schermati non sono considerate garanzie sufficienti Proliferazione delle armi nucleari, atteso il legame tra produzione civile di energia nucleare e sviluppo di armi atomiche Costi di costruzione, più elevati di quelli delle centrali termoelettriche tradizionali di ugual potenza

62 DATI OGGETTIVI La probabilità di un guasto grave nelle centrali di seconda generazione (costruite fino al 1999) è: 1 ogni anni di funzionamento, e passa ad 1 ogni di anni con le centrali di terza generazione (costruite dopo il 2000) Tutte le scorie radioattive generate in 60 anni da eventuali centrali nucleari in grado di produrre il 30% dell energia elettrica consumata in Italia starebbero in un cubo di 20 metri di lato Molte nazioni aderenti al trattato di non proliferazione delle armi nucleari utilizzano il nucleare a scopi civili (ad esempio: Germania, Giappone, Slovenia, Spagna, Svezia e Svizzera) Le centrali nucleari hanno costi di costruzione più elevati, ma costi di produzione più bassi delle centrali tradizionali ed il vantaggio sui costi di produzione potrebbe aumentare di molto a causa delle penalizzazioni per le emissioni di anidride carbonica.

63 PURTROPPO In Italia il problema delle scorie è stato molto discusso senza mai venire affrontato seriamente. Non si tratta solo delle scorie che saranno prodotte dalle nuove centrali nucleari italiane (che, senza depositi adeguati, non si faranno). Il problema riguarda le scorie prodotte dalle vecchie centrali dismesse e, cosa a cui pochi pensano, anche... le scorie radioattive che si producono quotidianamente negli ospedali e nelle industrie.

64 LA SITUAZIONE NEL MONDO dati IAEA (International Atomic Energy Agency)

65 Numero reattori ( )

66 Frazione di energia elettronucleare (fine 2011)

67 Età e numero dei reattori (fine 2011)

68 SPIEGAZIONI La spiegazione più semplice è che la protesta ambientalista abbia rallentato i programmi di costruzione di nuove centrali La spiegazione più probabile è la scelta abbastanza generalizzata (dovuta in parte alla situazione economica) di prolungare da 40 a 60 anni la vita media utile delle centrali in esercizio, ormai ampiamente ammortizzate

69 IL NUCLEARE IN ITALIA L Italia è stata una nazione pioniera nell impiego del nucleare a scopi civili. Nel 1986, l anno di Cernobil, disponeva di 4 centrali funzionanti: Latina (GCR MWelt), Garigliano (BWR 160 MWelt), Trino Vercellese (PWR MWelt) e Caorso (BWR 860 MWelt), mentre Montalto di Castro (BWR 2 x 982 MWelt) era completata all 80%

70 I REFERENDUM Dopo il Referendum del 1987 (post Cernobil) il Governo andò oltre il mandato popolare (che voleva impedire la realizzazione di nuove centrali) e deliberò di: chiudere definitivamente la centrale di Latina non far ripartire, dopo le manutenzioni, le centrali del Garigliano, di Trino Vercellese e di Caorso e di convertire a gas naturale la centrale di Montalto di Castro Con il referendum del 2011 (post Fukushima) si sono abrogate le norme della legge 99/2009 e del decreto 31/2010 che consentivano la ripresa della costruzione di centrali nucleari in Italia

71 Fonti primarie utilizzate per la produzione di energia elettrica (dati 2009) (!"!"#$ '!" &!" %!" 8-.3-" 9:;$<" =7*52*" $!" #!"!" )*+,-./" 01" 23+-".4)5/-" 6/7+-52-" /-52)-" *57+2"

72 GIUDIZIO SUL MIX ENERGETICO Il giudizio non è positivo in quanto: sul piano economico, poco carbone implica l uso alternativo del gas naturale (molto più costoso) sul piano ambientale, l assenza del nucleare implica aumento delle emissioni di anidride carbonica

73 LA SITUAZIONE L Italia importa energia elettrica, in buona parte prodotta col nucleare, da Francia, Svizzera e Slovenia entro la distanza di 200 km dai confini italiani vi sono 26 reattori in esercizio con l acquisto della quota di controllo dell ENDESA ora l ENEL possiede pro quota tre reattori nucleari spagnoli in Catalogna: Asco 1, Asco 2 e Vandellos 2 l ENEL sta anche realizzando due reattori nucleari nella Repubblica Slovacca (che saranno completati entro il 2013)

74 Reattore di tecnologia sovietica utilizzato a Cernobil

75 Incidente di Cernobil Il 26 aprile 1986, nell unità numero 4 della centrale nucleare di Cernobil, i circuiti di raffreddamento normali e di emergenza furono messi fuori servizio da operatori incoscienti o, forse, ubriachi il reattore fu portato nel campo del funzionamento instabile, provocando un rapidissimo innalzamento della temperatura seguito da due forti esplosioni la grafite, contenuta nel reattore, entrò a contatto con l aria incendiandosi l incendio durò per diversi giorni, formando un pennacchio di fumi carichi di radionuclidi che fu disperso dai venti in un area molto vasta

76 Reattore di tecnologia statunitense utilizzato a Fukushima

77 Incidente di Fukushima (marzo 2011) Non vi sono stati errori od imprudenze degli operatori e non si sono avute esplosioni dei noccioli. Gli edifici della centrale hanno resistito ad un terremoto di intensità senza precedenti (9 su scala Richter contro 6 dell Aquila e 6,4 del Friuli) L unica manchevolezza progettuale è stata la sottovalutazione dell altezza, anche questa senza precedenti, raggiunta dalla successiva onda di tsunami (10 metri almeno). Descrizione su energy-and-environment/downloads/

78 GRAZIE PER L ATTENZIONE