LIFE CYCLE ASSESSMENT DI UN IMPIANTO
AD ENERGIA EOLICA PER LA STIMA DEI COSTI
ESTERNI
IL CASO DEL PARCO EOLICO DI CAIRO MONTENOTTE(SV)
Ente per le nuove tecnologie, l’energia e
l’ambiente
Relatore:
Prof.Augusto Ninni
Correlatore:
Ing.Paolo Neri
Laureanda:
Rita Virginia D’Avino
SCOPO DELLA TESI
• Le esternalità
“benefici e costi che emergono quando le attività sociali ed economiche di un
gruppo di persone hanno effetto su un altro gruppo e quando questo
fallisce a risarcire l’altro per il danno arrecato”(EC,1994)
• Esempi: R&D, lavoro, inquinamento
• Per efficienza economica e sociale: internalizzazione
(conteggio + imputazione)
• Obiettivo di questa tesi: Valutazione costi esterni
della produzione di elettricità
• Problematicità individuazione esternalità
strumento Life Cycle Assessment
• Altri studi di riferimento: Progetto EC ExternE
ITER DELL’ANALISI
• Strumento LCA
• Oggetto analisi: produzione elettrica del parco
Eolico “Valbormida” di FERAs.r.l., mediante un
impianto Enercon
• Prove di sensibilità
•  valutazione monetaria
• CONFRONTO tra eolico e altre fonti elettriche
Metodo LCA e caso studio
LCA (Life Cycle Assessment) – ISO 14040
OBIETTIVO
UNITA’ FUNZIONALE
FUNZIONE DEL SISTEMA
CONFINI DEL SISTEMA
ISO 14040
ENERGIE
INVENTARIO
MATERIALI
ISO 14040
PROCESSI
EMISSIONI E RISORSE
CLASSIFICAZIONE
CARATTERIZZAZIONE
NORMALIZZAZIONE
VALUTAZIONE
DEL DANNO
VALUTAZIONE DEL DANNO AMBIENTALE ISO 14044
ANALISI DI SENSIBILITA’ E VALUTAZIONE DEI MIGLIORAMENTI ISO 14044
• Obiettivo dello studio
È la valutazione dell’impatto ambientale e del COSTO esterno della
produzione di energia elettrica dal vento
• Unità funzionale
È l’elettricità prodotta dall’impianto Enercon di potenza 1500kW, del parco
Valbormida della ditta FREA s.r.l., durante la vita stimata di 20 anni e una
disponibilità di vento di 2500 ore annue (74250000kWh totali).
I risultati sono presentati per l’unità di prodotto (1kWh).
• La funzione del sistema
È la produzione industriale di energia elettrica da distribuire in rete
• Confini del sistema
(Costruzione- Esercizio-Fine vita). Dalla raccolta delle materie prime per la
costruzione, al riciclo o smaltimento.
• Qualità dei dati
I dati sono in parte rilevazioni sul posto di FERA s.r.l., in parte da uno
studio reale EDF, raccolto nella banca dati ECLIPSE, in parte dalla banca
dati del codice usato per lo studio SimaPro7.5.1
LCA (Life Cycle Assessment) – ISO 14040
OBIETTIVO
UNITA’ FUNZIONALE
FUNZIONE DEL SISTEMA
CONFINI DEL SISTEMA
ISO 14040
ENERGIE
INVENTARIO
MATERIALI
ISO 14040
EMISSIONI E RISORSE
CLASSIFICAZIONE
CARATTERIZZAZIONE
PROCESSI
Competenze: INGEGNERIA,
ECONOMIA, FISICA, SC. AMBIENTALI,
SC. NATURALI, BIOLOGIA,
ARCHITETTURA, CHIMICA,
MEDICINA, STORIA,
NORMALIZZAZIONE
VALUTAZIONE
DEL DANNO
VALUTAZIONE DEL DANNO AMBIENTALE ISO 14044
ANALISI DI SENSIBILITA’ E VALUTAZIONE DEI MIGLIORAMENTI ISO 14044
Materiali
energia
Torre
CICLO DI VITA IMPIANTO ENERCON
Materiali
energia
Generatore
Resto della navicella
Pala
Basamento
Costruzione
Connessione alla rete
Sollevamento componenti
Montaggio impianto/connes
Trasporto torre
Trasporto altre parti mobili
Manutenzione
Esercizio
Sostituzione dei componenti
Rimozione impianto
Smaltimento/Riciclo
Trasporto materiali
Fine vita
LCA (Life Cycle Assessment) – ISO 14044
OBIETTIVO
UNITA’ FUNZIONALE
FUNZIONE DEL SISTEMA
CONFINI DEL SISTEMA
ISO 14040
ENERGIE
INVENTARIO
MATERIALI
ISO 14040
PROCESSI
EMISSIONI E RISORSE
CLASSIFICAZIONE
CARATTERIZZAZIONE
NORMALIZZAZIONE
VALUTAZIONE
DEL DANNO
VALUTAZIONE DEL DANNO AMBIENTALE ISO 14044
Metodi
ECO-INDICATOR 99, IMPACT
2002+, EPS 2000 ed EDIP 03
ANALISI DI SENSIBILITA’ E VALUTAZIONE DEI MIGLIORAMENTI ISO 14044
METODI DI VALUTAZIONE
Paesi bassi
Eco-Indicator 99
Svizzera
Impact 2002+
Svezia
EPS 2000
Danimarca
EDIP 2003
•Sviluppatore: Prè su commissione del Min.Ambiente olandese
•Uno dei più diffusi a livello europeo
•Valutazione attraverso un valore sintetico, basato su 3 categorie di
danno a loro volta ripartite in categorie di impatto(approccio
midpoint)organizza le informazioni semplifica l’interpretazione
dei risultati
•Categorie di danno: Human helath, Ecosystem Quality, Resourcessaranno utili per la valutazione monetaria
•Sviluppatore: Swiss Federal Institute of Technology
•Valutazione: Il metodo è l’evoluzione di EcoIndicator 99. Ne differisce
soprattutto per la categoria Climate Change (in Kg CO2 eq).
•Le unità di misura degli indicatori scaturiscono dal confronto con
sostanze di riferimento (sostanze equivalenti)
•Sviluppatore: Swedish Environmental Research Institute
•Valutazione del danno in termini di “disponibilità a pagare”.
•L’unità di misura del danno complessivo è l’ELU (Environmental Load
Unit) che restituisce direttamente il valore monetario del danno
Sviluppatore: governo danese in collaborazione con imprese private
Valutazione: approccio midpoint (si basa su categorie di impatto
disaggregate, anche se sommabili con unità di misura Pt). Le risorse
vengono trattate in un metodo a sé stante (EDIP 97 Only Resources)
Risultati dell’analisi
•
•
•
•
•
•
Rendimento ed efficienza
Impatti ambientali
I processi e le fasi
I costi esterni per l’eolico
Analisi di sensibilità
I costi esterni a confronto per fonte elettrica
RISULTATI DELL’ANALISI – efficienza energetica e rendimento
Efficienza
• Energia non rinnovabile impiagata per la vita dell’impianto:
0,25588 MJeq- fossile
0,062439 MJeq- nucleare
Totale in kWh: 0,088kW per kW da eolico
• Efficienza: ammontare dell’energia non rinnovabile richiesta per
l’erogazione di 1 kWh da eolico:
1/0,088=11,25  nettamente efficiente
Rendimento
•
•
Ammontare dell’energia del vento richiesta per l’erogazione di 3,6 MJeq
da eolico:
•18 MJeq
Rendimento turbina: 3,6/18=0,2  rendimento del 20% (turbine da
fonte non rinnovabile: 35%)
RISULTATI DELL’ANALISI – gli impatti ambientali
Eco-Indicator99
•Il danno totale vale 0,0036392
pt
•Ed è dovuto principalmente ad
Ecotoxicity, Minerals e
Respiratory inorganics
Impact 2002+
•Il danno totale vale 1,1713E-5
pt
•La categoria più impattante è
Respiratory inorganics
RISULTATI DELL’ANALISI – gli impatti ambientali
EPS 2000
•Il danno totale vale
0,22634 pt
•L’unica categoria
impattante è Depletion of
reserves
EDIP 2003
•Il danno totale vale
0,002926 pt
•La categoria impattante è
Human toxicity
RISULTATI DELL’ANALISI – i processi e le fasi
Eco-Indicator99
Costruzione
Esercizio
31%
14%
34,5%
•si ripropone lo stesso schema
• i processi più impattanti sono:
• torre
Fine vita
• generatore e
• connessione alla rete
Impact 2002+
Costruzione
26%
31%
Esercizio
17%
Fine vita
•Costruzione VS
esercizio
(differentemente dalle
altre fonti elettriche)
RISULTATI DELL’ANALISI – i processi e le fasi
EPS 2000
Costruzione
Esercizio
44%
Fine vita
30%
25%
•Per EPS si profila uno
schema simile ai 2
precedenti
•Il valore è influenzato
dalla valutazione
delle risorse
•In EDIP l’intero
danno dipende dal
basamento
EDIP 2003
Costruzione
Esercizio
94%
Fine vita
•Costruzione VS
manutenzione
•Fine vita
ANALISI DI SENSIBILITA’
Eco-Indicator99
0,0036392
0,0015611
Impact 2002+
1,1713E-5
4,9679E-6
Cfr taglia aerogeneratore:
•Enercon 1500kW
•Enercon 800kW
Rapporto tra i danni dei
due processi(D1500/D800):
•Eco-Indicator99: 2,331
•Impact 2002+: 3,56
ANALISI DI SENSIBILITA’
EPS 2000
0,22634
0,12707
Rapporto tra i danni dei
due processi(D1500/D800):
•EPS 2000: 2,331
•EDIP 2003: 33,409
•EDIP 2003 senza iron nel
suolo: 1,9838
Il valor medio è 2,403
EDIP 2003 senza iron nel suolo
0,0029261
8,7586E-5
8,7586E-5
0,00016974
Quindi il danno è
proporzionale alla
dimensione e alla potenza
della macchina
Valutazione monetaria
COSTI INTERNI E COSTI ESTERNI
Premessa - il costo unitario è funzione principalmente dei costi di
investimento e della ventosità del sito:
•L’81% del costo risiede nell’impianto (c.a. 1milione € per macchina)
•All’aumentare delle ore vento si ammortizzano gli investimenti
Fonte: RISOE
Fonte: EWEA
 Costo interno: 9 €cent/ kWh
Confronto tra produzioni: Fonte
€cent/kWh
…e i costi esterni?
Carbone
Gas
Idro
3
3,6
7
Nucleare Petrolio
2,1
3,1
Eolico
9
DAL DANNO AL COSTO
IPOTESI DI STIMA DEI COSTI A PARTIRE DALLA VALUTAZIONE DELL’IMPATTO
AMBIENTALE sulle principali aree di interesse:
-Salute Umana: tutti gli esseri umani, nel presente e nel futuro, saranno esenti da
malattie, invalidità o morti premature causate dall’ambiente circostante
-Qualità degli ecosistemi: le specie animali e vegetali non soffrano dei cambiamenti
indotti dall’uomo (alterazione popolazione e distribuzione geografica)
-Stock di risorse disponibili: scorte di sostanze essenziali per lo sviluppo della società e in
quale misura possa essere o meno disponibile anche per le generazioni future.
-Ecosystem Production capacity: capacità dell’ambiente di fornire input produttivi
2 METODI:
EPS
Come? in base alla buona volontà a pagare
(willingness to pay) per evitare che il processo
studiato possa comportare un peggioramento
comparti di interesse.
Risultato
•Per kWh
•Riferimento:
pianeta
Eco
Indicator
Come? in base alla valutazione del
corrispettivo monetario per il risanamento del
danno sull’ambiente dovuto al processo
studiato.
Risultato
•Per kWh
•Per cittadino
europeo
DAL DANNO AL COSTO
Analisi di
sensibilità
1500kW800kW
Cat.danno
EPS
€cent/kWh
Eco-indicator 99
€cent/kWh
Human Health
0,74629
0,18853
0,078554
Biodiversity/
Ecosystem Quality
0,017123
0,002336
0,0056058
Abiotic stock resource
/
21,895
Resources
Ecosystem production
capacity
0,086133
Totale
22,744
0,084843
0,035351
0,116
0,279
CONFRONTO EOLICO – ALTRE FONTI
Fonti considerate(da banca dati Ecoinvent):
•Carbone
•Gas naturale
•Idroelettrico
•Nucleare
•Petrolio
•Eolico (Enercon 1500kW)
•Eolico (Enercon 800kW)
CONFRONTO EOLICO – ALTRE FONTI
95%
94%
91%
Fonte
Danni (€c)
Carbone
Gas naturale Idroelettrico
Nucleare
Petrolio
Eolico
Enercon
2,97
0,75
0,0249
0,12
2,88
0,19
0,02
0,000365
0,000026
0,00062
0,03
0,00561
1,74
1,85
0,0042
0,0000
2,16
0,08
Costo
totale
€cent/kWh
4,7
2,6
0,03
0,118
5,08
0,28
0,116
Potenza:1500kW
Potenza:800kW
CONFRONTO EOLICO – ALTRE FONTI - ExternE
Carbone
Petrolio
Nucleare
Gas naturale
Idroelettrico
Eolico Enercon 1500kW
Eolico Enercon 800kW
Metodo ExternE
(range)
€cent/kWh
2 - 15
3 - 11
0,2 - 0,7
1-3
0,1 - 1
0,05 - 1,15
Metodo Eco-Indicator
99
€cent/kWh
4,72
5,08
2,6
0,117
0,03
0,28
0,116
•valori simili all’analisi a quelli ottenuti con Eco-Indicator 99
(stesso ordine di grandezza)
•Differiscono per il nucleare,
CONFRONTO COSTI INTERNI E COSTI ESTERNI
Fonte
Carbone
Gas naturale
IdroelettrIco
Nucleare
Petrolio
Eolico
3
3,6
7
2,1
3,1
9
costi esterni
4,7
2,6
0,03
0,118
5,08
0,116
Totale
7,7
6,2
7,03
2,218
8,18
9,116
costi interni
INTERNALIZZAZIONE COSTI ESTERNI
•Caso Danese: 20% fabbisogno elettrico soddisfatto con eolico
•Sistema di previsione metereologica
•Sistema di incentivazione che
sprona l’efficienza
…YES, WIND CAN!
Conclusioni
PRODUZIONE DI ENERGIA EOLICA:
• Efficienza energetica come fonte rinnovabile;
• Basso impatto ambientale (processi non caratterizzanti)
• Buona efficienza da punto di vista ambientale – costi
esterni (assenza di combustione, fonte pulita);
• Riscontro con risultati ExternE;
• Scarsa efficienza economica – costi interni (assenza di
combustione, fonte incostante);
• ANALISI LCA applicato alla stima delle ESTERNALITà:
identifica tecnicamente il beneficio per la collettività
dalla SCELTA di una produzione verdeaffianca il
decisore politico nella scelta di spronare la competitività
delle produzioni “verdi”.
Grazie per l’attenzione!