Mobilità sostenibile: esperienze e prospettive. Giuseppe Mauri

Mobilità sostenibile: esperienze e prospettive Giuseppe Mauri Trento, 3 Dicembre 2014

Il ruolo di RSE nella ricerca RSE Ricerca sul Sistema Energetico RSE SpA svolge attività di ricerca applicata nel settore elettro-energetico e mette a disposizione del sistema nazionale le competenze e le conoscenze che derivano dalla lunga esperienza e dalla tradizione della ricerca italiana. È una società per azioni interamente a capitale pubblico, fa parte del Gruppo GSE ed è vigilata dal Ministero dello Sviluppo Economico. L organico è costituito da 350 dipendenti distribuiti nelle due sedi di Milano e Piacenza

RSE e l efficienza energetica RSE svolge: attività di supporto scientifico alle istituzioni centrali (Ministeri, AEEG, Confindustria, GSE e controllate, Regioni, Province ) in materia di politiche energetiche e nella pianificazione e realizzazione di piani energetici; studi, nell ambito della attività di ricerca RdS, sulla efficienza nell uso e nella fornitura dell energia con particolare enfasi sulla riqualificazione energetica di edifici civili privati e pubblici e sull uso delle tecnologie efficienti nei servizi e nell industria; attività sperimentali: centro di eccellenza sulle Pompe di Calore e validazione sperimentale di nuove soluzioni impiantistiche nel campo della climatizzazione e della minicogenerazione; nell ambito delle attività del gruppo GSE, supporto alla valutazione dei certificati bianchi e del conto termico

RSE e l efficienza energetica Perché i veicoli elettrici Scenario 2020 2030 Impatto sul parco di generazione Aspetti Ambientali Infrastrutture a supporto delle mobilità elettrica Impatto sulle reti elettriche MT e BT PNIRE - Piano Nazionale Infrastrutture per la ricarica dei veicoli ricaricabili da rete Test di veicoli elettrici

VANTAGGI MOBILITÀ ELETTRICA: PERCHÉ I VEICOLI ELETTRICI? Riduzione delle emissioni locali Abbattimento dell inquinamento acustico Efficienza di conversione globale superiore ai veicoli tradizionali --> minor energia primaria consumata Elevato piacere di guida (coppia elevata a bassi giri) OPPORTUNITA (PERCHE ORA?) Elevato costo dei prodotti petroliferi Forte impegno normativo europeo o Obiettivi 20-20-20 e 2030 o Vincolo per i produttori di autoveicoli: emissioni medie 95 g CO2 /km dal 2021 --> Impegno diretto delle case automobilistiche Evoluzione delle tecnologie di accumulo Interesse da parte di molteplici attori alla transizione verso il concetto di Smart Grid Disponibilità di tecnologie avanzate nel settore ICT

MOBILITÀ ELETTRICA: UN PERCORSO PROGRESSIVO Source: European Council for Automotive Research 6

MOBILITÀ ELETTRICA: UN PERCORSO PROGRESSIVO MCI Tecnologia convenzionale MICRO HEV Start-stop MILD HEV Start-stop Frenata rigenerativa FULL HEV Start-stop Frenata rigenerativa Guida in puro elettrico PLUG-IN HEV Start-stop Frenata rigenerativa Guida in puro elettrico Ricarica da rete PURO ELETTRICO 7

MOBILITÀ ELETTRICA: A CHE PUNTO SIAMO? UNA PRIMA VERA OFFERTA DI VEICOLI 15 modelli di grandi produttori + 2 in arrivo nel 2015 Capacità batterie: 16 24 kwh, Autonomia: 100 180 km Costo acquisto: Circa 30.000 --> veicolo completo di pacco batterie Circa 20.000 --> veicolo non fornito di pacco batterie (+80 /mese ca per noleggio batterie) Volkswagen Citroen BMW Chevrolet Mitsubishi Renault Ford KIA Nissan Peugeot Smart Mercedes

MOBILITÀ ELETTRICA: A CHE PUNTO SIAMO? UN OUTSIDER CHE IMPRESSIONA 60-85 kwh, 300 500 km autonomia 300 400 CV, 0-100 km/h 4,4 secondi 70.000-98.000 OTTIMA RISPOSTA DEL MERCATO September 2014 US Sales 2,500 COMING NEXT: Model X (2015); Model E (2017-18)

MOBILITÀ ELETTRICA: A CHE PUNTO SIAMO? UN MERCATO IN (LENTA?) CRESCITA ITALIA (2009-2014) 2009 2010 2011 2012 2013 Gen. / Nov. 2014 Totale Autovetture elettriche 62 114 302 520 870 1015 2871 Totale autovetture immatricolate 2.159.464 1.974.026 1.757.649 1.411.571 1.310.949 1.277.435 Penetrazione auto elettriche ca 0 % 0,01 % 0,02 % 0,04 % 0,07 % 0,08 % FRANCIA (2013) USA (2011-2013) Fonte: UNRAE, Unione Nazionale Rappresentanti Veicoli Esteri NORVEGIA (2014) le auto elettriche raggiungono il 21% del mercato

MOBILITÀ ELETTRICA: A CHE PUNTO SIAMO? UN MERCATO IN (LENTA?) CRESCITA ITALIA 2014 [Dati fonte UNRAE] Ibride ed elettriche Gennaio/Novembre 2013-2014 le uniche in crescita a due cifre in una fase di mercato quasi fermo

MOBILITÀ ELETTRICA: A CHE PUNTO SIAMO? Vendite Annuali Auto Elettriche 168.400 Riduzione costo batterie 45.000 113.000 2011 2012 2013 1.000 $/kwh 485 $/kwh 2008 2012 Ammontare delle auto elettriche circolanti nel 2013 350.000+ (0,04% del totale) Elaborazione RSE su Dati IEA/EVI

AFFRONTARE LE PROBLEMATICHE E SFRUTTARE LE OPPORTUNITÀ

SCENARIO DI MOBILITÀ: SCENARIO 2030 10 MILIONI DI VEICOLI ELETTRICI AL 2030: QUALE IMPATTO? 2 milioni VEICOLI ELETTRICI PURI (BEV) 8 milioni VEICOLI IBRIDI PLUG-IN (PHEV)

SVILUPPO DEL PARCO DI GENERAZIONE 10 MILIONI DI VEICOLI ELETTRICI AL 2030: QUALE IMPATTO? ENERGIA AGGIUNTIVA RICHIESTA ALLA RETE: ~19 TWh/anno (alcuni percento della domanda complessiva)

IMPATTO SULLE EMISSIONI DI CO2 L incremento di produzione elettrica per alimentare il parco auto assunto al 2030 determina un incremento di emissioni di CO 2 del settore elettrico di 8,2 Mt Se l emissione media delle auto convenzionali sostituite fosse 95 gco 2 /km (1), le loro emissioni sarebbero pari a 10,4 Mt Le emissioni evitate da parte delle auto elettriche sarebbero quindi pari a 2,2 Mt (1) Obiettivo EU emissioni medie del nuovo venduto dal 2021

PM2.5 EMISSIONI E QUALITÀ DELL ARIA Effetti sulla qualità dell aria, scenario 2030. Tre fattori Variazione emissioni per evoluzione motori tradizionali (Euro 5 Euro X) Variazione emissioni per evoluzione parco generazione elettrica Variazione emissioni per penetrazione mobilità elettrica (effetto di sostituzione) a) Misure b) Anal. Meteorologiche (ECMWF) WRF Modello Meteorologico Processore Condizioni al contorno Temperatura radiazione velocità vento Processore Emissioni sale marino MEGAN Modello delle emissioni biogeniche CAMx Modello di Chimica e Trasporto Dati Territoriali Inventari delle emissioni SMOKE Modello delle emissioni antropiche Indicatori di attività Realizzati ed utilizzati diversi strumenti di modellazione Modello scala continentale CHIMERE (altri composti) Concentrazioni e Deposizioni (Totali e per sorgente) Notevoli miglioramenti grazie all ammodernamento dei motori ICE e del parco termoelettrico Ulteriore miglioramento dato dalla mobilità elettrica Caso base 2005 Riduzione al 2030 senza veicoli elettrici Ulteriore riduzione con veicoli elettrici

[mg] EMISSIONI E QUALITÀ DELL ARIA impatto locale Studio dell impatto della mobilità elettrica sulla qualità dell aria nei pressi di una grossa arteria stradale Tangenziale est di Milano Ipotesi sostituzione 25% degli autoveicoli Realizzato ed utilizzato modello chimico-fisico a particelle SPRAY Risultati Miglioramenti di pochi punti percentuali (1-6%) Forte influenza del traffico merci pesante 2.0E+07 1.8E+07 1.6E+07 1.4E+07 1.2E+07 1.0E+07 8.0E+06 6.0E+06 4.0E+06 2.0E+06 0.0E+00 Tg_NO (ug) TgEV_NO (ug) Tg_NO2 (ug) TgEV_NO2 (ug) Tg_NOx (ug) TgEV_NOx (ug) 10012011 11012011 12012011 13012011 14012011 15012011 16012011 17012011 18012011 19012011 20012011 21012011 22012011 23012011 24012011

g eq diclorobenzene g eq CFC-11 g eq Ethylene LCA E IMPATTO AMBIENTALE Confronto dell impatto ambientale globale di diverse tipologie di veicoli, approccio LCA Elettrici puri (BEV), Ibridi plug-in con diversa autonomia in puro elettrico (PHEV16/32/64), Ibridi odierni (HEV), benzina (ICE) Risultati non univoci per i veicoli elettrici: BEVs migliori per ossidanti fotochimici, acidificazione dell aria, riduzione ozono stratosferico BEVs peggiori in termini di tossicità umana ed eutrofizzazione delle acque (dovuti a processi produttivi batterie) 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 CML phot_chem_ox formation phev 64 pheve 32 phev 16 BEV HEV ICE } batteria fine vita costruzione batteria elettricità benzina utilizzo fine vita produzione auto USES Human Toxicity CML depletion ozone layer 0.003 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 } batteria fine vita costruzione batteria elettricità benzina utilizzo fine vita produzione auto 0.0025 0.002 0.0015 0.001 0.0005 batteria fine vita costruzione batteria elettricità benzina utilizzo fine vita produzione auto 0 phev 64 phev 32 phev 16 BEV HEV ICE 0 phev 64 phev 32 phev 16 BEV HEV ICE

LCA E IMPATTO AMBIENTALE Metodo dei costi esterni Costi esterni [ /100km] Scenario 2009 Ricarica da Termoelettrico attuale Costi esterni [ /100km] Scenario 2030 Ricarica da impianti a ciclo combinato (67%) e a carbone (33%)

INFRASTRUTTURE PER LA MOBILITÀ ELETTRICA La mobilità elettrica deve in primo luogo rispondere alle esigenze di mobilità Occorre porsi dal punto di vista dell utente ed analizzare i diversi scenari d uso, dai quali conseguono diverse esigenze in termini di infrastrutture necessarie

INFRASTRUTTURE PER LA MOBILITÀ ELETTRICA Il punto di vista dell utente Scenario 1 Sosta prolungata (2-10h) box, parcheggi privati, condominiali e delle flotte aziendali Normale presa elettrica (massimo 2,5 kw) Wall Box (massimo 7 kw) con gestore dei carichi Scenario 2 Sosta breve (30 minuti-2h) centri commerciali, cinema e ristoranti, parcheggi pubblici Colonnine (massimo 22-30 kw) Business model di successo: ricarica gratuita Scenario 3 Fermata (< 30 ) stazione di servizio autostradale o urbana sistemi di ricarica FAST multistandard con potenza maggiore di 50 kw (fino a 160 kva)

INFRASTRUTTURE PER LA MOBILITÀ ELETTRICA Esigenza di un adeguata infrastruttura di ricarica Facilità e praticità di ricarica Scenario 1: 64% delle auto italiane sono parcheggiate in posti auto privati Sostano per lunghi periodi (più di 8 ore) Esigenze di ricarica: Bassa potenza di ricarica (fino a 3 kw) Punti di ricarica gestibili in ottica smart grid

INFRASTRUTTURE PER LA MOBILITÀ ELETTRICA Esigenza di un adeguata infrastruttura di ricarica Facilità e praticità di ricarica: accesso pubblico Scenario 3: 36% delle auto italiane sono parcheggiate lungo le strade o in luoghi pubblici (45% nelle grandi città) 5% percorsi giornalieri maggiori di 150 km Esigenze di ricarica: Ricarica veloce Luoghi di ricarica adeguatamente distribuiti sul territorio: nelle stazioni di servizio e nei punti di elevato traffico (centri commerciali, cinema multisala, parcheggi pubblici, ecc.)

INFRASTRUTTURE PER LA MOBILITÀ ELETTRICA Esigenza di un adeguata infrastruttura di ricarica Facilità e praticità di ricarica: accesso pubblico Rete italiana di distributori: 21.120 distributori 11.500 piccole dimensioni 9.000 stazioni di servizio 490 stazioni di servizio autostradali 1% Sistemi di ricarica veloce nelle stazioni di servizio: 1% (210) copertura delle sole grandi città 10% (2100) copertura totale della rete autostradale (Costo: 100 M ) 10% 26

INFRASTRUTTURE PER LA MOBILITÀ ELETTRICA Esempi di altri PAESI EUROPEI GRAN BRETAGNA E IRLANDA Iniziativa privata + EU (2012-EU-13066-S) Consorzio con Nissan, BMW, Renault, Volkswagen e EBS (EI) Costo totale 7,358,000 euro La Commissione Europea paga il 50% con i fondi EU Ten-T (*) Il Rapid Charge Network (RCN) 74 stazioni di rifornimento: 68 in Inghilterra, 2 nell Irlanda del Nord e 2 in Eire. Corridoio verde per le auto elettriche, per attraversare la nazione quasi per l intera lunghezza: 1.100 km coperti dal Rapid Charge Network sulle principali arterie di collegamento interurbane. Già percorsi 800.000 km in elettrico sulle autostrade inglesi. (*) http://inea.ec.europa.eu/download/proj ect_fiches/multi_country/fichenew_201 2eu13066s_final_1.pdf

INFRASTRUTTURE PER LA MOBILITÀ ELETTRICA Esempi di altri PAESI EXTRA EUROPEI Infrastrutture di ricarica FAST in standard CHAdeMO (giapponese) USA 744 punti FAST CHAdeMO GIAPPONE 2129 punti FAST CHAdeMO

Quanto consuma un auto elettrica? 50 km/giorno 240 giorni/anno 12.000 km/anno 160 Wh/km 1.920 kwh/anno Un auto elettrica consuma quanto una famiglia di tre persone Caricando a casa* la domanda di energia sulle reti BT raddoppia * il 64 % delle famiglie Italiane dispone parcheggio privato per le ore notturne 29

Le rete elettrica è dimensionta per le punte di domanda 30

Le ricariche non controllate accentuano le punte 31

Occorre gestire i punti di ricarica (pubblici e privati) attraverso smart grid 32

Q ( kvar) P ( kw ) Dati disponibili per le reti BT Consistenza rete, dati dei POD e Curva di carico per ogni POD (P, Q) MARE Margine Rete tools 23 Kv / 0,4 Kv 630 Kva 23 Kv / 0,4 Kv 630 Kva Feeder 2 Feeder 3 Feeder 4 Feeder 5 PBT 00880233 P=22,3 Kw Q=2,7 kvar 24,000 22,000 20,000 18,000 totale al nodo di consegna PBT 00880233 Potenza attiva 3,000 totale al nodo di consegna PBT 00880233 Potenza reattiva 16,000 2,750 14,000 2,500 12,000 10,000 2,250 2,000 totale al nodo 8,000 6,000 4,000 2,000 1,750 1,500 1,250 1,000 0,750 totale al nodo 0,000 0,500 0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 78 84 90 96 102 108 114 120 126 132 138 144 150 156 162 settimana dal 18 al 24 gennaio 2010 0,250-33 - 0,000 0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 78 84 90 96 102 108 114 120 126 132 138 144 150 156 162 settimana dal 18 al 24 gennaio 2010

L applicativo MARE (Margine Rete) identifica i margini in potenza ed energia, per ciascun ramo della rete, a disposizione dei punti dei ricarica, salvaguardando i componenti e la qualità della tensione. Utilizza: le specifiche dei componenti le letture dei contatori elettronici la topologia della rete Data Base reti BT PODs Trasformatori Prese Tratto di dorsale MARE Margine Rete tools Curve di carico settimanale (Potenza Attiva) - 34 -

Hosting capacity Load MARE Margine Rete tools Capacity Hosting Capacity N Cars In charge Peak Off- peak km/week Charge kw kwh/week km/year Load Curve for Main feeder E04183-02 Syntetic Graph Hour & Date Hour & Date

Margine Cabina/Dorsali MARE Margine Rete tools vs. n POD f (p ricarica, t) Margine Dorsale/Prese vs. n POD f (p ricarica, t) Tensione lungo un feeder (168h una settimana) - 36 -

Ricarica lenta sulle reti elettriche di BT Esigenza di una smart grid Il sistema di controllo di una Smart Grid può aumentare di almeno 10 volte il numero di EV che possono essere ricaricate in una rete BT, senza rinforzare al rete - 37 -

Ricarica veloce sulle reti elettriche delle grandi città MARE Margine Rete tools domanda di energia alla stazione di servizio media : 1,2 GWh al giorno connessione diretta alle reti MT cittadine (potenza impegnata circa >200 kw) necessità di sistemi di accumulo (circa 250kWh) per connessione alle reti BT (potenza impegnata circa 60kW) 38

kw Ricarica sulle reti elettriche MT rurali e turistiche Zone caratterizzate da una marcata fluttuazione stagionale della domanda di energia nei periodi estivo e invernale Picchi giornalieri area di T remosine in kw (senza C ampione) 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 1 15 29 43 57 71 85 99 113 127 141 155 169 183 197 211 225 239 253 267 281 295 309 323 337 351 365 giorni dell'anno La risposta sarà negli accumuli MARE Margine Rete tools 39

INFRASTRUTTURE PER LA MOBILITÀ ELETTRICA Il PNire Piano nazionale infrastrutturale per la ricarica dei veicoli alimentati ad energia elettrica Legge del 7 agosto 2012, n. 134 Decreto-legge 22 giugno 2012, n. 83, recante Misure urgenti per la crescita del Paese - Gazzetta Ufficiale n. 187 dell'11 agosto 2012 - Suppl. Ordinario n. 171 Capo IV bis Disposizioni per favorire lo sviluppo della mobilità mediante veicoli a basse emissioni complessive. Articolo 17-septies Piano nazionale infrastrutturale per la ricarica dei veicoli alimentati ad energia elettrica (PNire) Realizzazione di reti infrastrutturali per la ricarica dei veicoli alimentati ad energia elettrica nonché interventi di recupero del patrimonio edilizio finalizzati allo sviluppo delle medesime reti.

INFRASTRUTTURE PER LA MOBILITÀ ELETTRICA Il PNire I principali temi affrontati dal Piano sono i seguenti: Criteri adottati per la localizzazione delle infrastrutture di ricarica Filoni per lo sviluppo di una rete di ricarica nazionale Numero minimo di infrastrutture di ricarica Modelli di riferimento Componenti del processo di ricarica: Modi, Prese e Spine Accesso alle infrastrutture di ricarica Integrazione nei Piani della Mobilità e della Logistica Sostegno allo sviluppo del programma operativo Aspetti trasversali (considerazioni generali) Il testo del PNire 2013 è stato approvato il 30 settembre 2014 dalla Presidenza del Consiglio dei Ministri e successivamente passato al vaglio della Corte dei Conti (sta per essere pubblicato sulla Gazzetta Ufficiale).

INFRASTRUTTURE PER LA MOBILITÀ ELETTRICA Il PNire Fondo di finanziamento Comma 8. Ai fini del finanziamento del Piano nazionale, è istituito nello stato di previsione del Ministero delle infrastrutture e dei trasporti un apposito fondo, con una dotazione pari a 20 milioni di euro per l anno 2013 e a 15 milioni di euro per ciascuno degli anni 2014 e 2015*. 2013 2014 2015 20 mln 15 mln 15 mln Comma 9. A valere sulle risorse di cui al comma 8, il Ministero delle infrastrutture e dei trasporti partecipa al cofinanziamento, fino a un massimo del 50 per cento delle spese sostenute per: l acquisto e per l installazione degli impianti, dei progetti presentati dalle regioni e dagli enti locali relativi allo sviluppo delle reti infrastrutturali per la ricarica dei veicoli nell ambito di accordi di programma. 5 mln Comma 10. Ai fini del tempestivo avvio degli interventi prioritari e immediatamente realizzabili, previsti in attuazione del Piano nazionale, parte del fondo di cui al comma 8, per un ammontare pari a 5 milioni di euro per l anno 2013, è destinata alla risoluzione delle più rilevanti esigenze nelle aree urbane ad alta congestione di traffico. Alla ripartizione di tale importo tra le regioni interessate si provvede con decreto del Ministro delle infrastrutture e dei trasporti, previo accordo in sede di Conferenza permanente per i rapporti tra lo Stato, le regioni e le province autonome di Trento e di Bolzano. * I Fondi hanno subito dei tagli rispetto alle dotazioni inizialmente previste.

INFRASTRUTTURE PER LA MOBILITÀ ELETTRICA Il Pnire 2013 Mancano riferimenti a: pianificazione centralizzata della rete di ricarica autostradale corridoi elettrici autostradali: una roadmap per l elettrificazione per entrambi i sensi di marcia e all impiego di: tecnologia multistandard sistemi di ricarica ridondati Vi è un fondato rischio di continuare a diffondere una infrastruttura in AC (quella finanziata dai progetti pilota) che ha già mostrato i suoi limiti

INFRASTRUTTURE PER LA MOBILITÀ ELETTRICA Il PNire Ritardi nell approvazione: Perdita di tempo a scapito delle regioni e di altri soggetti che avrebbero già potuto iniziare la pianificazione, come avvenuto negli altri stati Europei. Approvato un testo già «vecchio» Il PNire «aggiornamento 2014»: Si auspica che lo sviluppo di una rete di ricarica Fast multistandard nazionale venga presa in considerazione già nel prossimo aggiornamento del PNire 2014.

kw 8 Ricarica Zoe 7 6 5 4 3 2 1 0 19:00:00 19:30:00 20:00:00 20:30:00 21:00:00 Fase 1 Fase 2 Fase 3 45

Valutazioni lato utente: Quanto è ecologica? Quanto mi costa? Quanti km con un pieno? Dove vado a ricaricare? Come ci arrivo in vacanza? 46

Classificazione efficienza energetica auto elettriche A+ 0,075 / 0,100 wh/(km x kg) A 0,101 / 0,125 wh/(km x kg) B 0,126 / 0,150 wh/(km x kg) C 0,151 / 0,175 wh/(km x kg) D 0,176 / 0,200 wh/(km x kg)

Caratteristiche Consumo medio 14,0 kwh/100 km Capacita batteria ioni litio 19,0 kwh Velocità max 150 km/h Autonomia media 130 160 Km Potenza 125 kw Massa 1385 kg Efficienza ( classe A +) 0,098 Wh/(km x kg) BMWi3 Euro x 100 km (E.E. verso combustibili fossili)

Caratteristiche Consumo medio 21,0 kwh/100 km Capacita batteria ioni litio 22,0 kwh Velocità max 120 km/h Autonomia media 100 120 km Potenza 60 kw Massa 1390 kg Efficienza ( classe C ) 0,162 Wh/(Km x kg) Fiat Qubo Euro x 100 km (E.E. verso combustibili fossili)

AFFRONTARE LE PROBLEMATICHE E SFRUTTARE LE OPPORTUNITÀ La mobilità elettrica riduce le emissioni, ha effetti benefici sull ambiente, specialmente nelle aree metropolitane Il sistema elettrico è pronto a svolgere il ruolo di supporto che gli compete Necessità di valutare in modo indipendente le auto elettriche che entrano nel mercato italiano Necessità di attrezzare i distributori (>10%) con sistemi di ricarica veloce e tutte le stazioni di servizio autostradali

AFFRONTARE LE PROBLEMATICHE E SFRUTTARE LE OPPORTUNITÀ

GRAZIE PER L ATTENZIONE GRAZIE PER L ATTENZIONE GIUSEPPE MAURI giuseppe.mauri@rse-web.it 54