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Sistemi per la generazione di elettricità in una prospettiva di sviluppo sostenibile Electricity generation systems for a sustainable development Francesco.

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Presentazione sul tema: "Sistemi per la generazione di elettricità in una prospettiva di sviluppo sostenibile Electricity generation systems for a sustainable development Francesco."— Transcript della presentazione:

1 Sistemi per la generazione di elettricità in una prospettiva di sviluppo sostenibile Electricity generation systems for a sustainable development Francesco Oriolo, Sandro Paci Università di Pisa

2 A New Global Vision - Tenuta di San Rossore, 15/16 luglio Gas Naturale +5%Carbone -1.5% Nucleare +6%Petrolio -10.1% Guerra del KippurTorri Gemelle IEA Key World Energy Statistics 2003

3 A New Global Vision - Tenuta di San Rossore, 15/16 luglio Progresso Storico dell’Efficienza Termodinamica Lo sviluppo della scienza e della tecnologia ha portato ad un uso più razionale ed efficiente delle risorse I progressi della tecnologia nel campo dell’industria automobilistica sono stati “spesi” nello stile di vita – aumento cilindrate Energy is essential to economic and social development and improved quality of the life. Much of the world’s energy however, is currently produced and consumed in ways that could not be sustained if technology were to remain constant and if overall quantities were to increase substantially Agenda 21 Chapter 9 G.P. Berretta, UIT Genova 2004

4 A New Global Vision - Tenuta di San Rossore, 15/16 luglio Negli ultimi duemila anni, il fabbisogno complessivo è aumentato di ben 70 volte, la popolazione è aumentata di 20 volte e il consumo pro capite è poco più che triplicato passando da 0.11 tep (per la sopravvivenza), 0.45 (età del bronzo), 0.5 (Italia del 1900), 1 (Italia del 1939) a 3.5 (Italia 2000) G.P. Berretta, UIT Genova 2004

5 A New Global Vision - Tenuta di San Rossore, 15/16 luglio Indici Energetici ed Aspettative di Vita G.P. Berretta, UIT Genova 2004

6 A New Global Vision - Tenuta di San Rossore, 15/16 luglio Scenario Riferimento OECD 2002

7 A New Global Vision - Tenuta di San Rossore, 15/16 luglio

8 8 Scenari Energetici US Interlaboratory Working Group, 2000 A1)alto sviluppo economico e bassa crescita demografica A2)basso sviluppo economico ed alta crescita demografica B1)medio sviluppo economico e medio- alta crescita demografica B2)medio-basso sviluppo economico, media-alta crescita demografica Lo scenario A1 significa un rilancio dell’energia nucleare (con impianti ad alta efficienza energetica) e delle energie rinnovabili, con probabile avvio dell’economia dell’idrogeno Possibile dimezzamento delle attuali concentrazioni di CO 2 in atmosfera

9 A New Global Vision - Tenuta di San Rossore, 15/16 luglio A cost or benefit that is not included in the market price of a good because it is not included in the supply price or the demand price (Pearce & Turner, 1989) Le valutazioni di tutti i costi per l'ambiente, lungo tutta la catena produttiva termoelettrica sono stati finora trascurati Nel costo del kWh devono essere introdotte le “esternalità ambientali” cioè gli apporti della catena produttiva (ciclo di vita), che comprende l'estrazione, la lavorazione, il trasporto e l'uso del combustibile, i materiali necessari per la costruzione delle centrali, il trattamento dei residui inquinanti e la restituzione del sito per altri usi Un esempio della valutazione delle “esternalità” ambientali dell’intero ciclo di vita, per la Germania, è riportato nella figura seguente Valutazione delle Esternalità Ambientali

10 A New Global Vision - Tenuta di San Rossore, 15/16 luglio Electricity generation from fossil fuels, nuclear energy or renewable energy sources leads to an increased level of air pollution, or to an increased exposure of the population to ionising radiation, which in turn might cause an increased risk to the health of the exposed population... Alfred Voss Institute of Energy Economics and the Rational Use of Energy, Stuttgart (D)

11 A New Global Vision - Tenuta di San Rossore, 15/16 luglio Total costs of various electricity generation technologies Alfred Voss Institute of Energy Economics and the Rational Use of Energy, Stuttgart (D) E' necessario che, a livello internazionale, vengano valutati realisticamente i costi ambientali ed inglobati nei costi economici del prodotto sulla base dei meccanismi di mercato, sempre più efficaci ed a minor costo rispetto a norme governative ed a controlli burocratici

12 A New Global Vision - Tenuta di San Rossore, 15/16 luglio Quali saranno le tecnologie energetiche che nei prossimi decenni potranno soddisfare la crescita della domanda elettrica? Se oggi vogliamo anticipare le necessità di domani, possiamo già individuare le forze che influenzeranno le scelte dei prossimi decenni: –La globalizzazione –L’innovazione tecnologica: Il nucleare di IV generazione

13 A New Global Vision - Tenuta di San Rossore, 15/16 luglio La globalizzazione dell’economia e la libera circolazione del denaro stanno accentuando le disparità regionali Per affrontare il problema energetico è necessario un nuovo modello di globalizzazione, fondato sul pluralismo delle culture e sulle specificità locali, poiché i meccanismi selvaggi del mercato hanno mostrato i loro limiti Sono necessari progetti di R&D internazionali, investimenti a lungo termine, la cooperazione tra i popoli ed il trasferimento delle conoscenze verso le popolazioni più svantaggiate

14 A New Global Vision - Tenuta di San Rossore, 15/16 luglio Terza Generazione Sono stai realizzati o in fase di realizzazione reattori come AP-1000, System 80+, EPR, ABWR, ecc. VantaggiSvantaggi Non emettono gas ad effetto serra Costi del kWh competivi Alto costo di capitale Sfruttamento limitato del combustibile (non sostenibilità) Competitività economica dipendente da Paese a Paese

15 A New Global Vision - Tenuta di San Rossore, 15/16 luglio Sicurezza Eco-sostenibilità Competitività Economica Progettazione in base a sicurezza intrinseca ed eliminazione degli incidenti con degradazione del nocciolo Rimozione calore di decadimento per circolazione naturale Taglia medio - piccola & modularità per ridurre il costo capitale al disotto dei 1000 $ per kW istallato Tempo di costruzione inferiore ai 3 anni Spettro veloce o spettro termico. Sistemi sottocritici Refrigerati ad acqua, gas o metalli liquidi (Na, Pb, Pb-Bi) Utilizzo cicli U o U-Th ad alta efficienza nello sfruttamento delle materie prime Impieghi: elettricità, desalinizzazione, calore, produzione idrogeno, bruciamento delle scorie radioattive

16 A New Global Vision - Tenuta di San Rossore, 15/16 luglio La sostenibilità nei nuovi sistemi nucleari riguarderà l’effettivo utilizzo del combustibile, la gestione sicura delle scorie radioattive e la resistenza alla proliferazione degli armamenti nucleari I problemi più gravosi riguardano la gestione e l’eliminazione delle scorie radioattive nell’intera catena, che dovranno essere ridotte al minimo e considerate come una risorsa da utilizzare con tecnologie avanzate Un evento con danneggiamento del nocciolo diviene poco credibile e ciò permetterà di eliminare la necessità di predisporre piani di emergenza e di evacuazione. Il sistema di contenimento servirà essenzialmente a proteggere il reattore dagli eventi esterni, incluse azioni di terrorismo Obiettivi

17 A New Global Vision - Tenuta di San Rossore, 15/16 luglio Principali iniziative internazionali di R&D Carem MWe – Argentina IRIS MWe/PWR Westinghouse - Consorzio internazionale PBMR 114 MWe/HTR Eskom - Sud Africa SMART 100 MWe/PWR KAERI – Corea NHR MWth/PWR INET – Cina AHWR 220 MWe/HWR BARC – India BREST Mwe/LCFR ENTEK – Russia ADS Accelerator Driven Subcritical System - Italia, Francia, Giappone, UK, USA, Russia, etc.

18 A New Global Vision - Tenuta di San Rossore, 15/16 luglio Sviluppato da un consorzio internazionale tra Industrie (Westinghouse come capo progetto, Bechtel, BNFL, Ansaldo. Equipos Nucleares), Enti di Ricerca (ORNL US, CNEN Brasile, LEI Lituania, ININ Messico, OKBM Russia) e Università (MIT, TIT Tokio, Pisa, POLIMI, POLITO, Roma, Zagabria ed altre) Reattore modulare ad acqua in pressione con taglia da 100 a 350 MWe per modulo Si basa sul principio di “safety by design” che si prefigge di eliminare gli incidenti con nocciolo degradato Alto livello di sicurezza e di resistenza alla proliferazione nucleare L’elemento di combustibile ad alto bruciamento permette di far funzionare il reattore per circa 4 anni senza arresti Riduzione del costo di esercizio e di manutenzione Riduzione del volume delle scorie radioattive Progetto IRIS

19 A New Global Vision - Tenuta di San Rossore, 15/16 luglio Le scorie radioattive non presentano problemi che l'attuale tecnologia non possa risolvere. Un impianto nucleare da 1000 MWe produce in un anno una quantità limitata di scorie radioattive (circa 500 t, 200 t e 25 t rispettivamente a bassa, media ed alta attività), contro le 300 ÷ 400 mila tonnellate di ceneri di un impianto equivalente a carbone L'attuale tecnologia permette la trasmutazione delle scorie ad alta attività in media attività attraverso il bruciamento in reattori a spettro veloce o spettro termico ad alto flusso Altre soluzioni sono in fase di avanzata progettazione come il Progetto ADS proposto dal Prof. Rubbia L’Accelerator Driven System (ADS) si basa sull’accoppiamento tra un acceleratore di particelle e un dispositivo sottocritico nucleare Il problema della sistemazione definitiva delle scorie non è di natura tecnologica ma politica Con l’eliminazione delle scorie ad alta attività i depositi attuali verrebbero meglio sfruttati e diminuirebbe la richiesta di realizzare nuovi depositi E‘ necessario che l'opinione pubblica recepisca l'idea che il deposito definitivo delle scorie radioattive non è una discarica nucleare, ma un impianto tecnologico avanzato e come tale va progettato e gestito Bruciamento & Sistemazione Definitiva delle Scorie Radioattive Accelerator Driven System (ADS)

20 A New Global Vision - Tenuta di San Rossore, 15/16 luglio Le opzioni per produrre energia elettrica, nei prossimi 20 anni, saranno probabilmente le stesse di oggi La scienza e lo sviluppo sostenibile non devono avere frontiere ed hanno bisogno di scelte politiche solidali e tempestive: l'energia elettrica da biomasse, ad esempio, potrebbe essere molto interessante per i Pvs se verrà facilitato l’accesso alla moderne tecnologie; ciò eviterà la competizione con la scarsa disponibilità di terreni coltivabili per uso alimentare Non devono essere incentivati sistemi che non siano competitivi, almeno localmente, evitando sussidi e politiche protezionistiche Un nuovo impulso alla conoscenza, allo sviluppo di tutta la tecnologia inclusa la tecnologia nucleare di IV Generazione potrà dare una mano a James Lovelock (EFN, association of Environmentalists For Nuclear Energy) per salvare GAIA © EFN - Environmentalists For Nuclear Energy Considerazioni conclusive


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