Modulo n 2 La dimensione energetica dello sviluppo sostenibile

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1 POR CALABRIA 2000/ ASSE III RISORSE UMANE MISURA 3.9 SVILUPPO DELLA COMPETITIVITÀ DELLE IMPRESE PUBBLICHE E PRIVATE CON PRIORITÀ ALLE PMI GESTIONE SOSTENIBILE DELLE RISORSE ENERGETICHE NEI SETTORI DELL EDILIZIA E DEGLI IMPIANTI Modulo n 2 La dimensione energetica dello sviluppo sostenibile Unità Didattica: 2.3 LA PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA A cura di Arch. Deborah Pennestrì 1

2 Le Risorse Energetiche Tre le fonti d'energia a disposizione dell'uomo le fonti fossili (carbone, gas, petrolio) occupano ancora oggi un ruolo determinante. Malgrado la tendenza al rincaro del prezzo del greggio e le previsioni di esaurimento delle riserve, le fonti fossili soddisfano circa l'88% del fabbisogno d'energia mondiale (dato 2003). Ciò si riferisce in particolare all'energia "primaria", ossia non ancora trasformata in energia meccanica, chimica o elettrica. Le fonti energetiche si distinguono in: Fonti non rinnovabili: fonti di energia derivate da risorse finite che tendono ad esaurirsi sulla scala dei tempi umani, diventando troppo costose o troppo inquinanti per l'ambiente. Fonti rinnovabili: forme di energia generate da fonti che per loro caratteristica intrinseca si rigenerano o non sono "esauribili" nella scala dei tempi "umani" e il cui utilizzo non pregiudica le risorse naturali per le generazioni future. LE FONTI ENERGETICHE LE FONTI NON RINNOVABILI I fossili: carbone petrolio gas naturale combustibili i materiali usati per la produzione di energia nucleare, quali l'uranio LE FONTI RINNOVABILI il vento, il calore della terra, il sole, l'acqua e le biomasse. Le fonti energetiche non rinnovabili -Carbone, olio combustibile e gas naturale: PRO: i combustibili fossili sono le fonti più diffuse in quanto sono facilmente utilizzabili, producono molta energia e possono essere trasportati, messi in magazzino e utilizzati quando servono. 2

3 CONTRO: sono fonti non rinnovabili, e presto o tardi finiranno; il loro prezzo è variabile; quando vengono bruciati, producono anidride solforosa, polveri, ossidi di azoto e anidride carbonica: devono quindi essere utilizzate con impianti complessi per evitare che diventino fonti di inquinamento per l'atmosfera. URANIO PRO: produce un'energia pulita in quanto non comporta emissioni di gas serra; la disponibilità di uranio, è molto grande; permette lo sviluppo di centrali di grande potenza che producono energia a basso costo. CONTRO: produce scorie radioattive che è necessario depositare in luoghi sicuri per centinaia di anni; lo smaltimento delle scorie e la bonifica in caso di dismissione delle centrali hanno costi molto alti e sono molto difficili da effettuare. Le fonti energetiche rinnovabili Il SOLE PRO: l'energia solare è gratuita, inesauribile, e diffusa in tutto il mondo; non inquina e non produce residui; è adatta per usi di tipo domestico: pannelli solari per produrre energia termica o piccoli impianti per produrre elettricità possono essere installati sui tetti delle case. CONTRO: il sole è una fonte non continua, sparisce di notte e quando è nuvoloso; gli impianti costano molto e per produrre buoni quantitativi di elettricità è necessario coprire grandi aree con pannelli solari. ACQUA PRO: l'energia dell'acqua è abbondante e assolutamente pulita. Durante la notte, quando la domanda di energia è minore, l'acqua in alcuni impianti specializzati può essere pompata verso l'alto, per essere poi riutilizzata nei momenti in cui c'è più bisogno di energia. CONTRO: è disponibile solo dove esistono fiumi e bacini idrici naturali o artificiali; i bacini artificiali possono avere un significativo impatto ambientale, modificando l'equilibrio idrogeologico e gli ecosistemi. VENTO PRO: come il sole, anche il vento è inesauribile, non produce residui e non inquina. 3

4 CONTRO: solo alcune località sono adatte all'utilizzo dell'energia eolica, che necessita di ampie superfici, spesso sui crinali dei monti; i costi di realizzazione degli impianti sono ancora alti. GEOTERMIA PRO: è una fonte inesauribile e poco inquinante, molto adatta per la produzione di energia termica. CONTRO: solo alcune zone permettono l'utilizzo dell'energia geotermica. BIOMASSE PRO: sono fonti rinnovabili; nel caso dei rifiuti organici o degli scarti dell'agricoltura, utilizzano un'energia "riciclata". CONTRO: : possono soddisfare solo in minima parte i fabbisogni energetici; sono adatte a usi locali. Il consumo energetico La domanda di energia cresce nel mondo ad un ritmo elevato, soprattutto per il contributo dei paesi asiatici. La ripartizione geografica dei consumi mondiali mostra un sempre minor peso relativo dei consumi in aree come il Nord America (Canada e Stati Uniti) e l Europa (inclusa la Russia), a fronte di una crescita assoluta e relativa di tutte le altre aree e in particolare dell Asia. L area OCSE rappresenta nel 2007 oltre la metà dei consumi mondiali ma la sola Cina, che nel 2007 ha quasi raddoppiato i consumi del 2000, ha ormai superato i consumi totali dell UE e si avvia a superare gli Stati Uniti nei prossimi anni. L India, invece, con una popolazione di poco inferiore a quella cinese, rappresenta ancora solo il 3,6% dei consumi mondiali con consumi che nel 2007 sono cresciuti del 37% rispetto al Praticamente costanti dal 2000 i consumi del Giappone. Consumi mondiali di energia primaria (Mtoe) 4

5 Andamento dei consumi mondiali per fonte fossile (Mtoe) Andamento dei consumi dei paesi dell UE per fonte fossile (Mtoe) Se complessivamente i consumi e la disponibilità totale di energia negli ultimi anni hanno continuato a crescere, diverse sono state le tendenze delle singole fonti. Pur trattandosi di quantità finite ed esauribili, la disponibilità accertata di risorse di gas e petrolio nel sottosuolo a livello mondiale è tale da poter coprire la domanda ancora per qualche decennio. Lo sfruttamento di riserve esistenti, al momento ritenute non economiche, dipenderà dall andamento dei prezzi, dalle aspettative degli operatori sull andamento degli stessi e dallo sviluppo di tecniche di estrazione più evolute. Oltre il 56% delle riserve accertate di petrolio è concentrato in Medio Oriente, mentre, Russia e Medio Oriente soddisfano circa il 40% del fabbisogno mondiale di gas naturale e nel lungo termine crescerà la dipendenza dei Paesi consumatori da quelle aree. 5

6 Per il carbone si registra un rapido adeguamento della produzione a fronte dell incremento della domanda mondiale attribuibile essenzialmente all impulso della produzione termoelettrica cinese e degli altri Paesi dell Asia. La produzione di carbone è cresciuta negli ultimi anni in Cina e in India mentre nell Unione Europea la produzione continua a contrarsi di oltre il 2% l anno. Le riserve - collocate in quote equivalenti in tre aree: Nord America; Europa e Paesi ex URSS; Asia - ammontavano a fine 2007 a 847,5 Miliardi di tonnellate, sufficienti a coprire per 133 anni la produzione del La produzione di petrolio ha rallentato la sua crescita già dal 2005 e ha fatto segnare nel 2007 una riduzione della produzione giornaliera di barili di petrolio rispetto al 2006, dovuta alle variazioni negative nella produzione di quasi tutte le maggiori regioni produttrici, attenuata dalla crescita della produzione russa e, nei paesi ex- URSS, della zona del Mar Caspio. Oltre il 60% di queste riserve si concentra in Medio Oriente mentre la quota in mano ai paesi dell OPEC ( Russia, Iran e Qatar) supera il 75%. Esiste inoltre uno scarto crescente fra il tipo di petrolio richiesto dal mercato e quello di fatto prodotto dai giacimenti attualmente in produzione. La quantità disponibile sul mercato di petroli leggeri (tipo Brent) - preferiti dalle raffinerie per la loro più elevata resa in benzine e gasoli - è limitata e tende a ridursi mentre esiste maggiore disponibilità di greggi medi o pesanti, più difficili da lavorare se non in raffinerie più complesse e sofisticate, che producono prevalentemente oli combustibili da riscaldamento, di cui al momento esiste sovrapproduzione. La produzione di gas naturale è cresciuta di pochi punti percentuali nel 2007, ma la crescita è avvenuta principalmente in Medio Oriente (Qatar), in Africa e in Cina, mentre declina irrimediabilmente la produzione nell Unione Europea (Olanda, Regno Unito) che diviene sempre più dipendente dalle importazioni Russe o da altri Paesi dell ex Unione Sovietica. Le riserve di gas, principalmente situate in Medio Oriente ed in Russia, sono cresciute molto poco negli ultimi anni facendo scendere il rapporto riserve/produzione a 61 anni rispetto ai 68 anni nel

7 Riserve (in Gtoe = 1000 Mtoe) Carbone 36% Europa; 30% Asia; 30% Nord America accertate stimate Petrolio % Medio Oriente; 10% Europa; 10% Centro e (+500 non Sud America; 5% Nord America convenzionale) Gas naturale 40% Europa; 35% Medio Oriente; 8% Asia; 5% Nord America Uranio (235U) reattori termici 25% Asia; 20% Australia; 20% Nord America (Canada); 18% Africa (Niger) Uranio (238U) reattori veloci Energia solare per anno espresse in Gtoe (miliardi di tonnellate di petrolio equivalenti) Fonte energetica Costo del KWh ( cent) Costo impianti Petrolio convenzionale 8-11 Medio Petrolio pesante 8-11 Alto Carbone 4 Medio Gas 6-7 Medio Biomasse (Legna) 7 Medio Nucleare convenzionale 4-5 Alto Nucleare autofertilizzante? Alto Idroelettrico 2 Alto Eolico terrestre 8-9 Medio Eolico in mare Medio Fotovoltaico Alto Geotermico 2 Alto 7

8 La produzione di energia nucleare è diminuita del 2% nel 2007 dopo un incremento dell'1,3% dell'anno precedente. In totale nel 2007 sono stati prodotti 2748,9 TWh, di cui circa l'83,7% nei Paesi OCSE (Organizzazione per la Cooperazione e lo Sviluppo Economico). La produzione nell'unione Europea rappresenta circa il 40% del totale mondiale ma è diminuita negli ultimi due anni del 6,4% complessivamente. La produzione ha continuato a crescere nei Paesi non OCSE. La produzione di energia da fonti rinnovabili è cresciuta complessivamente del 4,7% nel 2006 e copre, nello stesso anno, il 18,6% della produzione elettrica: l idroelettrico, che rappresenta nel 2006 l 89% del totale delle rinnovabili, è cresciuto del 4% rispetto al Percentualmente, pur rimanendo su valori ancora bassi, sono cresciute in misura molto maggiore le nuove fonti rinnovabili; nel corso del decennio l eolico cresce infatti di 11 volte e il solare di 6 volte. Prezzi del greggio (US$) 8

9 La domanda e l offerta di energia in Italia Rispetto alla media dei 27 Paesi dell Unione Europea, i consumi di energia primaria in Italia si caratterizzano per un maggiore ricorso a petrolio e gas, per una componente strutturale di importazioni di elettricità (circa il 5% dei consumi primari), per un ridotto contributo del carbone (pari al 9% dei consumi primari di energia) e per l assenza di generazione elettronucleare; la quota di fonti energetiche rinnovabili sul totale dei consumi primari di energia è leggermente più elevata rispetto alla media dei Paesi OCSE soprattutto grazie al notevole apporto della fonte idroelettrica. La domanda di prodotti petroliferi resta tuttavia prevalente rispetto alle altre fonti, coprendo il 43% del totale dei consumi primari, sostenuta quasi esclusivamente dal fabbisogno energetico del settore dei trasporti. Disponibilità di energia per fonte, Italia 2007 (percentuali) Disponibilità di energia per fonte, Italia trend (Mtep) 9

10 Consumi di energia per settori di uso finale, trend Italia (Mtep) Gli scenari futuri Con lo Strategic Energy Technology Plan (SET Plan, Nov. 2007) la Commissione Europea riporta l innovazione tecnologica al centro delle strategie per ridurre le emissioni di gas serra e per garantire la sicurezza degli approvvigionamenti energetici. 10

11 Il SET Plan stigmatizza la stagnazione degli investimenti in R&S (Ricerca e Sviluppo) che ha caratterizzato le politiche dei Paesi Membri negli ultimi due decenni ed intende stimolare un nuovo interesse ed iniziative di sviluppo tecnologico nel settore energetico-ambientale. Il SET Plan si configura in parte come strumento di attuazione delle linee di politica energetica indicate dal Consiglio Europeo e, in parte, come strumento organizzativo verso assetti più funzionali della cooperazione e dell integrazione europea nel settore energetico. Prima serie di AZIONI individuate dallo SET Plan (entro il 2020): - Favorire la penetrazione di tecnologie efficienti lato domanda (usi finali); -Rendere commerciali le tecnologie di cattura e sequestro della CO2; - Raddoppiare la capacità eolica con particolare attenzione per le applicazioni offshore; - Dimostrare la fattibilità commerciale su larga scala del fotovoltaico e del solare a concentrazione; - Disporre di reti intelligenti con quantità crescenti di fonti rinnovabili e generazione distribuita; - Sfruttare il potenziale dell energia nucleare individuando soluzioni definitive per le scorie; - Rendere competitiva e sostenibile la produzione di biocombustibili di seconda generazione. Seconda serie di AZIONI individuate dallo SET Plan (entro il 2050): - Ingresso sul mercato di nuove generazioni di tecnologie rinnovabili - Progressi sostanziali nelle tecnologie di energy storage; - Sviluppo di tecnologie e condizioni per l uso commerciale di idrogeno e veicoli a fuel cells; - Preparazione di progetti dimostrativi per i reattori nucleari di quarta generazione (Gen-IV); - Completamento della costruzione del reattore ITER per procedere alla dimostrazione del processo di fusione; - Elaborazione di strategie per la transizione verso reti energetiche integrate a livello Europeo; - Progressi sostanziali nel settore dei materiali, nano-tecnologie, ICT e biotecnologie. 11

12 Le analisi indicano nell orizzonte 2050 la possibilità di una sostanziale decarbonizzazione del settore elettrico, dell industria e del settore terziario e residenziale. Nell elettrogenerazione il maggior contributo è fornito dal sequestro della CO2, seguito da fonti rinnovabili e nucleare. Nell industria i contributi maggiori vengono dall incremento dell efficienza dei processi e dal sequestro della CO2. Nel settore residenziale dominano efficienza energetica e fonti rinnovabili. Il settore dei trasporti verrebbe decarbonizzato in misura più ridotta (30%) attraverso veicoli più efficienti, biocombustibili e sequestro della CO2 nella produzione di combustibili sintetici. Ipotesi più ottimistiche sull uso di biocombustibili, idrogeno e fuel cells nei trasporti consentirebbero di raggiungere livelli di decarbonizzazione maggiori (50%). Generazione elettrica da fonti rinnovabili in Italia Il presente contributo deriva da una sintesi del documento: RAPPORTO ENERGIA E AMBIENTE 2007 Analisi e scenari - Luglio 2008 redatto da ENEA- Ente per le Nuove Tecnologie, l Energia e l Ambiente 12