Il ruolo dei vettori energetici nella decarbonizzazione del sistema energetico nazionale: tecnologie ad elevata efficienza in ambito stazionario e automotive. smarter, cleaner, cheaper cities, communities, industries 27. 03. 18 Luigi Crema (crema@fbk.eu), Head of ARES Applied Research on Energy Systems Vice Chair Hydrogen Europe Research, FCH JU Vice Presidente H2IT
LE SCELTE ENERGETICHE DELL EUROPA E UN NUOVO PARADIGMA PER L ENERGIA Il quadro per il clima e l energia 2030: - 40% emissioni di gas a effetto serra (rispetto ai livelli del 1990) + 27% energie rinnovabili + 27% efficienza energetica RISERVE DI PETROLIO 45 GIORNI DI AUTONOMIA MONDIALE un'economia a basse emissioni di carbonio prevede che entro il 2050: emissioni di gas a effetto serra - 80% rispetto ai livelli del 1990 tutti i settori diano il loro contributo la transizione sia fattibile ed economicamente abbordabile. LA CAPACITA MONDIALE DI ACCUMULO E INFERIORE AL 2% DELLA POTENZA INSTALLATA ENERGIA ELETTRICA ACCUMULATA 33 MINUTI DI AUTONOMIA SOURCE: ICL, http://www.icl-group.com/energy-storage/
LA CRESCITA DELLA PRODUZIONE DA FONTI RINNOVABILI Frazione di fonti RES intermittenti nella generazione di potenza, EU27+2 Contesto: la crescita delle rinnovabili diminuirà la prevedibilità della generazione di potenza Da Percorsi guidati dai consumi >50% necessità di generazione NON RES Implicazioni Diminuisce la prevedibilità delle necessarie fonti fossili L uso di fonti rinnovabili diminuisce a Percorsi guidati dalla fornitura ~15% richiesta di generazione NON RES SOURCE: STUDIO FCH JU, Commercialization of energy storage in Europe
Fonte: http://www.letitgo.com.au/ I VETTORI ENERGETICI A SUPPORTO DELLA RETE - MANTENIMENTO POSSONO DEL VALORE FORNIRE SOLO DELL ENERGIA UNA BASE DI IMMESSA IN RETE PROBLEMA #1 PRODUZIONE E PERDERE INTERESSE PER - SOSTENERE L INFRASTRUTTURA UN AMPIO UTILIZZO DI MERCATO PER LA MOBILITA INTEGRAZIONE DI FONTI RINNOVABILI CON MEDIO CARICO ELETTRICA SU LA RETE E CURTAILMENT LARGA SCALA - SORGENTI VARIABILI E INTERMITTENTI NON POSSONO ESSERE GESTITE SOLO TRAMITE CONTROLLO DELLA RETE, AD ELEVATE PENETRAZIONI DI MERCATO, MA RISCHIANO DI ESSERE SOGGETTE A CURTAILMENT PROBLEMA #2 CONNESSIONE FLESSIBILE TRA PRODUZIONE (intermittente) E CONSUMO MA NON E FINITA QUI (su richiesta) LE RISORSE RINNOVABILI, PER UNA MAGGIOR PENETRAZIONE, RICHIEDONO UN BACKUP FLESSIBILE. IN ALTERNATIVA DOMANDA DI POTENZA STIMATA PER UNA SETTIMANA NEL 2012 E NEL 2020 IN GERMANIA Fonte: Volker Quaschning, HTW Berlin PROBLEMA #3 APPROVVIGIONAMENTO SICURO BILANCIAMENTO ED EFFICIENTAMENTO DELLE RETI DI TRASMISSIONE E DISTRIBUZIONE STABILITA E SICUREZZA DI FORNITURA ENERGETICA DELLA RETE. GESTIONE DEI PICCHI, L INSEGUIMENTO DEL CARICO, IL BILANCIAMENTO DELLA RETE, GLI APPROVVIGIONAMENTI, LA GENERAZIONE DI
LA RETE ENERGETICA NON SARA PIU COME LA CONOSCIAMO IERI AUMENTARE FLESSIBILITA E RESILIENZA DOMANI V.E. VETTORI ENERGETICI V.E. Rete termica Rete elettrica Combustibili liquidi e gassosi e materie prime, T&D Carrier di energia Source: IEA
VETTORE ENERGETICO: una definizione «Un VETTORE ENERGETICO è un composto in grado di veicolare l energia da una forma all altra. Si parla di VETTORE e non di fonte ENERGETICA tutte le volte che il composto a cui ci si sta riferendo deve essere prodotto e raccolto a partire da una forma di energia precedente.» (wikipedia) SOURCE: ICL, http://www.icl-group.com/energy-storage/
I 2 CARRIERS GREEN: LE APPLICAZIONI di BATTERIE e IDROGENO SISTEMI PORTATILI E BACKUP DI ENERGIA POWER TO POWER E RIELETTRIFICAZIONE MOBILITA ELETTRICA, LEGGERA E PESANTE BACKUP A SUPPORTO DELLE RINNOVABILI E DELLE RETI CONVERSIONE ENERGIA TERMICA AD ALTA EFFICIENZA SETTORE INDUSTRIALE ELETTRICITA : ACCUMULO DI IDROGENO PER ALTA PENETRAZIONE DELLE RINNOVABILI SUPPORTO TOTALE AL SETTORE TRASPORTI: TRASPORTO PESANTE, AUTO, FERROVIARIO, AERONAUTICO, MARINO CALORE NEGLI EDIFICI E NELL INDUSTRIA IDROGENO COMBUSTIBILE PER L INDUSTRIA COLLEGAMENTO PER INTERI ECOSISTEMI
La filiera della mobilità elettrica e il costo dell infrastruttura Stazione di ricarica elettrica Produzione da fonti rinnovabili Stazione di rifornimento a idrogeno Scenario: 20 milioni di veicoli sul mercato 51 B costo infrastruttura auto elettrica a batteria 40 B costo infrastruttura auto elettrica a fuel cell Source: Comparative Analysis of Infrastructures: Electric Charging and Hydrogen Fueling 2018, Forschungszentrum Jülich
LE BATTERIE: UN MERCATO ENORME IN FORTE CRESCITA SOURCE: Bloomberg, 2017 Mercato mondiale a 350 GWh nel 2030 /kwh /kwh Batterie al Litio: costi presto < 100 / kwh, competitive rispetto i motori a combustione interna costo attuale batterie: 100-140 /kwh a livello di celle e 180-210 /kwh per il pacco Principali drivers per la riduzione del costo: miglioramenti della manifattura e ciclo produttivo (aumento della resa, riduzione del costo del materiale per kwh, etc.) SOURCE: Fraunhofer-Allianz Batterien, Entwicklungsperspektiven für Zellformate von Lithium-Ionen-Batterien in der Elektromobilität, 2017.
Target prestazionali delle batterie per le auto European Battery cell R&I workshop, Bruxelles 11-12/01/18 La tecnologia dominante per il prossimo decennio sarà quella delle LIB (con o senza elettrolita solido) Autonomia: Da 5 a 10 km con 1 kwh di carica della batteria SOURCE: ] Schmuch, R.; Wagner, R.; Hörpel, G.; Placke, T.; Winter, M., Nature Energy 2018, submitted.
Le tecnologie delle batterie al Litio > 2025 2025 2020 TECNOLOGIE MATURE ATTUALMENTE NEL MERCATO (no piani sviluppo EU) CHI STA PROTEGGENDO L IP?!? CHI STA SOTTOMETTENDO BREVETTI NEL SETTORE BATTTERIE?!? SOURCE: European Battery Cell R&I Workshop, Setting Short and Medium Term Priorities Brussels, 11-12 January 2018 DG RTD
LE BATTERIE A FLUSSO: UN FUTURO SU CUI SCOMMETTERE! SISTEMA TECNOLOGICO SEMPLICE 1 SERIE DI CELLE, 2 POMPE, 2 SERBATOI, 1 SISTEMA IDRAULICO ELETTRONICA DI POTENZA AVANZATA E INTELLIGENTE CHIMICA FLESSIBILE VANADIO, BROMURO DI ZINCO, CHINONI ALTA EFFICIENZA, BASSI COSTI, CONFIGURAZIONE FLESSIBILE
L IDROGENO: ESSENZIALE PER DECARBONIZZARE L EUROPA Abilita il sistema energetico rinnovabile Decarbonizza i consumi Abilità l integrazione di larga scala delle rinnovabili e la generazione energetica Distribuisce energia attraverso i settori e le regioni Agisce come un buffer per aumentare la resilienza dei sistemi Aiuta a decabonizzare i trasporti Aiuta a decabonizzare il consumo energetico industriale Aiuta a decabonizzare il calore e l elettricità domestica Contribuisce come riserva rinnovabile: acciaierie, raffinerie, chimica
PROGETTI DIMOSTRATORI E PRODOTTI PRELIMINARI ESISTONO IN MOLTI SEGMENTI, CON FASI INIZIALI VERSO LA COMMERCIALIZZAZIONE PRIMO PRODOTTO COMMERCIALIZZAZIONE
LE TECNOLOGIE DELLA FILIERA IDROGENO: ALCUNI ESEMPI AUTO ELETTRICHE A FUEL CELL Rifornimento in 3 minuti BUS A IDROGENO 800 km SETTORE INDUSTRIALE Raffinerie, acciaierie ELETTROLISI E MICROCOGENERATORI A FUEL CELLS TRENI A IDROGENO 800 km >60 treni a idrogeno in Germania al 2023 STAZIONI DI RIFORNIMENTO Piano europeo per 1000 bus mchp: Efficienza el. > 55% 1000 stazioni in Germania al 2023 SOURCE: FCH JU
I NUMERI DEL MERCATO EUROPEO AL 2030-2050 LA VISIONE DELL IDROGENO AL 2030 > 5 m Veicoli a fuel cell su strada 5,5 Mt Domanda di idrogeno in Europa 13 m Case connesse a reti idrogeno /gas naturale 52 B Investimento totale LA VISIONE DELL IDROGENO AL 2050 18 % Consumo finale di energia 6 Gt Riduzione annua emissioni di CO2 2,0 tr Vendite annue (idrogeno e attrezzature) 30 m Nuovi posti di lavoro SOURCE: Hydrogen Council; IEA ETP Hydrogen and Fuel Cells CBS; National energy Outlook 2016
I MERCATI DI CH2P 4.5/kg possono essere raggiunti se il costo dell energia è superiore a 8 c /kwh; 11 c /kwh forniscono un costo stimato sotto i 4/kg. STAZIONI DI RIFORNIMENTO DEI COMBUSTIBILI ALTERNATIVI Il modello CH2P permette la realizzazione della stazione di rifornimento con unica tecnologia di conversione
REAZIONE, TRASFORMAZIONE, ENERGIA www.ch2p.eu COORDINATORE CON IL SUPPORTO DI
CONCLUSIONI: IL GAP CON IL FUTURO ELEMENTI CHIAVE PER UN POSIZIONAMENTO DEL SETTORE ENERGETICO NAZIONALE SECONDO UNA ORGANIZZAZIONE DI FILIERA E DI SISTEMA - SOSTENERE LO SVILUPPO DEI VETTORI ENERGETICI, BATTERIE E IDROGENO, secondo regole di neutralità tecnologica - CONSIDERARE LA MOBILITA ELETTRICA UNA APPLICAZIONE STRATEGICA: VEICOLI ELETTRICI A BATTERIA (BEV) & VEICOLI ELETTRICI A PILA A COMBUSTIBILE (FCEV). - INTEGRARE le TECNOLOGIE DEI VETTORI ENERGETICI NELLE PRIORITA DI SVILUPPO NAZIONALI. CREANO VALORE AL 100% LOCALE, a differenza dei combustibili fossili
ESEMPIO: LO SCENARIO MH2IT NEL PIANO STRATEGICO ITALIANO MOBILITA CON COMBUSTIBILI ALTERNATIVI SCENARI DI VENDITA AUTO: 1,000 auto entro il 2020, 27,000 entro il 2025 (0.1% della flotta circolante in Italia), circa 290,000 al 2030 (0.7% della flotta circolante in Italia) e circa 8,5 M (20% della flotta circolante in Italia) al 2050 SCENARI DI VENDITA AUTOBUS: 100 bus entro il 2020, 1.100 entro il 2025 (1.1% del circolante), circa 3,700 al 2030 (3.8% del circolante) e circa 23,000 al 2050 (25.0% del circolante) SCENARIO DI SVILUPPO INFRASTRUTTURE: 10 nuove infrastrutture di rifornimento per auto passeggeri e 10 per bus entro il 2020. Aumento fino a oltre 5000 per le auto e più di 300 per i bus entro il 2050.
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