Francesco Gracceva (ENEA)

Tendenze recenti del sistema elettrico italiano e impatto attuale e potenziale della crescita delle fonti intermittenti. Un possibile ruolo per l'energia dal mare? Francesco Gracceva (ENEA) Promoting innovative clusters and networks for marine renewable energy synergies in Mediterranean coasts and islands (PELAGOS) CAPACITY BUILDING ON MARKETS AND MRE TECHNOLOGY APPLICATIONS Energie Rinnovabili Marine: Progresso tecnologico, prospettive e trend nel mercato delle tecnologie pulite 17 APRILE 2018 - ENEA

1. Evoluzione recente del sistema elettrico italiano e traiettoria del sistema verso un sistema low-carbon 2. Potenziali criticità legate alle fonti rinnovabili non programmabili: teoria e dati storici 3. Fonti rinnovabili non programmabili negli scenari low-carbon. Un ruolo per l energia dal mare? 2

Evoluzione recente del sistema elettrico italiano e traiettoria del sistema verso un sistema low-carbon (1/2) Generazione elettrica da FER 2008-2017 Capacità installata FER 1998-2017 Massima penetrazione dell insieme delle fonti energetiche rinnovabili e delle FRNP (in % della domanda) 3

Evoluzione recente del sistema elettrico italiano e traiettoria del sistema verso un sistema low-carbon (2/2) % elettricità su domanda finale di energia UE 2050 Traiettoria sistema elettrico italiano 2030 350,000 300,000 250,000 200,000 150,000 100,000 50,000 0 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 E3MLab & IIASA, December 2016 49 % Solar Wind Hydro 27 % Biomasswaste Geothermal Thermal / Fossil EC, Energy Roadmap 2050 2005 2050 Fonti rinnovabili 14.3% 49-83% Eolico + Solare 2.2% 32-65% 4

Potenziali criticità legate alle FRNP: teoria e dati storici Adeguatezza e flessibilità del sistema elettrico e FRNP (1/4) Peak load adequacy during hours with high demand and low renewable input; contribution of variable renewables to peak demand can be low: low capacity credit of wind / solar Enough dispatchable capacity is needed to meet peak demand (incl. generation capacity, storage and demand response) BUT low capacity factors Adeguatezza al picco di domanda Margine di capacità Italia 2013-2017 Baritaud, 2012 Flexbility: Ability to balance S and D under rapid and large imbalances, by using flexible resources, e.g. ability to start-up 6 and ramp-up quickly power units, to cycle frequently, and to operate at low minimum loads.

Potenziali criticità legate alle FRNP: teoria e dati storici Adeguatezza e flessibilità del sistema elettrico e FRNP (2/4) Minimum load balancing: need to maintain generation equal to the load during hours with low demand and high RES input; minimum residual load Hours of excess VRE output (negative residual load) 2011 Rischio di taglio della produzione 17/04/2017 6,000 3,000 Termoel. 5,000 2,000 Idro 4,000 3,000 1,000 0 Eolico 2,000 (1,000) FV Baritaud, 2012 1,000 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 7 (2,000) (3,000) D tot. (asse dx) D residua (asse dx)

Potenziali criticità legate alle FRNP: teoria e dati storici Adeguatezza e flessibilità del sistema elettrico e FRNP (3/4) Ramp rates of residual demand when renewable output decreases and demand increases simultanously: shape of the residual demand curve that needs to be followed by conventional generation plants; flexibility of conventional plants more frequently and intensively called upon Ensuring network reliability under such conditions will require a series of actions, including relying on storage and demand response. Interconnections will be particularly valuable for the aggregation of loads in different countries and to smooth wind output variations Rampe serali quasi raddoppiate 7 GW 12 GW 8

Potenziali criticità legate alle FRNP: teoria e dati storici Adeguatezza e flessibilità del sistema elettrico e FRNP (4/4) Predictability of VRE: whereas demand uncertainty on a day ahead time scale is typically in the range of 1 2% of load, the mean absolute error for wind is 15%, 24 hours before real time Uncertain wind and solar generation forecasts increase the need for flexibility closer to real time. As a result, wind uncertainty may yield a need to redefine the amount of reserves required to maintain the standard of power system security reserves about 10% of new VER capacity 15% Variazione oraria produzione intermittente (% su carico) 10% 5% 0% -5% -10% -15% 2011 2013 2014 2015 2016 2017 9 Baritaud, 2012

Potenziali criticità legate alle FRNP: teoria e dati storici Adeguatezza del mercato (1/2) VER shift the supply curve of conventional electricity virtually out of the market temporarily very low market prices close to zero Negative prices can occur if wind has to be dispatched and conventional load are running at their minimal technical level and want to avoid shut down for economic reasons or must be kept online for system security reason Rapporto tra PUN medio orario e PUN medio complessivo (giorni feriali) Spark spread Italia 2008-2017 e % generazione termoelettrica 70 60 50 40 PUN - 17/04/2017 40 30 20 10 80% 75% 70% 65% 60% 55% 30 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 0-10 1 5 9 1 5 9 1 5 9 1 5 9 1 5 9 1 5 9 1 5 9 1 5 9 1 5 9 1 5 9 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 Italia % gener. termica 50% 45% 40% 10

Potenziali criticità legate alle FRNP: teoria e dati storici Adeguatezza del mercato (2/2) indirect impact of PV and wind on the costs at which fossil capacities are offered at times when renewable energy sources are scarce. Major effects: higher price volatility from hour-to-hour and day-to-day; high prices do not necessarily appear at peak demand times but at times with low availability of electricity from RES; low price level will be associated with high production from RES; growth of balancing markets Rapporto tra PUN medio orario e PUN medio complessivo (giorni feriali) Rapporto fra i prezzi nelle diverse fasce orarie 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 F1/F2 F1/F3 1.0 0.9 0.8 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 11

Fonti rinnovabili non programmabili negli scenari low-carbon (1/4) due scenari di elettrificazione dei consumi: due ipotesi di penetrazione delle pompe di calore PdC25 e PdC50 (25 e 50% della domanda di riscaldamento ) la richiesta di energia elettrica aumenta di circa 45 TWh e di circa 77 TWh Offerta: capacità addizionale da FRNP > 70% della domanda addizionale, da cicli combinati a gas in grado = 40% della domanda addizionale Richiesta di energia elettrica addizionale / 2 scenari (GWh) e % famiglie Producibilità teorica della capacità addizonale (TWh)

Fonti rinnovabili non programmabili negli scenari low-carbon (2/4) Curva oraria domanda totale e residua scenari PdC25 e PdC50 Curva oraria domanda totale e residua - 2015 Variazione oraria domanda residua 14

Fonti rinnovabili non programmabili negli scenari low-carbon (3/4) Variazione generazione elettrica per fonte (MW) Variazione capacità installata per tipologia 2 scenari (MW) 80,000 70,000 60,000 50,000 40,000 30,000 20,000 10,000 0 PdC25 PdC50 capacità flessibile addizionale capacità CCGT addizionale capacità eolica addizionale capacità FV addizionale 15

Fonti rinnovabili non programmabili negli scenari low-carbon (4/4) Variazione dei flussi annuali tra le zone di mercato Variazione delle ore di congestione 16

Fonti rinnovabili non programmabili negli scenari low-carbon Un ruolo per l energia dal mare? Capacity factor eolico 2017 Errore di previsione prod. Eolica zona Sud 15/04/2017 1600 1400 1200 1000 800 600 produzione prevista effettiva 400 200 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 17

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