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OrizzontEnergia

Energia: La transizione energetica dell'Italia tra fonti fossili e "costi nascosti" delle rinnovabili

La transizione energetica è una tematica di rilevanza che può far evolvere la nostra società mettendole a disposizione un ambiente più vivibile, ma alcune frange dell’opinione pubblica ne auspicano un’accelerazione troppo forte e pericolosa.

La transizione energetica è una tematica di rilevanza che può far evolvere la nostra società mettendole a disposizione un ambiente più vivibile godendo degli sviluppi tecnologici, ma alcune frange dell’opinione pubblica ne auspicano un’accelerazione troppo forte e pericolosa. In sintesi, va bene il concetto di “Energy transition” ma associato al manzoniano “Pedro, adelante con juicio”.

Bisogna adottare un approccio serio ed olistico che comprenda l’intero sistema paese valorizzando le esternalità positive e negative (ambientali e non) per scegliere il mix ottimale di interventi per il raggiungimento dei vari obiettivi, mantenendo un indispensabile competitività in un’economia globale; i costi energetici pagati da imprese e cittadini influenzano lo sviluppo del paese. Approcci ideologici e pressapochisti rischiano di uccidere nella culla una transizione efficace e duratura creando delle bolle, come dimostrato dalla Fig. 1 sottostante: si osserva il crollo del fotovoltaico in Germania e di fotovoltaico ed eolico in Italia, conseguentemente alla riduzione di incentivi troppo “generosi”. 

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Fig. 1 – Il crollo della potenzapotenza
Grandezza data dal rapporto tra il lavoro (sviluppato o assorbito) e il tempo impiegato a compierlo. Indica la rapidità con cui una forza compie lavoro. Nel Sistema Internazionale si misura in watt (W).
installata all’anno nel fotovoltaico in Germania e nel fotovoltaico ed eolico in Italia a seguito della riduzione degli incentivi nel 2011/2012.

 

E’ interessante verificare l’evoluzione della transizione energetica negli ultimi 15 anni nel settore elettrico, come riassunto nella tabella seguente che riporta la quota percentuale di elettricità prodotta a livello mondiale dalle diverse fonti nel 2001 e nel 2016.

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           Tab. 1: Quote produzione globale energia elettricaenergia elettrica
Forma di energia ottenibile dalla trasformazione di altre forme di energia primaria (combustibili fossili o rinnovabili) attraverso tecnologie e processi di carattere termodinamico (ovvero che coinvolgono scambi di calore) che avvengono nelle centrali elettriche. La sua qualità principale sta nel fatto che è facilmente trasportabile e direttamente utilizzabile dai consumatori finali. Si misura in Wh (wattora), e corrisponde all'energia prodotta in 1 ora da una macchina che ha una potenza di 1 W.
per fonti nel 2001 e 2016; Elaborazione dati IEA.

Il petroliopetrolio
Combustibile di colore da bruno chiaro a nero, costituito essenzialmente da una miscela di idrocarburi. Si è formato per azioni chimiche, fisiche e microbiologiche da resti di microorganismi (alghe, plancton, batteri) che vivevano in ambiente marino addirittura prima della comparsa dei dinosauri sulla terra. I principali composti costituenti del petrolio appartengono alle classi delle paraffine, dei nafteni e degli aromatici, che sono composti organici formati da carbonio e idrogeno e le cui molecole sono disposte secondo legami di varia natura.
ed il nuclearenucleare
Forma di energia derivante dai processi che coinvolgono i nuclei atomici (fissione e fusione).
hanno visto ridursi fortemente le proprie quote a vantaggio di gas e rinnovabili; tra queste ultime la quota di eolico e fotovoltaico è aumentata di quasi 10 volte, pur rimanendo ad un valore inferiore al 6%. Le fonti fossili hanno tuttavia mantenuto una quota pari a circa i 2/3 con il carbonecarbone
Il carbone è una roccia sedimentaria composta prevalentemente da carbonio, idrogeno e ossigeno. La sua origine, risalente a circa 300 milioni di anni fa, deriva dal deposito e dalla stratificazione di vegetali preistorici originariamente accumulatisi nelle paludi. Questo materiale organico nel corso delle ere geologiche ha subito delle trasformazioni chimico-fisiche sotto alte temperature e pressioni. Attraverso il lungo processo di carbonizzazione questo fossile può evolvere dallo stato di torba a quello di antracite, assumendo differenti caratteristiche che ne determinano il campo d'impiego.
I carboni di formazione relativamente più recente (ovvero di basso rango) sono caratterizzati da un'elevata umidità e da un minore contenuto di carbonio, quindi sono 'energeticamente' più poveri, mentre quelli di rango più elevato hanno al contrario umidità minore e maggiore contenuto di carbonio.
che, dopo un picco del 41% nel 2011, si è assestato nel 2016 al 37,5% confermando la propria posizione dominante di poco inferiore a quella del 2011.

Se ora guardiamo al 2040 le figure sottostanti presentano le recenti previsioni di BP (figura in alto con quota % dalle varie fonti) e Bloomberg, più ottimista per le rinnovabili (figura in basso con la produzione in TWh dalle varie fonti).

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  Fig. 2 – Produzione mondiale di energiaenergia
Fisicamente parlando, l'energia è definita come la capacità di un corpo di compiere lavoro e le forme in cui essa può presentarsi sono molteplici a livello macroscopico o a livello atomico. L'unità di misura derivata del Sistema Internazionale è il joule (simbolo J)
elettrica: previsioni al 2040 BP e Bloomberg.

 

Dai dati di BP risulta che al 2040 le fonti fossili manterrebbero una quota del 53% (27% carbone, 24% gas e 2% petrolio) contro un 38% delle rinnovabili (13% idroelettrico e 25% le altre rinnovabili con prevalenza di solare ed eolico) e con il nucleare al 10%; il carbone quindi si confermerebbe ancora come la singola maggior risorsa nella produzione di energia elettrica.

Bloomberg a partire dal 2030 prevede un aumento esponenziale nella produzione da solare ed eolico, mentre dalle altre FER  una produzione di TWh praticamente costante. Al 2030 le fonti fossili avrebbero ancora una quota del 52% con rinnovabili al 37% e nucleare all’11%; tra le rinnovabili, solare ed eolico avrebbero una produzione uguale a quella di idroelettrico sommata a quella delle altre FER. Al 2040 la totale produzione di 38.000 TWh vedrebbe le rinnovabili al 51% (2/3 da solare ed eolico) con le fonti fossili scese al 40% e con nucleare al 9%.

Anche seguendo le ottimistiche previsioni di sviluppo delle rinnovabili, si prevede che i combustibili fossili si avvieranno verso una fase di declino progressivo ma non drammatico, mantenendo praticamente la stessa produzione attuale di TWh.

Soffermandoci ora sulle emissioni clima alteranti da combustionecombustione
Processo chimico esotermico (ovvero che comporta sviluppo di calore) in cui il combustibile si combina con l'ossigeno presente nell'aria oppure appositamente separato (comburente). La reazione di combustione avviene previo innesco localizzato (accensione).
di risorse fossili, la figura sottostante (sulla sinistra stime al 2017 da Agora) riporta la situazione mondiale dei principali emettitori che viene comparata con  quella consolidata al 2016 dei principali paesi della UE (inclusa la Gran Bretagna) con la relativa produzione di elettricità.

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Fig. 4: Emissioni clima alteranti a livello mondo ed UE

E’ evidente la posizione dominante a livello mondo della Cina seguita da Stati Uniti ed India (in forte espansione). A livello UE la Germania genera oltre il doppio delle emissioni prodotte da paesi come Italia, Francia e Spagna, data la sua rilevante produzione di elettricità da lignitelignite
Tipologia di carbone caratterizzato da un grado di maturazione poco spinto. Essa, infatti, presenta un contenuto di carbonio pari al 67 % circa, contro l'85 % dei carboni impiegati per scopi energetici.
e carbone (circa il 40%). In Italia, la quota di produzione di energia elettrica rappresenta l’1,1% di quella mondiale, mentre la quota di emissioni climalteranti da combustione di fonti fossili per tutti gli usi (elettricità, trasporti, calore) è pari all’ 1% con una popolazione pari allo 0,86% di quella mondiale.

Di seguito si possono osservare le emissioni climalteranti prodotte dall’Italia, secondo i risultati ufficiali dell’ultimo rapporto 2017 di Ispra sui dati relativi al 2015.

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Fig. 5: Emissioni climalteranti in Italia per fonte; dati Ispra.

La produzione di elettricità e calore risulta al secondo posto per emissioni dopo i trasporti e supera di poco il settore civile, dominato dalle emissioni del residenziale.

La Fig. 5 confronta nella produzione di elettricità per fonti la situazione italiana rispetto a quella in UE:

 

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Fig. 6: Produzione elettrica per fonte in Italia confrontata a quella in UE.

 

L’Italia detiene una quota di produzione da FER del 36-38% rispetto al 30% dell’UE, e con una quota da carbone di circa il 12% rispetto a quella UE del 20,6%, ma con nessuna quota di nucleare rispetto al 25% UE e con il gas a circa il 45% rispetto a quasi il 20% dell’UE. Risultano evidenti le ragioni del maggior costo di produzione del nostro KWhKWh
Unità di misura dell'energia elettrica equivalente a 1.000 Wh (wattora), ovvero 1.000 W forniti o richiesti in un'ora.
medio rispetto ai paesi che producono elettricità con forte percentuale di nucleare (Francia, Slovacchia, Belgio, Ungheria, Svezia) o con un buon mix di nucleare e carbone (Spagna) o con carbone con quota superiore a circa il 40%( Germania, Bulgaria, Repubblica Ceca e Polonia) e non penalizzato per le emissioni di CO2CO2
Gas inodore, incolore e non infiammabile, la cui molecola è formato da un atomo di carbonio legato a due atomi di ossigeno. È uno dei gas più abbondanti nell'atmosfera, fondamentale nei processi vitali delle piante e degli animali (fotosintesi e respirazione).

con l’attuale basso valore dell’ETS (Emission TradingTrading
Attività di acquisto e/o di vendita di prodotti (materie prime o commodities) sui mercati internazionali.
Scheme).

 

Soffermandoci sul prezzo del kWh e sulle salate bollette elettriche per piccole e medie imprese e per i consumatori domestici, occorre considerare, in aggiunta al prezzo medio in borsa del KWh, gli oneri di sistema riferiti a vecchi “generosi” incentivi alle FER e vari altri; questi oneri diminuiranno nell’arco di un decennio andando sotto la quota dei 14 miliardi di euro del 2016, ma sempre vicini agli 8-10 miliardi all’anno. E’ opportuno sottolineare come in questo ipotetico scenario non vengono considerati ulteriori possibili incrementi dovuti ad oneri addizionali legati ad un forte sviluppo di fotovoltaico ed eolico come previsto dalla SEN e di cui si discuterà più avanti.

La tabella sottostante mostra il confronto tra produzione di energia elettrica in Italia suddivisa per fonti tra il 2016 (dati consolidati) ed il 2017 (dati globali non ancora consolidati da Terna per la suddivisione della generazione termica).

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Fig. 6: Produzione elettrica: confronto preliminare del 2017 rispetto al 2016. Fonte: Terna.

 

Nel 2017 si osserva un incremento del 4,6% della produzione termica rispetto ad un aumento della totale produzione di circa il 2%, inoltre è evidente il drastico calo dell’idroelettrico, non compensato in TWh dall’aumento del fotovoltaico, oltre ad un calo dell’esportazione.

 

La figura di cui sotto, riporta invece l’andamento negli ultimi 7 anni della quota di produzione di elettricità da carbone negli stati dell’UE, includendo l’Inghilterra. 

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Fig. 7 – Quota di produzione elettrica da carbone nei paesi UE ed in Inghilterra – Variazioni dal 2011 al 2017

 

Inghilterra e Danimarca hanno avuto una forte riduzione della quota carbone da circa il 40% del 2011 al 7% e 20% rispettivamente nel 2017. L’Italia nel 2017 con il suo 12% è il 5° paese ed ha una quota ben inferiore a quella di Germania (37%), Bulgaria (46%), Repubblica Ceca (49%) e Polonia che ha il record del 77%. Alcuni paesi come Spagna, Portogallo e Slovenia hanno aumentato la quota carbone rispetto all’anno precedente.

 

Risulta interessante a questo punto un confronto tra l’Italia e la Germania, il paese che con la sua ostentata energia verde si presenta come leader nel campo ambientale:

  • Italia: secondo ARERE, nel 2016, 35 TWh di produzione lorda da carbone per emissioni CO2 di circa 28Mt (7,6% di emissioni italiane per usi energetici);
  • Germania: dai dati dei loro ministeri, nel 2016 sono stati prodotti 262 TWh da lignite e carbone (150 TWh da lignite e 112 da carbone) per 240 Mt totali di emissioni di CO2, superiori di oltre 8 volte alle emissioni da elettricità prodotta da carbone per l’Italia; le 240 Mti corrispondono al 31,5% delle emissioni tedesche totali per usi energetici.

 

Tenendo a mente i dati appena riportati, ad oggi la Germania non ha proclamato l’uscita dal carbone al contrario dell’Italia che ne ha programmato l’uscita nel 2025, riducendo le emissioni (7,6% di totali energetiche) ma trascinandosi diverse questioni tuttora aperte, come ad esempio:

  • Il pagamento degli stranded assets;
  • perdita di posti di lavoro;
  • utilizzo di generazione sostitutiva programmabile e quale e dove;     
  • forti investimenti in T&D ecc.

Occorre una sofisticata valutazione costi/benefici e verificare se possono essere considerate eventuali alternative, più convenienti per la riduzione equivalente delle emissioni in altri settori.

Nel contempo la SEN prevede al 2030 circa 67 TWh addizionali prodotti da fotovoltaico ed eolico che corrispondono rispettivamente a circa 32 GW (FV) e 18GW (eolico) portando la potenza in servizio di fotovoltaico a circa 52 GW e di eolico a quasi 28 GW per totali 80GW  (e con consumi oscillanti giornalmente tra i 20 e 65 GW al 2030).

 

La non programmabilità/volatilità di solare ed eolico come viene risolta e quanto costa per avere un sistema efficiente/sicuro? Si rimanda alla figura sottostante estrapolata dal rapporto WEC “Variable Renewables Integration in Electricity Systems: how to get it right” che fornisce un’efficace visione della questione.

In Irlanda, a parte la forte variabilità della totale potenza immessa in rete da tutte le centrali eoliche del paese, vi è stato quasi un mese senza alcun contributo di vento. Per il fotovoltaico occorre ricordarsi i livelli di produzione nulli di notte, la forte differenza di energia e potenza dal fotovoltaico in Italia specialmente nel centro-nord tra inverno ed estate (a Firenze l’energia in una giornata soleggiata di Dicembre è inferiore ad 1/3 di quella in una giornata di sole in Luglio) ed inoltre nubi o pioggia che creano più o meno improvvisi oscuramenti del sole con conseguenti forti variabilità nella potenza generata.

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Fig. 8: Esempi di variabilità della produzione eolica in Irlanda (diagramma superiore) e della produzione fotovoltaica in Centro Italia (Firenze nel diagramma inferiore).

 

Fotovoltaico ed eolico sono stati contraddistinti da sviluppi tecnologici enormi, i quali hanno fatto crollare il costo del kWh da loro prodotto. Ma per un corretto ed affidabile funzionamento del sistema elettrico, quando i loro valori percentuali di potenza installata raggiungono livelli elevati sorge la necessità di investimenti addizionali in alcuni campi, ovvero:

  • Sistema di trasmissionetrasmissione
    Attività di trasporto dell'elettricità sulla rete a partire dai centri di produzione sino ai centri di utilizzo. Il maggiore proprietario della rete di trasmissione nazionale dell'energia elettrica ad alta tensione è Terna.
    e distribuzionedistribuzione
    Attività di trasporto (di elettricità o di gas) agli utilizzatori finali attraverso le reti di distribuzione.
    ;
  • Maggiore disponibilità di potenza istantanea di riserva e/o di sistemi di stoccaggiostoccaggio
    Attività di raccolta e deposito di una determinata risorsa. 
    onde evitare overcapacity e colli di bottiglia;
  • Un meccanismo di capacity market che assicuri sicurezza di forniture di energia;
  • Per ridurre gli oneri di bilanciamentobilanciamento
    Servizio svolto dal gestore della rete elettrica al fine di mantenere l'equilibrio tra l'energia immessa e quella prelevata.
    etc.

 

E’ tutto tecnicamente possibile, ma i sopracitati costi addizionali superano di gran lunga il prezzo del PUN (prezzo unico nazionale di produzione, con un peso in bolletta sempre più marginale), aumentando drasticamente il prezzo dell’energia ai clienti finali (anche nell’ipotetica  assenza di incentivi diretti o indiretti alla produzione dalle FER).

Si rendono necessarie approfondite analisi tecniche ed economiche che comparino differenti alternative per la riduzione delle emissioni, ottimizzando il mix di interventi in efficienza energeticaefficienza energetica
Con questi termini si intendono i miglioramenti che si possono apportare alla tecnologia per produrre gli stessi beni e servizi utilizzando meno energia, con conseguente riduzione dell' impatto ambientale e dei costi associati.
, trasporti e produzione di elettricità e calore; tutto ciò va fatto attribuendo appropriati valori ai vantaggi ambientali ed alle esternalità positive e negative. Bisognerebbe discutere su quali range di valori attribuire ad emissioni evitate, lavoro creato, import energetico evitato, ma anche ai costi addizionali al sistema energetico del paese affinchè risulti affidabile e sicuro……..e possibilmente con prezzi accettabili dell’energia  per poter competere efficacemente in un mercato globale.

 

Articolo a cura di Alessandro Clerici (Presidente Onorario WEC e FAST) per Orizzontenergia

 

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Data: 25/05/2018

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