Discussioni sul
problema energetico
Bosconero, 29 Settembre 2008
Prof. Massimo Santarelli
Dipartimento di Energetica - Politecnico di Torino
[email protected]
QUESTIONE ENERGETICA
Nelle società umane la conversione dell’energia è un
mezzo per conseguire una molteplicità di obiettivi:
–
–
–
–
Benessere
Sviluppo economico
Superiorità economica o strategica
…..
Negli ultimi anni la questione energetica è tornata di
stretta attualità per 3 ordini di motivi che si situano in
una dimensione globale:
– Economici
– Politici
– Ambientali
LE FONTI PRIMARIE:
da dove l’uomo nel 2006 ha prelevato l’energia
VALORI IN BTEP: 11.22
2,31
Gas naturale
Carbone
3,95
2,78
Petrolio
Eolico - energia
0,06 solare diretta
Nucleare 0,71
Energia idraulica 0,24
Biomassa (legno e
rifiuti) 1,17
La sequenza di utilizzazione
LE FONTI PRIMARIE
v Carbone
v Petrolio
v Gas
v En. Nucleare
v Biomassa
v En. Idraulica
v En. Solare
v En. Eolica
v En. Geoternica




I VETTORI ENERGETICI
Elettricità
Derivati del petrolio (benzina,
gasolio, GPL, kerosene, ecc.)
Acqua calda
Idrogeno, syngas, etc.
PERDITE
(efficienza
conversione)
GLI USI FINALI
o Trasporti
o Abitazioni
o Industria
o Altro
PERDITE
(efficienza
conversione)
LE UTILIZZAZIONI:
dove l’uomo nel 2006 ha impiegato l’energia
Settore
Trasporti
Abitazioni
Industria
Altro
Milioni di
tonn eq.
2603,04
3792,36
4050,42
762,96
Quota
23,2%
33,8%
36,1%
6,8%
LE FONTI PRIMARIE
LE FONTI PRIMARIE
LE FONTI PRIMARIE
Fabbisogni di energia per usi primari e tecnologici
PERIODO STORICO
tep/(pro-cap anno)
Paleolitico (l’uomo nomade e
cacciatore)
0,2
Neolitico (l'uomo contadino)
0,3
Il mondo classico: Greci e Romani
0,5
Medio Evo e Rinascimento
0,5
LE FONTI PRIMARIE
LE FONTI PRIMARIE
LE FONTI PRIMARIE
LE FONTI PRIMARIE
Gli scenari energetici al 2030
rinnovabili
4000
Fabbisogno energia primaria, Mtep/anno
.
biomasse
77
165
3500
62
233
3000
2500
2000
16
90
52
946
232
nucleare
452
gas
105
petrolio
250
carbone
904
57
651
147
8
65
1500
1000
84
idrica
1478
146
33
32
26
404
251
649
15
389
1079
37
20
648
500
578
398
672
2030
Nord America
172
10
452
274
196
221
2002
2030
2002
2030
Unione Europea
13
25
60
367
1718
216
303
0
2002
743
6
108
114
20
OECD Asia e Oceania
893
2002
2030
Cina e India
63
Gli scenari energetici al 2030
 I fabbisogni energetici fino al 2030 cresceranno
dell’1,7% all’anno aumentando di 2/3 il livello attuale
e passando da circa 10 Gtep a 15,3 Gtep.
• I combustibili fossili copriranno il 90% dei fabbisogni
• Il consumo di petrolio crescerà di circa l’1,6%
all’anno, passando da 75 Mb/d nel 2000 a 120 Mb/d
nel 2030. Il 75% di questa richiesta proverrà dai
trasporti.
• Il consumo di NG si duplicherà passando dal 23% al
28% del mix energetico. Si prevede che il 60% sarà
utilizzato per produzione di energia elettrica in cicli
combinati vapore-turbina a gas
Gli scenari energetici al 2030
 I consumi di carbone aumenteranno meno. I
principali consumatori saranno Cina e India.
 L’utilizzazione di energia nucleare diminuirà
passando in termini di energia primaria dal 7% al 5%.
(per la quota relativa all’energia elettrica dal 17% al
9%). I dati sul futuro sono incerti
 Le energie rinnovabili sono quelle che si
espanderanno di più. Tra esse al primo posto rimane
l’energia idroelettrica mentre le altre fonti (solare,
vento, maree) cresceranno del 3,3 % all’anno
 Al 2030 il contributo delle RES rimarrà comunque
sempre minimo (da 2 a 6 giorni di copertura)
Gli scenari energetici al 2030
 I trasporti aumenteranno del 2,1% all’anno; già nel 2020
costituiranno la principale utilizzazione finale
 I fabbisogni di energia dei paesi in via di sviluppo si
avvicineranno rapidamente a quelli dei paesi OECD
 Aumentano le preoccupazioni relative a
• Sicurezza dei rifornimenti
• Aumento degli investimenti necessari alle infrastrutture
• Danni ambientali provocati dalle produzioni energetiche e
dagli accessi asimmetrici dei paese sviluppati e non alle
risorse energetiche
 Perché questi obiettivi possano essere consolidati occorre
che i governi si impegnino fortemente nel settore
energetico
ITALIA
ITALIA
ITALIA
ITALIA
La politica energetica è attualmente guidata
da:
liberalizzazione del mercato;
decentramento di poteri specifici
decisionali, politici e amministrativi alle
singole regioni;
diversificazione delle fonti di
approvvigionamento (sicurezza energetica);
miglioramenti dell’efficienza;
tutela dell’ambiente.
ITALIA
Il mix energetico dell’Italia si sta spostando dal petrolio
verso un maggior uso del gas: domanda che per l’85% è di
petrolio e gas;
 Basse probabilità di diversificarsi ulteriormente in tempi
rapidi a causa della limitata crescita delle energie
rinnovabili, delle resistenze locali al carbone e dal difficile (e
controverso) rientro nel settore nucleare.
Alto livello di dipendenza dalle importazioni che, anche se
diminuito dal picco del 1966 (94%), rimane con l’89%
estremamente alto; anzi, negli ultimi anni ha ripreso ad
aumentare dal minimo (83%) del 1993;
Limitate risorse sul territorio e crescita della domanda;
ITALIA
 Gli impianti per la produzione di elettricità sono i più datati del
continente con 24 anni di media, contro, per esempio gli 11 di
quelli olandesi;
 Limitate interconnessioni (per l’elettricità) con le nazioni
confinanti, che hanno limitato fortemente la crescita di un paese
che ha importato nel 2006 circa il 16% del fabbisogno di
elettricità.
 Malgrado l’obiettivo dell’Italia di ridurre le emissioni di gas a
effetto serra del 6.5% tra il 1990 e il 2008-2012, le emissioni di
anidride carbonica del settore dell’energia sono aumentate
costantemente e nel 2000 superavano già del 6.5% il livello del
1990.
Gli scenari energetici al 2030:
Italia
Gli scenari energetici al 2030:
Italia
 Secondo le stime della IEA la popolazione italiana
dovrebbe aumentare fino ai 58.49 milioni del 2010
per poi diminuire ai 56.98 del 2030, il PIL
dovrebbe aumentare dai 1225.27 dollari americani
pro capite del 2001 ai 2214.58 del 2030.
 Il fabbisogno pro capite di energia passerà dalle
2.97 Mtep del 2001 a 3.72 Mtep del 2030.
 Il gas naturale diventerà la fonte energetica
privilegiata (rischi per la sicurezza energetica)
 Infine, le emissioni in ambiente di anidride
carbonica passeranno dalle attuali 425.3
MtCO2/anno alle 473.9 del 2030.
Questioni socio-politiche
Questioni socio-politiche
Questioni socio-politiche
 Si prevede un forte aumento dei commerci
energetici che provocheranno:
– Interdipendenze sempre più forti tra le
nazioni
– Aumento della vulnerabilità delle linee di
rifornimento, tenuto conto che la produzione
rimarrà concentrata in pochi paesi
 Si assisterà di conseguenza ad un aumento delle
emissioni di CO2. Solo se si faranno politiche di
forti interventi si potrà prevedere un inizio di
riduzione tra 30 anni.
Questioni socio-politiche
 Quadro di riferimento anni ‘80-’90:
– Bassa crescita della domanda di energia e forte eccesso di
capacità produttiva
– Fase declinante del ciclo degli investimenti
– Elevata sicurezza degli approvvigionamenti energetici sui
mercati internazionali
– Contenuta importanza della questione ambientale
 Nuovo quadro di rifermento (post 9/11):
– Shock dei prezzi per esponenziale crescita della domanda
(Cina, India) e decisa riduzione del surplus di capacità
produttiva
– Rischi nella sicurezza energetica per moltiplicarsi di crisi
internazionali
– Svolta necessaria nel ciclo degli investimenti con avvio di
fase espansiva
– Fondamentale importanza della questione ambientale
Questioni socio-politiche
Crescita % PIL, domanda e prezzo petrolio
6
160
variazione
% PIL
140
5
120
4
100
domanda
petrolio
Mbarili/giorno
3
80
prezzo
petrolio
$/barile
2
60
40
1
20
0
1998
2000
2002
2004
2006
2008
0
2010
Questioni socio-politiche

Aumento prezzi petrolio (e quindi energia):
– Elevata e sostenuta crescita economica mondiale
– Elevatissimo aumento della domanda in economie emergenti
(Cina, India)
– Riduzione (nei paesi industrializzati) di possibilità alternative a
petrolio (per vincoli ambientali ed economici) a parte il ricorso
crescente al gas naturale (altro problema, e comunque con
prezzo indicizzato rispetto a quello del petrolio)
– Rigidità (nei paesi industrializzati) della domanda di petrolio ai
prezzi (monopolio assoluto del settore trasporti)
 Concause:
– Riduzione degli investimenti nel settore della perforazione
petrolifera (anche per accresciuti rischi e incertezza dei mercati)
– Ridotta accessibilità alle risorse di idrocarburi delle società
internazionali
– Prevalere (nelle imprese occidentali) di logiche finanziarie su
quelle industriali
– Speculazioni finanziarie sui mercati
 ATTUALE RIDUZIONE: crisi della domanda (recessione
internazionale)
Questioni socio-politiche
La crisi dei prezzi non sembra essere una crisi delle risorse
Risorse stimate petrolio (miliardi di barili) al 01.01.2006
Produzione cumulata
1.117
Riserve provate
1.293
Rivalutazioni riserve
730
Riserve da scoprire
939
TOTALE RISORSE CONVENZIONALI
4.070
Non convenzionali recuperabili
1.300
Non convenzionali teoriche (sabbie e scisti bituminosi,
Orimulsion)
4.700
TOTALE RISORSE NON CONVENZIONALI
6.000
TOTALE RISORSE ULTIME
10.700
Se verificata, con sole riserve convenzionali > 100 anni ai
ritmi di consumo attuali (32 miliardi barili / anno)
Questioni socio-politiche
Dipendenza europea dal metano e strategia GAZPROM (Putin)
Questioni socio-politiche
Opzione nucleare?
Evoluzione dell’energia nucleare (1965-2030)
1965 1970 1980 1990 2000 2005 2030
Numero paesi
6
14
24
Numero reattori
45
81
243 419
436 443 n.d.
16
136 326
352 368 416
111 197 560 778
807 834 n.d.
Potenza installata (GW) 5
Taglia media (MW)
30
31
31
n.d.
% domanda energia
--
0.4
2.6
5.8
% produzione elettrica
--
0.2
0.9
16.8 16.8 15.1 9.2
6.5
6.2
4.8
Questioni socio-politiche
Problemi del nucleare
 Politico-sociali: ostilità delle opinioni pubbliche
(occidentali)
 Economici: difficile attrattiva economica nel contesto della
liberalizzazione dei mercati elettrici (concorrenza)
– Elevatissima intensità di capitale (elevata dimensione delle
centrali, elevato costo unitario potenza)
– Preferenza degli investitori per minor tempo di ritorno degli
investimenti (meglio gas naturale, ma anche carbone)
– Incertezza dei prezzi dei competitor (in primis il gas naturale) da
cui dipendono le stime di competitività dell’investimento
nucleare
– Processi autorizzativi
– Incertezza delle condizioni di mercato
 Ambientali
– Gestione delle scorie nucleari
 Geopolitici
– Sicurezza delle centrali
– Proliferazione nucleare
Questioni socio-politiche
Eppure … nuove centrali nucleari
PAESE
IN COSTRUZIONE
IN PROGETTAZIONE
IN FASE DI PROPOSTA
ARGENTINA
1
0
0
BRASILE
0
1
4
BULGARIA
0
2
0
CANADA
2
4
0
CINA
4
23
54
NORD COREA
0
1
0
SUD COREA
1
7
0
FINLANDIA
1
0
0
FRANCIA
0
1
1
GIAPPONE
2
11
1
INDIA
6
4
15
IRAN
1
2
3
ISRAELE
0
0
1
MESSICO
0
0
1
PAKISTAN
0
2
2
REPUBBLICA CECA
0
0
2
ROMANIA
1
0
3
RUSSIA
5
8
18
SLOVENIA
0
0
1
SUD AFRICA
0
1
24
TURCHIA
0
3
0
UCRAINA
0
2
0
USA
1
2
21
VIETNAM
0
0
2
Energia e problemi ambientali
La politica energetica italiana dopo Kyoto (1997)
 Obiettivo Italia: riduzione delle emissioni di CO2
del 6,5 % rispetto al 1990 (508 Mt)
– Anno 2010: 475 Mt (-33 Mt)
– Nel 2002 siamo a 554 Mt (+ 46 Mt rispetto al 1990)
– Nuovo obiettivo: riduzione di 79 Mt
 Strumenti
–
–
–
–
–
Risparmio energetico (titoli di eff. energetica)
Fonti rinnovabili (certificati verdi)
Riforestazione
Trasporti più efficienti
Produzione elettrica più efficiente
- 7 Mt
- 3
- 10
- 3
- 12
Quindi, tirando le somme, l’Italia ha avuto un
aumento del +12,9% nel periodo 1990/2005
Fonti rinnovabili
Costo di installazione degli
impianti a FR
Costo (Euro/kWpicco)
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
S1
0
Idroelettrico <
10 MW
Geotermia
Eolico
Fotovoltaico
Biomasse
Turbine a gas
Fonti rinnovabili
Costo dell’energia
costo investimento
costo manutenzione
costo energia primaria
30.0
Costo dell'energia (c/kWh)
25.0
20.0
15.0
10.0
5.0
0.0
Idroelettrico < 10
MW
Geotermia
Eolico
Fotovoltaico
Biomasse
Turbine a gas
Fonti rinnovabili
Problemi delle rinnovabili
 Problemi qualitativi: difficile compatibilità delle RES
con gli assetti organizzativi, sociali, produttivi delle
società industriali, che richiedono:
– Alta concentrazione offerta in spazi ristretti
– Massima affidabilità e controllabilità, possibilità di
disporne nel posto e nel momento opportuni
– Risorse stock e non risorse flusso (con relativi problemi
di accumulo: IDROGENO può contribuire?)
 Altri problemi:
– Scarsa flessibilità uso: difficoltà del loro utilizzo diretto
nel settore trasporti
– Vincoli economici: costi elevati
– ANCHE: vincoli ambientali (caso emblematico:
biocombustibili)
Fonti rinnovabili: … tuttavia…
Energia solare
(100,000TWh)
O2
2H2
2H2O
Consumo annuo
(14TWh)
1 ora di energia solare è
equivalente a 1 anno di
consumi energetici attuali
O2
Una pianta verde lo può fare
… forse può imparare a farlo
anche l’uomo
ENERGIA E TRASPORTI
La questione mobilita’
• COMBUSTIBILE
Benzina
Gasolio
Elettricità (da quale fonte)
Idrogeno (da quale fonte)
Bio-carburanti
…
• TECNOLOGIA
Motori a combustione interna
Motori ibridi
Accumulo elettrico + motore elettrico
Cella a combustibile + motore elettrico
…
•ORGANIZZAZIONE
Trasporto condiviso
Car sharing
Intermodalità
…
ENERGIA E TRASPORTI
Strumenti di analisi: WTW
L’indice “well-to-wheel” (WTW): l’integrazione di tutti i passaggi
richiesti per produrre e distribuire un combustibile (partendo dalla
fonte energetica primaria) [WTT] e utilizzarlo in un veicolo [TTW].
Si calcola come prodotto tra il “well-to-tank” e il “tank-to-wheel”
WTW energetico
COSTO DELL’ENERGIA
(c€/MJ)
+
WTW ambientale
Internalizzazione del
danno degli inquinanti
(ExternE)
INDICE UNICO, su base monetaria, per la valutazione energetica ed
economica delle opzioni combustibile/tecnologia per l’automotive
Combinazione motore-carburante
ENERGIA E TRASPORTI
Indice Unico energetico-ambientale
0.766
2.582
2.620
2.847
3.014
3.048
3.265
3.472
3.645
3.782
3.842
3.891
4.175
4.182
4.213
4.243
4.496
4.661
Auto elettrica (eolica)
FC – H2 da elettrolisi (eolica)
FC – H2 da NG (centr)
FC – H2 da NG (distrib)
ICE-ibrido – Gasolio
ICE-ibrido – CNG
FC – H2 e reformer a bordo
ICE-ibrido – Benzina
ICE – Gasolio
ICE-ibrido – H2 da elettrolisi (eolica)
ICE-ibrido – H2 da NG (centr)
ICE – CNG
ICE – H2 da elettrolisi (eolica)
ICE – Benzina
ICE-ibrido – H2 da NG (distrib)
ICE – H2 da NG (centr)
Auto elettrica (EU-mix)
ICE – H2 da NG (distrib)
0
5
10
15
20
Costo totale (c€/km)
25
30
Questioni socio-politiche
 La soluzione della crisi richiede che si affrontino
cruciali questioni che sono insieme
• Tecnologiche
• Geopolitiche
• Economiche
• Sociali
 Non esiste una tecnologia che da sola possa risolvere
insieme tutti i problemi
 Occorrono avanzamenti significativi in
– Gestione delle politiche internazionali
– Sviluppo delle energie rinnovabili
– Gestione dei rifiuti nucleari
– Rimozione della CO2 a basso costo
– Aumento dell’efficienza dei processi
ENERGIA E TRASPORTI
Iniziativa Comune di Leinì - Fondazione TELIOS
1. Campo fotovoltaico grid
connected
2. Conto Energia
3. Panda elettrica Ecolori
4. Integrazione con moduli
fotovoltaici sagomabili sul
tettuccio forniti da Enecom
5. Test su 1 anno di utilizzo in
ambito comunale
Serie HighFlex
80 Wp
PROGETTO CHAMOIS
PROGETTO CHAMOIS
Serbatoio di
stoccaggio H2
Locale di
produzione e
utilizzo H2
Stazione di
rifornimento H2
PROGETTO CHAMOIS
Costo dell’idrogeno prodotto
POTENZIALITA’ INTERESSANTE
Sfruttando l’elettricità prodotta da fonte idroelettrica nelle fasce tariffarie più convenienti
(notturne) si ottiene un costo di produzione di
idrogeno  0.24 €/Nm3 (2.4 c€/MJ del combustibile)
contro
metano  0.60 €/Nm3 (1.7 c€/MJ del combustibile)
MA
Idrogeno può essere usato come combustibile di Celle a Combustibile (efficienza media ciclo misto
0.4)
Metano può essere usato in Motori a Combustione Interna (efficienza media ciclo misto 0.2)
Per cui, il costo finale a servizio reso (movimento del veicolo):
idrogeno  6.0 c€/MJ disponibile al veicolo
contro
metano  8.4 c€/MJ disponibile al veicolo
GRAZIE PER
L’ATTENZIONE
Bosconero, 29 Settembre 2008
Prof. Massimo Santarelli
Dipartimento di Energetica - Politecnico di Torino
[email protected]