Gestione SET Plan, Parametri di confronto

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1 Gestione SET Plan, Parametri di confronto 1. SET PLAN a) Obiettivi b) Risultati 2. Parametri di confronto a) Terreno occupato b) Costi c) LCA d) EROEI e) Emergy XVIII - 0

2 SET Plan Obiettivi del SET Plan: Concentrare gli investimenti in ricerca ora frammentati e sostenuti da una grande pluralità di soggetti Migliorare il coordinamento tra Centri di Ricerca, Università e Imprese Aumentare la partecipazione ai programmi europei di ricerca rafforzando le condizioni di sistema (di metodo e di organizzazione) XVIII - 1

3 COM/2007/723: Obiettivi per il 2020 Le sfide tecnologiche chiave in Europa per i prossimi 10 anni per raggiungere gli obiettivi 2020 sono: rendere i biocombustibili di seconda generazione alternative competitive rispetto ai combustibili fossili, rispettando però la sostenibilità della loro produzione; promuovere l uso commerciale delle tecnologie per la cattura, il trasporto e lo stoccaggio di CO2 attraverso dimostrazioni a scala industriale, comprendendo anche l intera efficienza del sistema e la ricerca avanzata; raddoppiare la potenza delle turbine eoliche di grandi dimensioni, soprattutto di tipo off-shore; dimostrare la maturità commerciale del fotovoltaico su grande scala e dei concentratori di energia solare; promuovere una rete elettrica europea unica e valida, capace di ricevere l intera produzione da rinnovabili e da fonti decentralizzate; portare al mercato di massa strumenti tecnologici più efficienti per l edilizia, il trasporto e l industria, come la poligenerazione e le celle a combustibile; mantenere la competitività nelle tecnologie di fissione nucleare, insieme a soluzioni a lungo termine per la gestione dei rifiuti. XVIII - 2

4 COM/2007/723: Obiettivi per il 2050 Le sfide tecnologiche chiave in Europa per i prossimi 10 anni per raggiungere lo scenario 2050 sono: rendere competitiva sul mercato la nuova generazione di tecnologie per l energia rinnovabile; fare un passo avanti nel rapporto costo-efficienza delle tecnologie di accumulazione di energia; sviluppare le tecnologie e creare le condizioni affinché l industria possa mettere in commercio veicoli alimentati a idrogeno; completare i preparativi per la dimostrazione di una nuova generazione (Gen-IV) di reattori a fissione nucleare per aumentare la sostenibilità; completare la costruzione della struttura ITER per la fusione nucleare e assicurare sin da subito la partecipazione dell industria nella preparazione delle azioni dimostrative; elaborare visioni alternative e strategie di transizione verso lo sviluppo delle reti energetiche trans-europea e di altri sistemi necessari a supportare la futura economia a basse emissioni; ottenere grandi avanzamenti nella ricerca per l efficienza energetica: ad esempio materiali, nanoscienza, tecnologie di informazione e comunicazione, bioscienza e computazione. XVIII - 3

5 SET Plan Tecnology map Power and Heat Wind power generation Solar photovoltaic power generation Concentrated solar power generation Solar heating and cooling Hydropower generation Geothermal Ocean wave power generation Cogeneration of heat and power Zero emission fossil fuel power generation (CCS) Nuclear fission power generation Nuclear fusion Energy Infrastructures Electricity networks (Smart Grids) Transport Biofuels Hydrogen and fuel cells Description of: The current status and the anticipated technical developments The current and future share in the European energy demand Greenhouse gas emissions, measured through quantities of CO2 avoided Security of supply, through quantities of fossil fuel saved Competitiveness, through changes in the overall cost of energy production due to the penetration of the technology Barriers to penetration in the European energy market Needs to realise its potential Synergies with other technologies and sectors Indicators: Annual CO 2 emissions avoided CO 2 mitigation cost Fossil fuel savings Additional cost of energy A European Strategic Energy Technology Plan (SET-Plan) TECHNOLOGY MAP (SEC(2007) 1510) XVIII - 4

6 SET Plan Roadmap XVIII - 5

7 SET Plan Roadmap XVIII - 6

8 Investimenti XVIII - 7

9 Investimenti pubblici XVIII - 8

10 Elementi di confronto tra tecnologie Occupazione di territorio Costi Intermittenza di produzione Rendimenti Disponibilità LCA EROEI (Energy Return On Energy Investment) XVIII - 9

11 Occupazione di territorio - Turbogas Centrale turbogas ENIPower Ravenna Potenza elettrica 932 MW Energia prodotta 5000 GWhe-anno Terreno 9.6 kmq Energia elettrica/ kmq-anno 522 GWhe/kmq più pozzo/purificazione/ metanodotto/stoccaggio /... XVIII - 10

12 Occupazione di territorio Energie Rinnovabili Eolico Horse Hollow Wind Energy Center Potenza 735 MW Terreno occupato 192 kmq Energia specifica (35% MWhe-anno/ 3000 efficienza) MW Energia totale/anno 2205 GWhe Energia elettrico/kmqanno 11.5 GWhe/kmq Fotovoltaico Senftenberg, Germania Potenza 78 MW Superficie 2.2 kmq Energia specifica (13% 1000 efficienza) MWhe-anno/ MW Energia tot/anno 78 GWhe Energia elettrica/kmqanno 35.5 GWhe/kmq (*) Stimato Torre Solare Planta Solar 20, Siviglia Potenza 20 MW Terreno occupato 0.85 kmq Energia specifica (27% MWht-anno/ 2400 efficienza) MW Energia tot/anno 48 GWht Energia/kmq-anno 57 GWht/kmq Energia elettrica/kmqanno (40% efficienza) 23 GWhe/kmq Parabolico lineare (sali fusi) Solnova 4, Siviglia Potenza (ogni modulo) 50 MW Terreno occupato 1.15 kmq Energia specifica (26% MWht-anno/ 2260 efficienza) MW Energia tot/anno 113 GWht Energia/kmq-anno 98 GWht/kmq Energia elettrica/kmqanno (35% efficienza) 34 GWhe/kmq XVIII - 11

13 Occupazione di territorio - Biocombustibili Palma (biodiesel) 203 GJ/ha 20.3 TJ/kmq 5.6 GWht/kmq Canna da Zucchero (etanolo) 230 GJ/ha 23 TJ/kmq 6.4 GWht/kmq Insilato di mais (metano) 16 t/ha 330 m 3 CH4 /t m 3 CH4 /kmq 8600 kcal/m 3 CH GJ/kmq 5.3 GWht/kmq XVIII - 12

14 Costi LCOE (Levelized Cost Of Energy): /kwhe Elementi: - fattori sito-specifici (irraggiamento, meteorologia, ecc.) - vita utile - tempi di costruzione - tasso di interesse - costi operativi - costo del personale - costo di decommissioning - assicurazioni - tasse - incentivi finanziari -... Nel seguito sono presentati alcuni calcoli di costo per impianti realizzati, basati su dati pubblici, che comprendono soltanto il costo di costruzione e una valutazione approssimativa dei costi operativi espressi come percentuale dell investimento. Questi calcoli hanno un valore puramente indicativo di confronto fra le diverse tecnologie. XVIII - 13

15 Costi - Turbogas Potenza elettrica 932 MW Energia prodotta 5000 GWhe-anno PCI metano 8600 kcal/m Wht/m 3 Efficienza 0.53 Costo specifico installazione 0.8 M /MW Costo totale installazione 746 M Quantità metano 940 Mm 3 /anno Costo metano (Costo metano stimato: 0.5 / m 3 ) 470 M /anno Su 20 anni: Produzione totale GWhe Costo combustibile 9400 M Costo installazione 746 M Costo specifico 0.10 /kwhe XVIII - 14

16 Costi Eolico Horse Hollow Wind Energy Center Fotovoltaico Senftenberg, Germania Potenza elettrica 735 MW Energia prodotta 2205 GWh e -anno Costo specifico installazione 1 M /MW Costo totale installazione 735 M Manutenzione (5% del costo di installazione) 37 M /anno Su 20 anni: Produzione totale GWh e Costo manutenzione 735 M Costo installazione 735 M Costo specifico /kwh e Potenza elettrica 78 MW Energia prodotta 78 GWh e -anno Costo specifico installazione 1.9 M /MW Costo totale installazione 148 M Manutenzione (2% del costo di installazione) 3 M /anno Su 20 anni: Produzione totale 1560 GWh e Costo manutenzione 59 M Costo installazione 148 M Costo specifico /kwh e XVIII - 15

17 Costi Torre Solare Planta Solar 20, Siviglia Potenza 20 MWt Energia elettrica prodotta 19.2 GWhe-anno Costo specifico installazione 3.2 M /MWt Costo totale installazione 64 M Manutenzione/anno (3% del costo di installazione) 2 M Parabolico lineare (sali fusi) Solnova 4, Siviglia Potenza elettrica 50 MWt Energia elettrica prodotta 40 GWhe-anno Costo specifico installazione 3.2 M /MWt Costo totale installazione 159 M Manutenzione/anno (3% del costo di installazione) 5 M Su 20 anni: Produzione totale 384 Gwhe Costo manutenzione 38 M Costo installazione 64 M Costo specifico /kwhe Su 20 anni: Produzione totale 791 Gwhe Costo manutenzione 95 M Costo installazione 159 M Costo specifico /kwhe XVIII - 16

18 LCA LCA (Life Cycle Assessment): Elementi: - definizione del contorno - vita utile - mix energetico del Paese produttore - materiali costitutivi - materiali necessari per l uso dell energia (supporti, cavi elettrici, ecc. Riguarda solo le emissioni e il consumo di energia XVIII - 17

19 LCA - Review Varun, I.K. Bhat a, Ravi Prakash, LCA of renewable energy for electricity generation systems A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews 13 (2009) grande variabilità! XVIII - 18

20 LCA Fotovoltaico Elettricità: Caso 1: Mix di centrali a gas a ciclo combinato (turbogas) e idroelettrico Caso 2: Mix Europeo Caso 3: Mix U.S. efficienza V. Fthenakis, H.C. Kim, E. Alsema, Brookhaven Nat. Lab., Emissions from Photovoltaic Life Cycles, Environ. Sci. Technol., 2008, 42 (6), pp XVIII - 19

21 EROEI Rapporto tra la quantità di energia utilizzabile acquisita attraverso una determinata risorsa e la quantità di energia spesa per ottenere quella risorsa energetica. Problemi: - definizione dei contorni del sistema (quanto bisogna risalire nella catena?) - le risorse naturali (es.: fotosintesi nei biofuels) non sono compresi XVIII - 20

22 Un altra unità di misura? Energia contenuta in un prodotto o servizio, in unità di energia primaria (solare) Gravitazione Embedded energy = emergy (sej) Sole solar equivalent joules Radioattività XVIII - 21

23 ecologia catena del cibo Emergy società umana catena del cibo tecnologica gerarchia dell energia Approccio ecocentrico nella definizione del valore dei sistemi/processi/prodotti, e non antropocentrico (come l EROEI). XVIII - 22