intervento introduttivo della giornata Ennio Macchi Dipartimento di Energia - Politecnico di Milano

Premessa Non sono temi nuovi: da sempre si trasporta l’energia e la si accumula, generalmente in modo smart uno spettro molto ampio e diversificato di applicazioni e di tecnologie (logica conseguenza del tema scelto): Fonti energetiche (fossili e rinnovabili) Vettori energetici (“puliti” e non) Gas clima-alteranti Utilizzi (civili, terziari, industriali, mobilità) Trasporto (grandi distanze e quantità) e distribuzione (capillare, piccole distanze) Stoccaggio (annuale, stagionale, giornaliero, minuti, secondi, ma anche > 1000 anni, per CCS) di ogni dimensione Impossibile fare una sintesi in 20 minuti, la giornata si preannuncia varia e interessante, con scenari e idee che sembrano prospettare una futura rivoluzione tecnologica

Ruolo prevalente dei combustibili fossili : ≈ 85% Perché non parlo solo di rinnovabili: I consumi di energia italiani ripartiti per fonte Ruolo prevalente dei combustibili fossili : ≈ 85% Fonte prevalente: petrolio: 41% Ruolo marginale del carbone: 7.4% Rinnovabili: ≈ 10%, in crescita (… se piove) Importazione significativa di energia elettrica: ≈ 5%

Perché non parlo di rinnovabili: Previsioni IEA per il futuro (scenario “di riferimento”) Differenze rispetto all’Italia: > carbone presenza nucleare < gas

Non sono temi nuovi: da sempre si trasporta l’energia e la si accumula Le fonti energetiche di gran lunga più importanti, quelle su cui si è basato (e continuerà a basarsi, per molti decenni) lo sviluppo dell’umanità, i combustibili fossili, sono “facili” da trasportare e accumulare: vero per solidi e liquidi, un po’ meno vero per il gas naturale Ricordo solo: tre acronimi fondamentali per la valorizzazione dei giacimenti quando non è attraente la soluzione gasdotto (LNG, CNG, GTL) La difficoltà del GN a competere con i derivati del petrolio nel settore della mobilità, nonostante gli indubbi vantaggi l’importanza strategica degli accumuli di GN (il diagramma di consumo “a vasca di bagno”)

Dal sito STOGIT

Non sono temi nuovi: da sempre si trasporta l’energia e la si accumula La fonte rinnovabile più importante (l’idroelettrica) si presta ad essere accumulata, ma non si trasporta (purtroppo, questo comporta formidabili sprechi: progetto INGA...). Non solo per accumuli “naturali (della fonte idrica)”, ma del vettore energia elettrica, con sistemi di pompaggio-turbinaggio

terzo mercoledì del mese di dicembre (TERNA) esempio di uso smart dell’accumulo idro

CAES: un possibile concorrente ai sistemi di pompaggio

L’elettricità e il calore prodotto da biomassa sono pregiati, perché è energia “dispacciabile” La seconda fonte rinnovabile per importanza (biomassa) si trasporta e si accumula, meno facilmente dei combustibili fossili (e non sempre è razionale farlo, meglio utilizzarle in loco, filiera corta), può essere convertita in vettori energetici (elettricità, calore, biocombustibili)

Diversamente dai combustibili fossili, dalle biomasse, dall’energia idroelettrica, dall’energia geotermica… Le altre fonti rinnovabili importanti (eolico, solare) non possono essere né trasportate, né accumulate direttamente. E’ possibile trasportarle e accumularle tramite vettori energetici (elettricità, fluidi termovettori, combustibili sintetici) Ad oggi, il ruolo fondamentale nell’accumulo e nel trasporto dell’energia elettrica prodotta da sole e vento è svolto dalla rete elettrica e dalle centrali “dispacciabili”. Come noto, non solo l’elettricità prodotta da sole e vento non viene penalizzata economicamente per questa necessità di “aiuto”, ma gode anzi di tariffe fort(issimament)e incentivate Da questo punto di vista, l’utilizzo di sistemi termici e termodinamici presenta importanti vantaggi rispetto ai sistemi fotovoltaici, perché è molto più facile accumulare calore rispetto all’energia elettrica

Accumulo termico ad alta temperatura (impianto Archimede)

Perché sono oggi e soprattutto saranno in futuro così importanti il trasporto e l’accumulo dell’energia? Per il ruolo sempre crescente delle fonti rinnovabili non programmabili (sole e vento) (quando il loro contributo cresce percentualmente …tutto diventa più difficile) Per il possibile graduale passaggio verso la DG (Distributed Generation) (rinnovabili e non) Perché con l’avvento dei mercati elettrici competitivi, l’energia elettrica ha un valore molto variabile nel tempo, conviene accumulare l’elettricità quando vale poco e cederla quando vale molto Perché l’uso razionale degli accumuli può consentire importanti risparmi energetici (in particolare nella climatizzazione) IN SINTESI: PERCHE’ L’UNICA VERA RISPOSTA A LUNGO TERMINE ALL’AUMENTO DI CONCENTRAZIONE DI CO2 SONO I SISTEMI A EMISSIONE (QUASI) NULLA

Un possibile scenario futuro: la generazione distribuita Micro-tri-cogenerazione da GN (idrogeno) + fonti rinnovabili DISTRIBUITA Many different types of DR, each appropriate for different applications Squares are dist gen, curved corners indicate storage

Un prototipo da 30 kWel installato nel nuovo laboratorio MCG del Dipartimento di Energia del Politecnico di Milano

Un possibile scenario futuro: autovetture “ZEV” per la “mobilità sostenibile “? Se le auto elettriche avessero una diffusione significativa, aumenterebbe la domanda elettrica Se le auto a idrogeno avessero una diffusione significativa, servirebbe un’infrastruttura dell’idrogeno In Italia il consumo di prodotti petroliferi per la mobilità è enorme (la potenza media, su 8760 ore/anno) 55.000 MW

Le fonti rinnovabili non si trasportano (l’elettricità sì) e sono più economiche in siti lontani dall’utenza

EGS = Enhanced/Engineered Geothermal Systems

CCS: Gli accumuli futuri di più grande capacità? Sleipner A Sleipner T 500m CO 2 Injection W ell 1000m CO Utsir a 2 F or mation 1500m Sleipner Øst Production and Injection W ells 2000m 500m 1000m 1500m 2500m Heimdal Formation Soltanto l’acquifero salino Utsira, sotto al Mare del Nord può ospitare 600 miliardi di tonn. CO2: tutte le emissioni del Nord Europa di 300 anni di produzione di energia elettrica (da IEA, www.ieagreen.org.uk) 19

Grazie dell’attenzione e buon lavoro

Le otto domande. nel 2020, in Italia, vedremo: …. cantieri operativi nella realizzazione di centrali elettronucleari? …. moderne centrali a carbone “pulito” (oltre a Torvaldaliga ) e carbone “sostenibile” (con CCS)? …. una significativa quota di energia elettrica importata da impianti solari termodinamici nei deserti africani? …..qualche (quale?) tecnologia da fonte rinnovabile raggiungere la competitività economica e non richiedere quindi incentivi? … il rendimento medio annuo delle centrali a ciclo combinato raggiungere il 60%? …..un’applicazione diffusa delle celle a combustibile? ….centinaia di migliaia di microcogeneratori operativi nelle cucine italiane? …..un impatto significativo sul settore elettrico delle nuove tecnologie per la “mobilità sostenibile “?