ENERSIS 2004 Sistemi per l elettricità ed il gas

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1 A N I P L A ASSOCIAZIONE NAZIONALE ITALIANA PER L AUTOMAZIONE Torna al programma Convegno Nazionale ENERSIS 2004 Sistemi per l elettricità ed il gas Auditorium CESI Milano 1-2 aprile 2003

2 Scenari di sviluppo della generazione distribuita nel sistema elettrico nazionale Prof. Ing. Michele Trovato Politecnico di Bari ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano,

3 Generalità, fonti energetiche, tecnologie di produzione, costi di produzione; La GD nel contesto internazionale; La GD nel contesto nazionale; La GD nella pianificazione energetica su scala regionale; Procedure per la valutazione dei livelli di penetrazione della GD; Esempi applicativi. ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano,

4 GENERAZIONE DISTRIBUITA definizione (?) unità generatrici elettriche o sistemi di cogenerazione con taglie di potenza da qualche decina di kw fino ad alcune decine di MW collegati, a seconda della taglia specifica, ad una rete di distribuzione secondaria, ad una rete di distribuzione primaria oppure, nel caso delle taglie più elevate, ad una rete di subtrasmissione. ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano,

5 GENERAZIONE DISTRIBUITA obiettivi Copertura della domanda di singole utenze o gruppi di utenze (pertanto localizzata nel loro interno o nelle immediate vicinanze) cessione dell energia prodotta alla rete di distribuzione ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano,

6 Fonti energetiche GD Combustibili fossili FER FER non combustibili Combustibili rinnovabili Solare Biomasse Residui urbani solidi e liquidi Residui inorg. di produz. Ind.li Eolico Residui agricoli Resisidui forestali Idrico Residui zootecnici Geotermico Scarti ind. trasformaz. Colture energetiche ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano,

7 Tecnologie della GD tecnologie che utilizzano fonti rinnovabili non combustibili: generatori eolici, generatori fotovoltaici, turbine idrauliche; tecnologie che utilizzano combustibili fossili oppure combustibili rinnovabili: turbine a vapore, turbine a gas, microturbine, motori a gas, motori diesel, celle a combustibile. ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano,

8 Costi di produzione della DG (c /kwh( kwh) Tecnologie di produzione per la GD C min C max C rif Mini-idro 4,40 10,3 7,0 Eolico 5,40 10,8 7,7 Fotovoltaico 51,6 64,6 56,8 Celle a combustibile 11,3 12,9 12,2 Biomasse solide 7,7 13,7 9,8 Biogas 4,4 7,0 4,7 Rifiuti urbani 5,1 20,5 11,4 Cicli combinati (10 MW) 5,2 9,5 6,7 Cicli combinati (50 MW) 3,7 7,1 4,9 Turbine a vapore 80 MW (carbone) 4,3 8,8 5,6 Microturbine ( kw) 8,4 11,4 9,3 Turbogas ( kw) (*) 4,4 6,2 5,3 Motori alternativi a gas ( kw) 4,6 7,5 5,5 Motori alternativi diesel ( kw) 5,1 7,9 6,2 Tecnologie di produzione su grande scala Impianti termoelettrici a carbone 300MW 3,2 5,8 4,1 Impianti termoelettrici a carbone 600MW 2,9 5,4 3,7 Cicli combinati 300MW 2,9 5,3 3,9 Cicli combinati 600MW 2,6 4,7 3,6 ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano,

9 La GD nel contesto internazionale (IEA-2001) Consumo interno lordo di fonti energetiche per aree geografiche Zona TPES Contributo FER Contributo FER per fonte Mtep Mtep % Solare Idro eolico, geot. Africa ,5 50,1 2,6 0,2 97,2 A. Latina ,3 27,9 35,4 1,5 63 Asia ,1 33,3 3,9 3 93,1 Cina ,8 20,7 9,9 0 90,1 Non- Biom. Comb. Rifiuti Urb. OECD 99 8,8 8,9 46,5 0,7 52,8 ex USSR ,6 3,1 69,0 0,3 30,7 Medio Oriente 390 3,1 0,8 44,0 22,3 33,7 OECD ,7 5,7 34,8 11,6 53,6 Mondo ,9 13,5 16,4 3,7 79,9 ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano,

10 Potenza efficiente netta degli impianti a FER nell UE (MW) (IEA-2001) % m.a. Idroelettrica, di cui pompaggio ,7 3,3 Geotermoel ,5 Solare PV ,0 Eolico ,6 Rifiuti Ind.li Rifiuti Urbani ,4 Biomasse solide ,2 Biogas ,4 Maree Altre ,8 Totale ,2 ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano,

11 GW Potenza elettrica nel mondo previsioni al 2030 (IEA) Capacità esistente Nuova capacità ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano,

12 GW Potenza elettrica nel mondo: incrementi al 2030 per fonti Gas carbone Idro Altre rinnovabili Olio combustibile Nucleare Celle a combustibile ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano,

13 Potenza elettrica nell UE (E-15): previsioni al 2030 (GW) Tipologia d impianto Nucleare 131,0 121,9 100,1 105,0 Grande idro (escl. pompaggio) 87,7 88,9 88,9 89,2 Mini-idro 2,1 8,1 12,2 14,5 Eolico 12,8 69,9 94,8 120,2 Altre rinnovabili 0,2 0,5 0,6 14,0 Impianti termoelettrici (contributo della cogenerazione) 344,8 (77,1) 399,5 (102,3) 516,1 (129,9) 608,1 (146,4) cicli aperti - combustibili fossili 276,9 214,7 135,8 113,3 Carbone pulito e lignite 0,0 0,0 0,6 4,4 Impianti polivalenti (carbone, 0,0 0,4 51,0 114,6 lignite, biomasse, rifiuti) Cicli combinati 46,0 157,3 279,3 323,0 Microturbine a gas 21,0 25,9 48,2 51,4 Geotermici 1,0 1,2 1,3 1,4 Totale 579,0 689,0 813,0 951,0 ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano,

14 8.972 MW Impianti fino a 50 MW (19 % di MW) MW La GD nel contesto nazionale Tipologia di impianto Imp./sez.ni Potenza Idroelettrici ,5 Eolici ,9 Fotovoltaici 11 6,6 Geotermoelettrici ,0 Termoelettrici ,2 Produz. energia elettrica ,2 - a combustione interna ,2 - a turbine a gas ,2 - a vapore a condensazione ,7 - turboespansori 17 77,1 Produz. di energ. elettr. e calore ,0 - a combustione interna ,3 - a turbine a gas ,5 - a vapore a contropressione ,6 - a vapore a cond. con spillamento ,3 - a ciclo combinato ,3 Totale ,1 ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano,

15 Iniziative per nuovi impianti a FER al 2001 Eolico Biom. Rifiuti Idro. Geot. Totale NORD (11) (2) (6) (19) CENTRO (142) (4) (2) (1) (149) SUD (170) (4) (1) (175) ISOLE (128) (1) (129) ITALIA (451) (10) (9) (1) (1) (472) 97,5 % eolico 2,5 % idro-biomasse-rifiuti ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano,

16 Richieste di connessione alla rete valide ai sensi della Deliberazione 50/02 dell AEEG e del Regolamento del GRTN MW Nord 22 Centro 242 Sud Eolico 95% Isole totale ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano,

17 Distribuzione delle iniziative per regione Sicilia Molise Puglia Lazio Calabria Liguria Abruzzo Regione Basilicata Emilia Romagna Campania Sardegna Piemonte N Iniziative Totale (MW) ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano,

18 Centrali in autorizzazione (D.LGS( 55/02) Regione Abruzzo Basilicata Calabria Campania Friuli V. Giulia Emilia Romagna Lazio Liguria Lombardia Marche Molise Piemonte Puglia Toscana Umbria Veneto N Iniziative Tipo Impianto C.C. C.C. C.C. C.C. C.C. C.C. C.C. C.C. C.C. C.C. C.C. C.C. C.C. C.C. C.C. C.C. Totale (MW) ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano,

19 Centrali autorizzate previsione entrata in servizio ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano,

20 La pianificazione energetica su scala regionale La Riforma del Titolo V della Costituzione (art. 3 modifica art. 117) ha provocato notevoli fermenti nell industria elettrica e, in generale, nel settore energetico; La legge 55/02 ed il DdL C.3297 sul riordino del settore energetico non appaiono strumenti legislativi tali da opporsi efficacemente ad una normativa di rango costituzionale. D.lgs. 387/03 (D. 2001/77/CE): autorizzazione unica anche per impianti a FER rilasciata dalla Regione ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano,

21 Le Regioni possono esercitare le proprie competenze in materia di energia attraverso la redazione di un Piano Energetico Regionale (PER) Nato in un contesto nel quale alle Regioni era attribuita la competenza amministrativa residuale in materia di energia, il PER,, alla luce della recente riforma costituzionale, è diventato lo strumento principale della politica energetica regionale ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano,

22 Con il protocollo di Torino ( ) le Regioni si sono impegnate a predisporre entro l anno 2002 un Piano Energetico-Ambientale Conferenza unificata del 5/9/2002, Accordo tra Governo, regioni, province, comuni e comunità montane in materia di produzione di energia elettrica ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano,

23 Alcune regioni e province hanno adottato un piano energetico (Piemonte, Valle d Aosta, Lazio, Sardegna, Province di Trento e Bolzano); Diverse regioni hanno approvato studi preliminari e/o bozze di piano; Altre regioni si sono orientate verso una legge di piano. ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano,

24 Direttiva settoriale 2001/77/CE eolica, solare, geotermica, del moto ondoso, idraulica, biomassa,, gas da discarica, gas residuati da processi di depurazione e biogas; obiettivo di copertura del consumo di energia elettrica da FER pari al 25% entro il 2010; rimozione delle barriere autorizzative e di collegamento alla rete elettrica per le centrali elettriche a FER. ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano,

25 Valutazione dei livelli di penetrazione della GD nella pianificazione regionale È indispensabile individuare: tutti gli interventi utili a sfruttare le risorse energetiche di cui il territorio dispone e tutte le azioni di energy saving anche al fine di dimensionare la capacità di generazione degli impianti di produzione su larga scala ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano,

26 Necessità di un modello dettagliato del sistema energetico regionale in grado di portare in conto le diverse tecnologie proprie della GD Messa a punto di procedure di ottimizzazione tali da determinare il mix di tecnologie di produzione in grado di assicurare: il soddisfacimento dei consumi energetici il rispetto di vincoli di carattere ambientale gli scambi di energia elettrica con le regioni limitrofe, in rapporto alla domanda interna. ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano,

27 Il modello del sistema energetico regionale ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano,

28 Tecnologie di produzione incluse Produzione centralizzata: centrali termoelettriche a vapore, cicli combinati; Produzione industriale (elettricità/calore)( elettricità/calore): turbine a gas, turbine a vapore, cicli combinati; Produzione da impianti a FER: impianti a biomasse,, RSU, biogas da discarica; Produzione nel settore civile: impianti PV microturbine a gas; impianti solari termici. ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano,

29 Sistema Cogenerativo industriale ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano,

30 Su tutto l intervallo temporale considerato si determina il fabbisogno di infrastrutture di produzione risolvendo il problema: Minimizzare (CI+CF+CV+CE) nel rispetto di vincoli: - tecnici - strutturali - di politica energetica ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano,

31 Esempi applicativi Bilancio energetico (2002) Comb. Solidi [ktep] Comb. Liquidi [ktep] Comb. Gassosi [ktep] Rinnovabili Ris. nat. [ktep] Ris. loc. [ktep] Energia TOTALE elettrica [ktep] [ktep] Consumo interno lordo Conversione in energia elettrica Consumi/pe rdite de l sett. Ene rgia Altri usi Consumi finali ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano,

32 Fonte energetica Consumi finali (2002) Civile [ktep] Industriale [ktep] Agr&Pesca [ktep] Trasporti [ktep] TOTALE [ktep] Combustibili solidi 33, ,7 Comb. liquidi 181,6 470,6 328, , ,4 Comb. gassosi 692,2 853,6 2, ,2 Energia elettrica 584,9 745,6 50,1 13, ,9 TOTALE 1.492, ,0 381, , ,0 ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano,

33 Scenario base Esempi applicativi osservanza delle prescrizioni contenute nel Protocollo di Kyoto (riduzione del 6,5% sulle emissioni di CO 2 rispetto al 1990, entro il ,27 Mt/anno /anno); export: GWh/anno; Caso 1 Assenza di vincoli ambientali; Caso 2 Ulteriore potenziale eolico pari a 300 MW. ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano,

34 MW Centrali termoelettriche a vapore Centrali a ciclo combinato Cogen. Ind.le - turbovapore Cogen. Ind.le - turbogas Scenario base (a) anni Scenario Base MW 100 Impianti dedicati: CC MW TV 0 MW Cogen. Ind.le: M icroturbine (settore civile) Impianti a biomasse/biogas Impianti a RU (CDR) Impianti eolici TV 462 MW TG 64 MW Totale MW Scenario base (b) CDR 75 MW Biomasse 72 MW Micro TG 128 MW Totale 275 MW ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano, anni

35 MW Centrali termoelettriche a vapore Centrali a ciclo combinato Cogen. Ind.le - turbovapore Cogen. Ind.le - turbogas Caso 1 (a) anni Caso 1 MW 100 Impianti dedicati: CC 422 MW TV 744 MW Cogen. Ind.le: TV 677 MW TG 59 MW Totale MW M icroturbine (settore civile) Impianti a biomasse/biogas Impianti a RU (CDR) Impianti eolici Caso 1 (b) CDR 75 MW Biomasse 0 MW Micro TG 62 MW Totale 137 MW ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano, anni 35

36 MW Centrali termoelettriche a vapore Centrali a ciclo combinato Cogen. Ind.le - turbovapore Cogen. Ind.le - turbogas Caso 2 (a) anni Caso 2 Eolico 300 MW CDR 75 MW Biomasse 68 MW Micro TG 80 MW Totale 523 MW MW Impianti dedicati: CC MW TV 0 MW Cogen. Ind.le: Microturbine (settore civile) Impianti a biomasse/biogas Impianti a RU (CDR) Impianti eolici TV 462 MW TG 65 MW Totale MW Caso 2 (b) ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano, anni

37 MW Scenario base Caso 1 Caso 2 Incrementi di potenza installata anni Scenario base MW Caso MW Caso MW Mt Scenario base Caso 1 Caso Emissioni di CO ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano, anni

38 Una pianificazione energetica su base federale R1 R2 R3 R4 gas elettricità ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano,

39 ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano, min b x A b x A x f = = T i i i i i i i T i b x A b x A x f = = min n n n n n n n T n b x A b x A x f = = min.. ( ) t Dj t Gj t j t j P P θ B = t t P Dji

40 I primi risultati evidenziano che: la pianificazione su base federale consente un utilizzo più razionale della rete di trasmissione; notevoli differenze si osservano se si impone un vincolo globale sulle emissioni oppure vincoli locali; i potenziali energetici da FER sono sempre utilizzati al massimo quando sono imposti vincoli sulle emissioni di CO 2. ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano,

41 3.000 MW Nuova potenza installata Caso 1 - CO 2 vincoli singoli, Export GWh/anno (8.819 MW) Caso 2 - CO 2 vincoli singoli, Export GWh/anno ( MW) Caso 3 - CO 2 vincolo unico, Export GWh/anno ( MW) Cogenerazione TV CDR/Biomasse Eolico Ciclo combinato caso 1 caso 2 caso 3 caso 1 caso 2 caso 3 caso 1 caso 2 caso 3 caso 1 caso 2 caso 3 caso 1 caso 2 caso 3 caso 1 caso 2 caso 3 PUGLIA BASILICATA MOLISE CALABRIA CAMPANIA SICILIA ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano,

42 Torna al programma 105 Emissioni di CO 2 CO 2 Mton 100 Limite imposto Caso 1 Caso 2 Caso anni ANIPLA ENERSIS Sistemi per l elettricità ed il gas CESI - Milano,