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1 Introduzione a MarkAl come strumento per la pianificazione energetica su scala locale Giuseppe Muliere Provincia di Pavia – Divisione Ambiente Settore.

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Presentazione sul tema: "1 Introduzione a MarkAl come strumento per la pianificazione energetica su scala locale Giuseppe Muliere Provincia di Pavia – Divisione Ambiente Settore."— Transcript della presentazione:

1 1 Introduzione a MarkAl come strumento per la pianificazione energetica su scala locale Giuseppe Muliere Provincia di Pavia – Divisione Ambiente Settore Risorse Naturali – U.O. Aria&Energia Dipartimento di Ingegneria Elettrica Università degli Studi di Pavia

2 2 Prima parte Introduzione alla pianificazione energetica su scala locale MarkAl come strumento per la pianificazione energetica su scala locale Lesempio della provincia di Pavia Seconda parte Hands-on MarkAl tramite linterfaccia ANSWER: elaborazione di un semplice modello di partenza

3 3 Introduzione alla pianificazione energetica su scala locale Nella seconda metà del 900 forte sviluppo delle società industrializzate Tra il 1950 e il 1970 tasso di crescita medio annuo mondiale dei consumi di combustibili fossili pari al 5% circa. Nella conferenza di Stoccolma del 1972 si afferma che lo sviluppo deve essere compatibile con la salvaguardia delle risorse 1992 conferenza di Rio: - Agenda 21 - UNFCCC Nel 1997 viene elaborato il protocollo di Kyoto entrato poi in vigore nel 2005 Il raggiungimento di obiettivi di sostenibilità ambientale è imprescindibile da una pianificazione delle risorse energetiche

4 4 Capitolo 28 di Agenda 21 Le comunità dei paesi che hanno stipulato laccordo, devono creare linee guida per uno sviluppo sostenibile allinterno della loro area di competenza, chiedendo anche la collaborazione dei propri cittadini (A21L) Introduzione alla pianificazione energetica su scala locale

5 5 Quali informazioni possono essere utili a livello di Amministrazione provinciale Quali informazioni possono essere utili a livello di Amministrazione provinciale? * Verifica delle politiche di derivazione regionale, quale impatto sul territorio? maggiori informazioni per tavolo di confronto e coordinamento * Verifica delle politiche di promozione di certe attività * Quante centrali autorizzare? * Quali sono le tecnologie che risultano vincenti per raggiungere gli obiettivi di Kyoto? * Verifica delle politiche di incentivazione su rinnovabili vs. efficienza energetica? * Qual è il ruolo della biomassa come risorsa energetica del territorio provinciale Introduzione alla pianificazione energetica su scala locale

6 6 Quali strumenti in mano alle province per decidere circa la pianificazione energetica sul proprio territorio? Introduzione alla pianificazione energetica su scala locale Lanalisi di un sistema energetico territoriale può essere affrontata con lausilio, tra gli altri, di due strumenti: il Bilancio Energetico Territoriale il Modello del Sistema Energetico Territoriale Il Bilancio Energetico consente di conoscere quantitativamente la situazione energetica di un determinato territorio evidenziando, a vari livelli di dettaglio, i dati relativi a: – le produzioni di fonti energetiche primarie, – le trasformazioni di energia primaria in energia secondaria, – gli scambi dei vari vettori energetici con gli altri territori, – la domanda di energia richiesta dai dispositivi di uso finale

7 7 Introduzione alla pianificazione energetica su scala locale E quindi uno strumento certamente utile alla pianificazione, con funzioni non solo di verifica ma anche di indirizzo, permettendo di evidenziare linee di tendenza utilizzabili come primo, ancorché limitato, supporto alle scelte del decisore pubblico. Questo insieme di informazioni fornisce una fotografia della situazione energetica del territorio per ogni anno preso in considerazione e consente, sulla base delle serie storiche, di valutare i trend evolutivi del sistema in esame. Il Bilancio Energetico Territoriale

8 8 Introduzione alla pianificazione energetica su scala locale Uno strumento notevolmente più efficace è rappresentato dal Modello del Sistema Energetico nel quale le caratteristiche (tecnologiche, economiche e ambientali) dei vari componenti del sistema (impianti di produzione e trasformazione, infrastrutture, tecnologie di uso finale) i flussi di energia associati sono descritti in forma analitica in modo da consentire lapplicazione di diverse metodologie di analisi, sia statiche sia dinamiche, essenziali per valutare il comportamento del sistema nellambito di scenari evolutivi della domanda, della disponibilità di risorse energetiche e delle tecnologie.

9 9 Introduzione alla pianificazione energetica su scala locale fornisce una struttura ed un linguaggio comune per le discussioni tra gli attori della pianificazione territoriale; favorisce la comunicazione in quanto nuove idee (relative a tecnologie e vettori) e nuove necessità (domande di energia elettrica) possono essere valutate molto velocemente; gestisce facilmente la grande quantità di dati necessari per unanalisi complessa e disaggregata alle varie scale descrittive; é uno strumento interattivo e trasparente nel senso che i metodi di calcolo, i dati dingresso e le ipotesi di base sono palesi ed accessibili da tutti i gruppi coinvolti Il Modello svolge diverse funzioni; ma, in particolare:

10 10 Introduzione alla pianificazione energetica su scala locale Per individuare i meccanismi di evoluzione serve un approccio mediante scenari (variazione delle condizioni al contorno) A partire da: – informazioni tuttavia incomplete sul sistema – ipotesi circa le forze guida del cambiamento e le tendenze in atto – con lanalisi di scenario si possono analizzare sviluppi possibili dello status quo per progettarne cambiamenti e verificarne indirizzi. NON Lobiettivo dellanalisi mediante scenari NON è una predizione di quello che accadrà, ma la possibilità di immaginare configurazioni alternative, date certe condizioni ed entro ragionevoli limiti di probabilità e valutare limpatto di certe azioni/misure. Questo è lobiettivo dellanalisi dei sistemi energetici estesi mediante modelli tecnologici complessi come quelli della famiglia MarkAl. Approccio mediante scenari

11 11 MarkAl come strumento per la pianificazione energetica su scala locale MarkAl è un generatore di modelli bottom-up di equilibrio economico parziale basato sulla programmazione lineare, sviluppato nellambito dellEnergy Technology Systems Analysis Programme (ETSAP) dellInternational Energy Agency (IEA). A partire da un anno assunto come riferimento costruisce le traiettorie energetiche che soddisfano i requisiti della Funzione Obiettivo (costo totale del sistema) e dei vincoli imposti. genera un modello di equilibrio economico parziale del sistema energetico in esame, descrive i diversi processi (tecnologie) e i vettori in termini tecnologici, economici e ambientali, per analizzare levoluzione del sistema nel medio o lungo termine e consentire studi di allocazione ottimale di investimenti oltre che di spese annuali. Infatti, sulla base di criteri definiti dalloperatore, MarkAL:

12 12 MarkAl come strumento per la pianificazione energetica su scala locale Il software crea lassetto di equilibrio economico domanda-offerta del sistema energetico considerato sul lungo periodo(allocazione ottima delle risorse) MarkAl permette una descrizione dettagliata delle tecnologie e dei vettori (bottom up) e il sistema energetico è descritto tramite il RES (Reference Energy System) Fornisce in output: la consistenza dei parchi tecnologici (lampadine alogene, centrali elettriche a ciclo combinato); i flussi dei vettori energetici (consumi di gas naturale negli uffici, produzione di gasolio dalle raffinerie, etc.).

13 13 MarkAl come strumento per la pianificazione energetica su scala locale Curve di domanda e offerta Quantità Prezzo Prezzo di Equilibrio Domanda di Equilibrio demand curve Producer surplus Production costs Consumer surplus

14 14 MarkAl come strumento per la pianificazione energetica su scala locale

15 15 Il sistema modellistico MarkAl è composto da: -una banca dati di migliaia di tecnologie energetiche, organizzate in un reticolo topologico detto Reference Energy System (RES) centinaia di migliaia di equazioni -una struttura matematica composta da un motore (GAMS) e algoritmi in grado di risolvere problemi con centinaia di migliaia di equazioni; - uninterfaccia software di introduzione dati e lettura agevole dei risultati, detta ANSWER. MarkAl come strumento per la pianificazione energetica su scala locale

16 16 RES allanno BASE (2000): ricostruire una fotografia il più verosimile possibile del sistema energetico in esame: Studio del sistema energetico Ricerca dati attendibili Formulazione ipotesi coerenti Modellizzazione del sistema energetico con il software (tecnologie, fabbisogni) Calibrazione: Verificare che il modello costruito sia coerente Analisi senza vincoli ambientali, Economici: scenario BASE Aggiunta vincoli ambientali, Economici, ecc…. Analisi di scenari alternativi allo scenario BASE MarkAl come strumento per la pianificazione energetica su scala locale

17 17 Consumo di energia in provincia di Pavia nel 2000 (fonte: BEP) Dallanalisi del BEP risulta evidente che il settore civile svolge un ruolo di primaria importanza nel sistema energetico provinciale Lesempio della provincia di Pavia

18 18 Consumo di energia in provincia di Pavia nel 2000 (fonte: BEP) il 65% dei consumi del settore civile è rappresentato dal settore termico; l80% di questo è attribuibile al settore termico residenziale. Lesempio della provincia di Pavia

19 kWh = 1.1 TEP = 46 GJ 1 TEP = 1213 Sm3 =1000 kg olio combustibile 1 kWh 0,52 kg CO2 1 Sm3 gas naturale 2,15 kg CO2 1 PJ = 23,9 kTEP Consumi del settore termico per comparto di utilizzo e vettore energetico in provincia di Pavia (2000) Lesempio della provincia di Pavia

20 20 Gas Naturale Gasolio LTH GPL Biomassa Domanda di ACS Pr-PV Domanda di RA Pavia Domanda di RC Pavia Domanda di RA Pr-PV Domanda di RC Pr-Pv Tec. a gas naturale residue Tec. a GPL residue Tec. a GPL nuove Tec. solari nuove Tec. a Biomassa residue Tec. a Biomassa nuove Tec. elettriche residue Tec. a gasolio nuove Tec. a gasolio residue Tec. a gas naturale nuove Tec. a LTH Tec. elettriche nuove C.Cogen Usi ELE residenziali En Elettrica Domanda di ACS Pavia Energia Solare IN (Pj) OUT (Pj) OUT (kW, …) IN (, /kW…) IN ()

21 Calcolo dei rendimenti reali medi stagionali delle diverse tecnologie di domanda (database visite ispettive provinciali) 4 - Calcolo del fabbisogno di Acqua Calda Sanitaria per ogni tipologia di tecnologia: 1 - Recupero dei consumi di combustibile per il settore (BEP) 2 - Ipotesi sulla distribuzione dei consumi per tecnologia di domanda (database visite ispettive provinciali) Lesempio della provincia di Pavia

22 Divisione del parco edilizio in 24 tipologie a seconda: Caratteristiche pareti verticali esterne Tipologia di superficie vetrata 2 - Calcolo del fabbisogno unitario per ogni tipologia costruttiva attraverso un modello di calcolo in Excel basato su: Valori delle trasmittanze termiche per tipologia di parete (Comitato Termotecnico Italiano) Norma UNI 7357 (Calcolo del fabbisogno termico) elaborazione dati ISTAT periodo costruzione edifici in provincia Calcolo del fabbisogno di riscaldamento: Lesempio della provincia di Pavia

23 23 Lesempio della provincia di Pavia 76% 17% 7% 3 - Ogni tipologie costruttive risultanti, grazie al fabbisogno unitario calcolato, è stata attribuita alla specifica classe energetica: 7,35 PJ

24 24

25 25 Lesempio della provincia di Pavia Scenario TENDENZIALE: Andamento della domanda nel caso in cui non fossero intervenute leggi in materia di risparmio energetico Andamento attuale della domanda grazie al recepimento della legge 311 che impone la costruzioni di edifici almeno in Classe C Scenario CLASSE A: Andamento ipotizzabile della domanda nel caso in cui i decisori politici spingessero verso la costruzione di edifici altamente efficienti (in classe A) Ristrutturato: un solo passaggio di classe Nuovi edifici: stesse classi dellanno base Ristrutturato: 80% C, 15% B, 5% A Nuovi edifici: 75% C, 15% B, 10% A Ristrutturato: 80% C, 15% B, 5% A Nuovi edifici: 10% C, 20% B, 70% A Scenario 311:

26 26 Lesempio della provincia di Pavia 7,35 PJ 8,79 PJ 6,67 PJ 6,27 PJ Andamento della domanda nei tre scenari:

27 27 Lesempio della provincia di Pavia 26,06 PJ 19,07 PJ 17,78 PJ Andamento dei consumi:

28 28 Lesempio della provincia di Pavia Andamento delle emissioni di CO 2 : Obiettivo Kyoto al 2012: 697 kt

29 29 Lesempio della provincia di Pavia Andamento del costo totale del sistema:

30 30 Lesempio della provincia di Pavia Andamento della potenza installata per tecnologia:

31 31 Lesempio della provincia di Pavia Analisi di sussidi economici per consentire la penetrazione nel mercato delle tecnologie solari e a Biomassa: Contributo del 3% sul costo della caldaia a biomassa Penetrazione minima della tecnologia a biomassa, gli impianti solari rimangono sui valori dello scenario 311 Contributo del 6% sul costo della caldaia a Biomassa Contributo del 20% sul costo degli impianti solari Livello di penetrazione delle tecnologie tale da consentire di avere entro il 2020 il 20% dei consumi totali da fonti rinnovabili (Nota Consiglio Europeo Marzo 2007)

32 32 Lesempio della provincia di Pavia Obiettivo EU: 20% dei consumi da fonti rinnovabili 12% consumi tot 20% consumi tot

33 33 Lesempio della provincia di Pavia Limpegno dellistituzione pubblica nel raggiungimento di determinati obiettivi (Public Commitment) è fondamentale per linserimento di alcune tecnologie nel mercato Dallanalisi degli scenari si valuta che si possa intervenire attraverso: Sgravi fiscali sul costo dinvestimento delle tecnologie più costose ma da fonte rinnovabile Sensibilizzazione del consumatore ai temi del risparmio energetico Divulgazione e forte informazione in merito ai benefici economici e ambientali derivanti dallacquisto di case altamente efficienti


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