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Fonti e tecnologie energetiche, oggi e domani Ennio Macchi Dipartimento di Energia - Politecnico di Milano Congresso ATI 2009.

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Presentazione sul tema: "Fonti e tecnologie energetiche, oggi e domani Ennio Macchi Dipartimento di Energia - Politecnico di Milano Congresso ATI 2009."— Transcript della presentazione:

1 Fonti e tecnologie energetiche, oggi e domani Ennio Macchi Dipartimento di Energia - Politecnico di Milano Congresso ATI 2009

2 Ennio Macchi 2 Premesse Sono convinto che le preoccupazioni relative allaumento di concentrazione della CO 2 siano giustificate Sono convinto che chi opererà nel settore energetico nei prossimi decenni dovrà convivere con la realtà di un mondo carbon constrained E evidente che servono misure politiche che modifichino drasticamente lo scenario business as usual: Lelettricità generata da centrali zero (o quasi) emission sarà sempre più costosa di quella prodotta in centrali convenzionali Le vetture zero emission saranno molto più costose rispetto alle vetture convenzionali I carburanti a bassa o nulla emissione di CO 2 saranno più costosi dei derivati petroliferi Ecc.

3 Ennio Macchi 3 Premesse (2) Il mio intervento sarà concentrato sul settore elettrico, perché è quello che conosco meglio e perché ha un ruolo fondamentale (e crescente) nel quadro delle emissioni complessive Non parlerò di misure di risparmio energetico negli usi finali,quali: Motori elettrici efficienti Lampade a basso consumo Elettrodomestici classe A+ Regolazione intelligente (inverter, ecc.) Climatizzazione Pompe di calore geotermiche Ecc. Sono le più razionali, le prime (e le più facili)da intraprendere, ma… Non devono essere un alibi per non agire anche su gli altri fronti, da sole certamente non bastano

4 Ennio Macchi 4 Una rivoluzione tecnologica nel settore elettrico italiano è avvenuta Per il gas naturale: grandi progressi, siamo prossimi allasintoto (già raggiunto per i cicli combinati) Per il carbone: grandi margini di miglioramento!

5 Ennio Macchi

6

7 ANALISI ENTROPICA Tutte le perdite sono di piccola entità, tranne le perdite di combustione Unica possibilità di fare un grande salto di qualità: Sostituire la combustione con altri processi di ossidazione

8 Ennio Macchi 8 Benefici del passaggio a metano: significativi, ma non risolutivi LItalia è la più virtuosa al mondo (riferimento termoelettrico) Fa meglio della Germania (riferimento termoelettrico e totale) Fa enormemente peggio di Francia e Svezia Confronto delle emissioni specifiche medie nella generazione elettrica (dati 2006)

9 Ennio Macchi 9 LItalia nel confronto internazionale – Prezzo dellenergia elettrica per uso industriale Prezzo dellenergia elettrica per uso industriale, 1 gennaio 2007 (Euro per 100 KWh, tasse escluse) Fonte: rielaborazione The European House - Ambrosetti su dati Eurostat, 2007

10 Ennio Macchi 10 LItalia nel confronto internazionale – Prezzo dellenergia elettrica per uso domestico Prezzo dellenergia elettrica per uso domestico, 1 gennaio 2007 (Euro per 100 KWh, tasse escluse) Fonte: rielaborazione The European House - Ambrosetti su dati Eurostat, 2007

11 Ennio Macchi 11 Percentuale di energia elettrica prodotta dalla somma delle centrali a carbone ed elettronucleari rispetto alla produzione complessiva E evidente lanomalia italiana

12 Ennio Macchi 12 Conclusioni (riferite allItalia) E illusorio sperare di abbattere in misura significativa le emissioni agendo sulle tecnologie di conversione termoelettrica e sul mix di combustibili fossili, ciò non toglie che è necessario migliorare le prestazioni delle centrale a carbone (da 34% si può arrivare a 45%) Accentuare la già anomala dipendenza dal GN sembra autolesionistico

13 Ennio Macchi 13 Quale fonte per lenergia del futuro? Saranno certamente molte, classificabili in tre diverse tipologie: Nucleare da fissione Fossili (ma con il sequestro della CO 2 ) Rinnovabili Non sono in concorrenza, la sfida è tanto difficile che servono tutte! Al momento, le prospettive non sono molto brillanti per nessuna delle tre soluzioni

14 Ennio Macchi 14 Ci sarà il rinascimento nucleare? Allo stato attuale delle conoscenze, non cè dubbio: Se si penalizzano le centrali a combustibile fossile con una carbon tax ragionevole, le centrali nucleari sono la soluzione economicamente più competitiva Mentre le tecnologie concorrenti zero emission (rinnovabili, CCS) hanno ampi margini di miglioramento, levoluzione dei costi dellenergia nucleare è incerto In Italia (e in molti altri Paesi), non è facile ipotizzare un futuro per lenergia nucleare

15 Ennio Macchi 15 Peso dellenergia nucleare nei vari paesi del mondo (% rispetto alla produzione totale)

16 Ennio Macchi 16 Il programma francese

17 Ennio Macchi Perché lItalia ha bisogno di energia nucleare (i) Perché dobbiamo diversificare lattuale mix energetico con soluzioni che non aggravino ulteriormente i costi medi di produzione Le uniche due soluzioni (nucleare e carbone) realistiche per raggiungere questi obiettivi vanno perseguite entrambe, ma incontrano – per svariati motivi - formidabili difficoltà nel nostro Paese Almeno una delle due soluzioni dovrebbe vedere realizzazioni in tempi certi 17

18 Ennio Macchi Perché lItalia ha bisogno di energia nucleare (ii) Perché lenergia nucleare è energia pulita e dobbiamo rispettare gli accordi internazionali di riduzione delle emissioni: risparmio/efficienza energetica e rinnovabili da soli non bastano Il trend di crescita della produzione di energia elettrica netta da fonti rinnovabili non consente troppe illusioni 18

19 Ennio Macchi 19 La produzione di energia elettrica in Italia da fonti rinnovabili (escluso idroelettrico) Produzione lorda totale (2006) 314 TWh Consumo lordo di e.e. (2006) 359 TWh Nel 2008 eolico 6,437 TWh, PV 0,200 TWh

20 Ennio Macchi 20 Il valzer delle generazioni: conviene aspettare la quarta???

21 Ennio Macchi Perché lItalia ha bisogno di energia nucleare (iii) Perché lasciar passare 20/30 anni in attesa di una fantomatica quarta generazione non ha senso: sarebbe unattesa troppo lunga, perché aspettare? I temi della sicurezza, delle scorie, ecc. sono importanti, ma.. I reattori che potremmo ordinare a breve termine non sono certamente peggiori da questi punti di vista (sicurezza, scorie) rispetto ai reattori che operano in ogni altra nazione civile. Perché dobbiamo essere lunico Paese che rinuncia alla produzione di energia da nucleare? 21

22 Ennio Macchi 22 Perché lItalia ha bisogno di elettricità da fonti rinnovabili? Perché è un trend virtuoso, perseguito in tutto il mondo Perché hanno potenziali di sviluppo enormi, soprattutto lenergia solare Perché ci siamo impegnati a livello internazionale Perché oggi sono sostenibili solo con forti(ssimi) incentivi, ma la speranza è che possano nel lungo termine divenire competitive

23 Ennio Macchi 23 Qual prospettive per le rinnovabili? I maggiori contributi verranno: da eolico biomasse (per avere rendimenti elevati, o utilizzo cogenerativo o co-combustione) LItalia non è il Paese più favorito (per entrambi) Servono nuove idee…

24 Ennio Macchi Gli incrementi percentuali fanno riflettere…. 24

25 Ennio Macchi 25 Gli unici aumenti significativi: eolico e biomassa (ritmo di crescita complessivo: 40 TWh/anno) Fonte:

26 Ennio Macchi 26 Dopo questo impianto, una pausa di 20 anni

27 Ennio Macchi 27 Novità recente: un impianto solare termodinamico in Nevada da 64 MW Costo = 250 M$

28 Ennio Macchi Ci sono enormi spazi per migliorare le prestazioni 28 LA SFIDA E NELLABBATTIMENTO DEI COSTI UTILIZZANDO UN MILLESIMO DELLA SUPERFICIE NORDAFRICANA SI PRODUCE TUTTA LELETTRICITÀ CHE SERVE AL MONDO

29 Ennio Macchi

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31 EGS = Enhanced/Engineered Geothermal Systems

32 Ennio Macchi

33

34 34 ESISTE UNA SOLUZIONE A LUNGO TERMINE PER AZZERARE (O COMUNQUE RIDURRE DRASTICAMENTE) LE EMISSIONI DI CO2 Il sequestro e il confinamento geologico della CO 2 : Nel mondo si cominciano a fare esperienze su larga scala E un errore costruire oggi centrali a carbone che non sequestrano la CO 2 ? Lo fanno tutte le utilities del mondo …… E possibile pensare a una trasformazione successiva delle centrali che introduca il sequestro della CO 2 La soluzione può essere applicata a centrali capture ready, ma, nellattuale contesto normativo è fortemente penalizzante in termini economici

35 Ennio Macchi 35 CENTRALI ZERO EMISSIONS (con sequestro di CO2) Impianti alimentati mediante combustibili fossili che co-producono elettricità e/o idrogeno (eventualmente anche calore) e, invece di rilasciare la CO 2 generata in atmosfera, la rendono disponibile come flusso a sé stante, pronto per lo stoccaggio di lungo periodo. idrogeno elettricità calore CARBONE IDROCARBURI RIFIUTI CO 2 Aria umida tiepida

36 Ennio Macchi 36 I sistemi di confinamento

37 Ennio Macchi 37 Sleipner A Sleipner T Utsira Formation Heimdal Formation Sleipner Øst Production and InjectionWells CO 2 2 InjectionWell 1000 m 2000 m 2500 m m 1500 m 1000 m m 1500 m Soltanto lacquifero salino Utsira, sotto al Mare del Nord può ospitare 600 miliardi di tonn. CO2 600 miliardi di tonn. CO2: tutte le emissioni del Nord Europa di 300 anni di produzione di energia elettrica (da IEA, Le grandi potenzialità degli acquiferi salini

38 Ennio Macchi 38 SITI DI INIEZIONE di CO 2 in Italia Costa adriatica e Fossa Bradanica Pianura Padana e offshore adriatico settentrionale Alcune strutture offshore Alto Lazio Sardegna: in carbone profondo Sulcis (ECBM) INGV & partners studiano come potenziali siti soprattutto:

39 Ennio Macchi 39 Le probabilità di fuga ….

40 Ennio Macchi 40 Con le tecnologie attuali, il costo dellenergia cresce di circa il 50%

41 Ennio Macchi Idrogeno liquido da carbone pulito 41

42 Ennio Macchi 42 Micro-tri-cogenerazione da GN (idrogeno) + fonti rinnovabili DISTRIBUITA Prospettiva interessante:la generazione distribuita (GD)

43 Ennio Macchi 43 Le tecnologie di oggi e di domani (combustibili fossili) MICRO MINI

44 Ennio Macchi 44 PERCHÉ TANTO ENTUSIASMO (almeno da parte mia..) PER LA MICROCOGENERAZIONE A GAS NATURALE? Perché, se ben applicata, è imbattibile in termini di risparmio energetico E facile, senza grandi sforzi tecnologici, fare molto meglio dei migliori impianti per sola generazione di energia elettrica (guadagnare un punto di rendimento con impianti convenzionali è unimpresa, guadagnarne quaranta con la microcogenerazione è facile) Perché i risparmi energetici corrispondono a importanti benefici ambientali in termini planetari sempre (minori emissioni di gas serra) in termini locali, se la tecnologia è allaltezza Perché forse è giunto il momento in cui è lecito sperare che si abbattano le barriere (normative, tecniche, tariffarie, psicologiche…) che ne hanno sempre ostacolato la diffusione Diversamente dalle fonti rinnovabili, non servono incentivazioni che vanno a penalizzare la bolletta dei contribuenti

45 Ennio Macchi 45 GRANDI RISPARMI, SENZA MIRACOLI TECNOLOGICI ! BASTA UNA MACCHINA CON UN RENDIMENTO DEL 32% PER RISPARMIARE IL 18.3% SE VOLESSI OTTENERE LO STESSO RISPARMIO CON UN CICLO COMBINATO PER SOLA GENERAZIONE ELETTRICA, DOVREI AVERE UN RENDIMENTO MEDIO ANNUO > 64%

46 Ennio Macchi 46

47 Ennio Macchi CICLI IBRIDI (FUEL CELL + TG) RENDIMENTI oltre il 70%

48 Ennio Macchi 48 Dai grandi impianti ai micro-impianti… Non cè solo la grande cogenerazione industriale LItalia è piena di PMI Terziario Residenziale

49 Ennio Macchi 49 Ci piacerebbe che, fra dieci anni, migliaia (milioni?) di cucine italiane si presentassero così…. Fra gli elettrodomestici, anche un microcogeneratore inserito nella cucina motore Stirling (o altra tecnologia) Il motore sostituisce/integra la caldaietta domestica nella generazione di calore (ogni anno, in Italia se ne vendono più di un milione) e contemporaneamente cogenera energia elettrica, interfacciandosi sulla rete BT, con cui scambia energia elettrica in modo intelligente, esportandola nei periodi in cui è pregiata, importandola quando è poco pregiata

50 Ennio Macchi 50 PEFC Stack Air compressor Reformer Hydroge n Ai r Compressed Air Inverter City Gas DC Power AC Power Heat Heat Exchanger Hot Water Hot Water Hot Water Tank Back-up Burner PEFC System Structure

51 Ennio Macchi 51 IHI SanyoEbara/BallardNippon Oil Toshiba/IFC ToyotaNuveraMatsushitaMHI PEFC La soluzione più La soluzione più attraente ( a lungo termine..)

52 Ennio Macchi 52 BUON LAVORO A TUTTI I PRESENTI!


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