LA DINAMICA DELLA SOSTITUZIONE DELLE FONTI ENERGETICHE IN ITALIA MASTER UNIVERSITARIO DI II LIVELLO IN PROGETTAZIONE E GESTIONE DI SISTEMI NUCLEARI AVANZATI LA DINAMICA DELLA SOSTITUZIONE DELLE FONTI ENERGETICHE IN ITALIA “Post-visioni energetiche” Paolo Vestrucci Bologna, 19 gennaio 2009

Fare delle previsioni è necessario, ma… “E’ molto difficile fare una previsione accurata, specialmente sul futuro “ (Niels Bohr) “Poca osservazione e molto ragionamento conducono l’uomo all’errore. Molta osservazione e poco ragionamento conducono l’uomo alla verità” (Alexis Carrel) “Le opinioni non modificano i fatti” (Bruce Marshal)

andamenti del passato, attraverso l’utilizzo OBIETTIVI: - Ricostruire i consumi energetici nazionali dal 1861 al 2000 Formulare ipotesi di scenari futuri, estrapolando dagli andamenti del passato, attraverso l’utilizzo di modelli matematici, delle linee di tendenza per il futuro

LA RICOSTRUZIONE DEI CONSUMI ENERGETICI NAZIONALI DAL 1861 AL 2000 RACCOLTA DATI FONTI: reperimento dei dati annuali relativi ai bilanci energetici da diverse fonti statistiche nazionali: pubblicazioni annuali del MINISTERO DELL’INDUSTRIA, DEL COMMERCIO E DELL’ARTIGIANATO, annuari ISTAT internazionali: pubblicazioni periodiche dell’EUROSTAT e della IEA/OECD

FONTI ENERGETICHE PRIMARIE E SECONDARIE FONTI PRIMARIE FONTI SECONDARIE 1 Legna Mattonelle di lignite …. 2 Scisti Coke di officina e di cokeria 3 Lignite picea e xiloide Gas di officina e di altoforno 4 Carbon fossile Naphta 5 Gas naturale Benzine 6 Petrolio greggio Carboturbo 7 Gasolina naturale Kerosene 8 En. idroelettrica Gasolio 9 En. geotermoelettrica Olio combustibile 10 En. nucleoelettrica GPL 11 En. elettrica eolica Coke di petrolio 12 En. elettrica fotovoltaica En. termoelettrica 13 En. elettrica da biomasse e rifiuti ……………….. En. Idroelettrica da pompaggio ………………………………

DEFINIZIONE DELLE VOCI DI BILANCIO PRODUZIONE IMPORTAZIONE ESPORTAZIONE BUNKERAGGIO

60 SERIE STORICHE COMPLETE CONVERSIONE DEI DATI IN TEP La conversione dell’energie elettrica in TEP è stata realizzata utilizzando, come coef. di conversione, il rendimento medio annuo delle centrali termoelettriche italiane (i dati sono forniti dall’ENEL e dal GRTN). AGGREGAZIONE DELLE FONTI ENERGETICHE IN CLASSI EQUIVALENTI: Legna, Carbone, Petrolio, Gas, En. Idro-geoelettrica, En. nucleoelettrica En. eolica e fotovoltaica, En. da biomasse e rifiuti.

CONSUMO INTERNO APPARENTE CALCOLO DEL CONSUMO INTERNO APPARENTE: CONSUMO INTERNO APPARENTE + + - - PRODUZIONE IMPORT EXPORT BUNKER CALCOLO DELLE FRAZIONI DI MERCATO E DELLE PENETRAZIONI Fi = Ci / CTOT Pi = Fi / (1 - Fi) i = fonte energetica i-esima

Consumo interno apparente (migliaia di TEP)

Consumi pro capite (TEP/persona)

IL MODELLO DI SOSTITUZIONE LOGISTICA DI C. MARCHETTI I MODELLI MATEMATICI sviluppati presso l’International Institute for Applied Systems Analysis (IIASA) IL MODELLO DI SOSTITUZIONE LOGISTICA DI C. MARCHETTI

IL MODELLO DI SOSTITUZIONE DI C. MARCHETTI IPOTESI DI BASE: considerare le ENERGIE PRIMARIE, le ENERGIE SECONDARIE e i SISTEMI DI DISTRIBUZIONE DELL’ENERGIA come DIFFERENTI TECNOLOGIE IN COMPETIZIONE PER IL MERCATO. Partendo da questa ipotesi, sono stati sfruttati i risultati di analisi preesistenti sulla competizione di mercato tra prodotti come MODELLO DI FISHER-PRY, che descrive il PROCESSO DI SOSTITUZIONE TRA DUE TECNOLOGIE. Fisher e Pry utilizzano la FUNZIONE LOGISTICA A DUE PARAMETRI per descrivere il processo di sostituzione binaria: F = 1 / [1 + exp(-α t –β)] P = F/(1-F) = exp(α t +β)

Esempio di applicazione del modello di Fisher-Pry: sostituzione delle locomotive a vapore da parte delle locomotive diesel negli USA F P

Fasi logistiche Fi = 1 / [1 + exp(-αi t –βi)] SE SI HANNO PIU’ DI DUE COMPETITOR  3 FASI DEL CICLO DI VITA DI UNA TECNOLOGIA: Fase logistica 1 - CRESCITA 2 - SATURAZIONE Fase non logistica 3 - DECLINO Fase logistica Ln P Fasi logistiche Fi = 1 / [1 + exp(-αi t –βi)] Fase non logistica Fi = 1 – Σj≠i Fj Fase log. Satur. Fase log.

Prima applicazione del modello a metà degli anni ‘70 Il petrolio era già nella fase di saturazione o nella fase calante in molti paesi industrializzati Il gas naturale avrebbe sostituito il petrolio come fonte energetica in fase di penetrazione crescente Il nucleare aveva avuto una crescita assolutamente anomala rispetto alle altre fonti energetiche

APPLICAZIONE DEL MODELLO AL CASO ITALIANO La capacità del modello di descrivere gli andamenti negli ultimi 140 anni appare molto buona. Questa “robustezza” incoraggia ad azzardare alcune ipotesi di scenari futuri, proiettando al 2050 gli andamenti, manifestati dalle diverse fonti energetiche primarie nel passato.

Penetrazioni di mercato storiche e stimate dal modello

CARATTERISTICHE DEL SISTEMA ENERGETICO ITALIANO 1 - LA COSTANTE DI TEMPO: tempo impiegato da una fonte energetica per passare dall’1% al 50% della frazione di mercato risulta di 50-60 anni FONTE COSTANTE DI TEMPO PERIODO EN. IDRO+GEO 50 ANNI 1895-1945 PETROLIO 54 ANNI 1906-1961 GAS NATURALE 60 ANNI (?) 1949-2010 (?) 2 - IL TASSO DI PENETRAZIONE annuo di ciascuna fonte: abbastanza stabile per un periodo di tempo relativamente lungo FONTE TASSO DI PENETRAZIONE (coef. α della funzione logistica) LEGNA -0,052 CARBONE 0,064 / -0,11 EN. IDRO+GEO 0,049 / -0,08 PETROLIO 0,077 / -0,05 GAS NATURALE 0,053 3 - FRAZIONE DI MERCATO MASSIMA DEL 70-75%

Hp.= Una nuova fonte entra nel mercato energetico nazionale nel 2005, nel 2010 o nel 2020, con un tasso di penetrazione conforme con la costante di tempo del sistema energetico nazionale

Hp.= Una nuova fonte entra nel mercato energetico nazionale nel 2005, nel 2010 o nel 2020, con un tasso di penetrazione spinto

Hp. = l’energia elettrica d’importazione è considerata una fonte primaria, di origine nucleare, in competizione con le sorgenti tradizionali

CONCLUSIONI - Regolarità del sistema energetico italiano - Costante di tempo di 50-60 anni Anomalia nel comportamento del sistema energetico, evidenziata dall’analisi degli scenari futuri assenza di una nuova fonte energetica Al fine di rendere coerente il futuro col passato, si può ipotizzare l’ingresso di una nuova fonte ad un tasso di penetrazione elevato: questa ipotesi presuppone la presenza di una fonte emergente su cui puntare con decisione Ancora oggi non è chiaro quale sarà la nuova fonte entrante: un’ipotesi plausibile è quella di considerare l’energia nucleoelettrica importata come una fonte energetica in competizione con le sorgenti tradizionali  ragionevole necessità della ripresa del nucleare