Appunti Economia dell'energia e gestione dei beni ambientali, Prof.ssa Pia Saraceno, libro consigliato "Economia dell'energia", Pippo Ranci

Economia dell’energia. Prof. Pia Saraceno

Il settore dell’energia comprende quella filiera produttiva attraverso la quale le forme di energia esistenti in

natura raggiungono la domanda per soddisfarla. I consumi primari sono l’input (MP) trovato in natura; i

consumi finali sono le quantità di energia utilizzabili dopo la trasformazione.

L’energia è un settore produttivo (trasformazione di energia primaria in energia per uso finale), è un bene

finale di consumo (sempre più richiesto al crescere del benessere, la mancanza di energia impedisce di

trasformare una attività di sopravvivenza in attività produttiva), è un fattore produttivo nell’industria, non

tutte le fonti sono uguali (lo sviluppo delle civiltà è stato accompagnato via via da un uso più diversificato

delle fonti, le forme sono divenute sempre più concentrate e versatili. L’accesso all’energia moderna ha

effetti cumulativi sullo sviluppo perché apre altre possibilità di sviluppo personale professionale e consente

uso di tecniche produttive sempre più efficienti. La definizione di energia moderna evoca le condizioni

necessarie per non generare nel suo uso/ produzione esternalità negative.

Lo sviluppo economico è stato accompagnato da un enorme aumento della quantità di energia consumata.

I balzi in termini di consumo di energia: introduzione delle macchine, motore a vapore, utilizzazione dei

derivati del petrolio e del motore a scoppio, diffusione dell’energia elettrica.

Lo sviluppo economico però, con il progresso tecnico che lo accompagna e lo spinge, mostra due tendenze

simultanee ed opposte nel consumo di energia: una tendenza all’aumento e una alla diminuzione.

Il consumo di energia aumenta perché l’impiego dell’energia commerciale sostituisce inizialmente l’energia

umana e animale nella mobilità e nella produzione di beni e servizi. Il consumo di energia aumenta anche a

fronte della frammentazione della produzione in fasi a elevata specializzazione.

A questo aumento del consumo si accompagna un uso più accorto, diminuisce l’intensità energetica del

prodotto ovvero il consumo di energia per unità di prodotto. Solitamente infatti lo sviluppo economico

porta con sé una riduzione dell’intensità energetica, a parte in casi di industrializzazione rapida e forzata.

Sicuramente l’introduzione di tecnologie dell’informazione ha costituito un nuovo modo per risparmiare

energia.

Tecnicamente, il consumo di energia scende allo scendere del PIL. Disaccoppiando questi due fenomeni, la

speranza è che la crescita percentuale del Pil non superi mai la diminuzione percentuale dell’intensità

energetica.

Dove troviamo energia in natura?

- Il sole che manda sulla terra una quantità di energia 20 mila volte quella consumata. È il sole stesso

ad aver generato l’energia conservata nel legno, nei giacimenti di carbone, petrolio e gas. La

tecnologia per ottenere energia dal sole era già presente diversi anni fa

- Forza della natura: acqua, aria, maree, geotermia

- Trasformazione della materia: Nucleare e reazioni chimiche delle particelle (Led)

Una classificazione consueta è quella di distinguere l’energia rinnovabile da quella non rinnovabile. Se sono

conservate (fossili, nucleare) non sono rinnovabili, mentre sono rinnovabili altre fonti come anche il legno.

Fonti primarie di energia destinata direttamente agli usi finali o trasformata in energia secondaria

(elettricità generata da centrali termiche).

L’energia moderna, l’elettricità, è la forma più flessibile e concentrata di energia che arriva al consumo

finale. Mentre l’energia elettrica può essere trasformata in energia termica (calore), l’energia termica non è

trasformabile in un rapporto 1 a 1 in energia. Quindi quando trasformo energia termica in energia elettrica

ho tante perdite.

La trasformazione della maggior parte delle fonti non rinnovabili di energia primaria in energia elettrica

richiede processi di combustione che hanno una dispersione più alta quindi un’efficienza più bassa intorno

al 37-40%.

Ad esempio, per trasformare gas naturale in energia elettrica, l’efficienza energetica è del 50%.

Il rendimento nell’uso delle fonti rinnovabili dipende dal tempo di utilizzo e dalla tecnologia a disposizione.

Quando il pannello fotovoltaico funziona, la sua efficienza è 100%, ma il sole non è sempre presente.

Grafico: dimensione palline dipende da popolazione (più

gente c’è più consumi ci sono), sviluppo del paese e dal mix

che ogni paese sceglie di avere come fonte primaria di

energia. L’81% dei consumi primari continua ad essere dato

da fonti fossili non riproducibili che utilizzano energia

accumulata nei secoli. Nessun cambiamento rispetto a 15

anni fa.

Carbone: Cina ha importanza rilevante come fonte.

L’olio viene ancora utilizzato molto in USA.

Nucleare: dipende dalle scelte dei singoli paesi. Viene usato

solo per produrre energia elettrica. Ha un tempo di ammortamento molto più lungo quindi richiede una

decisione politica di lungo termine. Oggi il Nucleare è una fonte sulla quale molti paesi hanno un piano di

rinuncia come la Germania.

Gas: meno importante del carbone e dell’olio. In Italia, 1/3 viene usato per i consumi domestici, 1/3 per

industria e 1/3 per produzione di energia elettrica. Oggi il mondo consuma l’82% di fonti primarie,

ricavate da fonti fossili e il 18% da fonti non fossili.

In 35 anni la struttura del mix non è cambiato

molto, l’aumento della domanda da parte dei paesi

per la crescita di benessere e reddito, è stata

soddisfatta prevalentemente da fonti fossili.

Il carbone viene utilizzato per la maggior parte nella produzione di energia e per il resto nelle industrie.

L’olio va tutto trasformato in modo sostanziale.

Il nucleare e le fonti rinnovabili vanno in parte alla generazione di energia elettrica, ma anche all’utilizzo

diretto per il riscaldamento. L’utilizzo della biomassa (legna e altri vegetali combustibili) per il

riscaldamento si riscontra molto nei PVS.

Come si misura l’energia?

Le fonti hanno contenuto calorico diverso, pesi diversi e volumi diversi, si trovano sopra o sotto la terra. Si

confrontano in termine di potere calorifico. La misura dell’energia fa sempre riferimento al tempo.

Secondo la fisica si usano i Joule e le calorie (quanto calore contiene). Il joule è una convenzione derivante

da un esperimento per capire quanta energia meccanica fosse necessaria per innalzare la temperatura di

un grammo di acqua di un grado. 1 cal=4.184 Joule. Un gigajoule (1 miliardo di Joule) corrisponde a 239

kcal.

Il potere calorifico deve tenere in considerazione il fatto che ci sono tipi di petrolio, carbone e gas con

contenuto calorifico diversi. Per questo motivo ci si basa di solito su convenzioni legate al contenuto

energetico.

Nel tempo ciascuna fonte ha trovato misure diverse: peso, volume, barile.

Il contenuto energetico anche per forme uguali non è sempre lo stesso. Troviamo soprattutto per le fonti

fossili le dizioni: basso/alto contenuto calorifico.

Un barile di petrolio contiene per esempio 5,7 gigajoule.

C’è una forma di energia che misuriamo non in relazione al volume o alla capacità o al peso, ma

direttamente in unità di energia: l’energia elettrica.

La misura per l’energia elettrica è il chilowattora ovvero l’energia fornita da un generatore di capacità pari

ad 1 Kw in un’ora o assorbita in un’ora da un punto di consumo di capacità pari a 1Kw. Si misura in Kw la

potenza e in Kwh l’energia.

Siccome l’energia è un flusso, le quantità di energia devono sempre fare riferimento ad un tempo di utilizzo

(ora, secondo, giorno, anno). Mentre invece il concetto di stock (potenza) esprime la produzione possibile

in un arco temporale dalla tecnologia utilizzata per trasformare le diverse forme di energia.

Le misure dell’energia hanno sempre bisogno di far riferimento ad una unità di tempo.

Il WATT è la misura che contiene una unità di tempo. Il Watt è la misura dell’energia in una unità di tempo.

Un watt è 1j al secondo e quindi un KW è 1000j al secondo.

Le equivalenze: il Tep rappresenta la quantità di calore ottenibile da una tonnellata di petrolio. In pratica,

se misuriamo in Tep il carbone significa che stiamo prendendo in considerazione quella quantità di carbone

che può produrre tanto calore quanto una tonnellata di petrolio. Una tonnellata di petrolio contiene 10

milioni di kcal. Una tonnellata di carbone contiene invece 7 milioni di Kcal. I combustibili vegetali

contengono invece 2,5 milioni di Kcal per ogni tonnellata di materia.

Il Bilancio Energetico Nazionale

Prima specifichiamo due cose: L'energia è in generale la capacità di compiere lavoro che un corpo o un

sistema possiede in conseguenza del suo stato, o che può cedere o acquistare al variare di questo. Si parla

di energia primaria riferendosi alla disponibilità energetica offerta da fonti energetiche primarie quali il

sole, il vento, le maree, i combustibili chimici. L'energia primaria non è immediatamente disponibile, ma

deve essere trasformata prima di poter essere utilizzata. Ad esempio, il petrolio viene trasformato in

benzina prima di essere utilizzato, oppure l'energia solare viene trasformata in energia elettrica dai pannelli

fotovoltaici per il suo utilizzo. Se la trasformazione è avvenuta, si parla di energia secondaria. Se l'energia

resa disponibile dalla fonte primaria, oltre che essere stata trasformata, è stata trasportata presso l'utenza

finale, si parla di energia finale. Il processo di utilizzo dell'energia finale non essendo ideale, comporta delle

perdite di energia, tali per cui l'energia utile resa disponibile al sistema di nostro interesse è inferiore di

quella finale. Quest'ultima energia è chiamata energia utile.

Il Ministero dello Sviluppo Economico pubblica annualmente il Bilancio Energetico Nazionale (BEN) del

nostro Paese. Questo ci dà l’opportunità di analizzare i dati sulla domanda di energia in Italia,

soffermandoci in particolare sullo scenario energetico che ha caratterizzato gli ultimi anni. Il Bilancio

Energetico Nazionale consiste in una raccolta di informazioni su come viene prodotta l’energia e su come

viene utilizzata in un Paese nell’arco di un anno. Come tutti i bilanci, anche il bilancio energetico raccoglie

informazioni sulle entrate e sulle uscite, in questo caso di energia. L’energia messa a disposizione da

petrolio, carbone, gas naturale, rinnovabili e le altre fonti del BEN, viene espressa con la stessa unità di

misura – la tonnellata equivalente di petrolio (tep) – che rappresenta la quantità di energia rilasciata dalla

combustione di una tonnellata di petrolio grezzo. La principale informazione contenuta nel BEN è la

disponibilità di energia totale di un paese in un anno, chiamata anche consumo primario di energia o di

fonti primarie. Questi dati indicano quanta energia ha a disposizione un Paese per essere consumata

direttamente (ad esempio l’energia elettrica importata o prodotta dalle centrali idroelettriche), o per

essere trasformata in prodotti derivati da mandare successivamente al mercato del consumo finale (ad

esempio il petrolio, che va poi alle raffinerie per essere trasformato in benzina e gasolio), o, infine, per

essere trasformata in energia elettrica (ad esempio i combustibili fossili utilizzati dalle centrali

termoelettriche per produrre elettricità). Il Bilancio Energetico Nazionale, inoltre, ci indica come un Paese

impiega le fonti primarie a disposizione, cioè ci dà informazioni sui consumi finali di energia. Parte

dell’energia disponibile come fonte primaria, infatti, deve essere opportunamente trasformata prima di

poter essere utilizzata; ad esempio, una parte di energia rinnovabile viene impiegata per produrre energia

elettrica. Passando dai consumi primari ai consumi finali di energia, quindi, cambia la composizione delle

fonti di energia, poiché diminuiscono, ad esempio, le quantità di combustibili fossili e aumentano quelle di

energia elettrica. I consumi finali di energia comprendono i consumi del settore civile, dei trasporti,

dell’agricoltura, dell’industria, gli usi non energetici e i bunkeraggi. L’attività di bunkeraggio consiste nel

rifornimento dei prodotti petroliferi alle navi per i propri consumi (motore di propulsione e motori per la

produzione dell’energia di bordo).

I consumi primari di energia sono quindi dati dalla somma dei consumi finali di energia, delle trasformazioni

in energia elettrica e dei consumi e perdite del settore energetico.

I consumi primari di energia

In Italia i consumi primari di energia hanno mostrato un trend in crescita dal 2000 al 2005 (con un

incremento del 6,4%), e nel 2005 è stato raggiunto il livello record di consumi, pari a 197.776 ktep.

Dal 2005 si osserva un calo costante dei consumi che non accenna ad arrestarsi. Nel 2009 si osserva una

flessione dei consumi molto rilevante, pari al -5,7% rispetto al 2008, imputabile principalmente alla crisi

economica che ha investito i Paesi industrializzati e che ha fortemente influenzato il settore energetico.

Dopo una lieve crescita dei consumi di energia nel 2010 (pari al +2,7% rispetto al 2009), dovuta alle

politiche anti crisi adottate, che hanno favorito la ripresa economica, a partire dal 2011 si assiste a un

nuovo calo dei consumi primari di energia: a livello di consumi energetici, l’Italia nel 2014 è ritornata ai

valori dei primi anni ’90.

Analizzando in particolare i consumi primari di energia per fonte, è possibile notare che dal 2000 al 2014 il

consumo di petrolio è diminuito del 37%. Questa diminuzione, particolarmente marcata nel secondo

quinquennio (-15,4%), è dovuta principalmente alle scelte energetiche del nostro Paese, che hanno

privilegiato il gas naturale come fonte primaria di energia per il settore civile e la generazione elettrica.

Infatti, dal 2000 al 2005 i consumi di gas naturale sono aumentati del 22%, registrando un picco proprio nel

2005 con 71.169 ktep. Dal 2005 al 2014 si osserva una flessione negativa anche per i consumi di gas (-

28,7%) che è stata particolarmente significativa a partire dalla crisi economico-finanziaria.

Le fonti che, pur in presenza di una crisi economica, hanno mostrato un andamento crescente nel periodo

di riferimento sono le rinnovabili, che dai 12.904 ktep del 2000 hanno raggiunto i 34.671 ktep, registrando

un incremento del 168,7%. Ciò detto, occorre ribadire che il loro contributo alla copertura dei consumi

resta, nel mix energetico complessivo, ancora marginale. Possiamo, infine, osservare che la dipendenza

dalle importazioni di energia elettrica è rimasta tendenzialmente costante dell’arco degli anni di

riferimento.

Disaggregando per fonte i dati relativi ai consumi primari di energia nel 2014, risulta evidente l’importanza

dei combustibili fossili come fonte primaria di energia. Il petrolio e il gas naturale, infatti, contribuiscono

per il 65% alla copertura dei consumi italiani di energia. Come si può osservare dal grafico, le rinnovabili e i

combustibili solidi vengono impiegati quasi totalmente nella produzione di energia elettrica (area verde

chiaro), mentre per il gas naturale e il petrolio predomina l’area gialla corrispondente ai consumi finali di

energia, che verranno di seguito analizzati con maggior dettaglio.

E’ importante sottolineare che nel 2014, per il secondo anno, il contributo delle rinnovabili alla produzione

di energia elettrica è superiore a quello del gas naturale; rispettivamente, infatti, coprono il 50% e il 26%

della produzione di energia elettrica. Le importazioni di energia elettrica in Italia coprono il 6% dei consumi

primari di energia, mentre i combustibili solidi e le fonti di energia rinnovabile contribuiscono

rispettivamente per il 8% e per il 21% alla copertura dei consumi energetici primari.

I consumi finali di energia

Il trend dei consumi finali di energia in Italia rispecchia quello dei consumi primari.

Anche i consumi finali di energia hanno mostrato un trend in crescita fino al 2005 (con un incremento

dell’8,7% dal 2000 al 2005), anno in cui è stato raggiunto il livello record di consumi, pari a 146.591 ktep.

Dal 2005 si osserva un calo costante dei consumi fino al 2009, anno in cui si ha una flessione molto

rilevante, pari al -6%, rispetto al 2008. Come per i consumi primari, dopo aver assistito a una lieve crescita

nel 2010 (pari al +3,6% rispetto al 2009), i consumi finali di energia tornano a decrescere a partire dal 2011.

Analizzando in particolare i consumi finali di energia per fonte, è possibile osservare che i consumi di

petrolio e di gas naturale mostrano un incremento, rispettivamente del 3,7% e del 15,9%, dal 2000 al 2005.

Il forte incremento dei consumi di gas naturale è dovuto principalmente alle scelte energetiche del nostro

Paese: infatti, il gas naturale – anche per i vantaggi ambientali che lo caratterizzano – ha gradualmente

preso il posto del petrolio come fonte fossile nella produzione di energia nel settore della generazione

elettrica, nel settore dell’industria e anche nel riscaldamento degli edifici.

Come per i consumi primari, dal 2005 al 2014 l’utilizzo del gas e del petrolio ha subito una flessione

negativa del 27,4% e del 26,7% rispettivamente, che è stata particolarmente significativa negli anni della

crisi economico-finanziaria.

Per quanto riguarda le fonti rinnovabili, il loro contributo alla copertura dei consumi finali resta, nel mix

energetico complessivo, ancora marginale (5,7%).

Possiamo, infine, osservare che i consumi finali di energia elettrica, costituiti dalle importazioni e dalla

produzione nazionale, sono rimasti tendenzialmente costanti dell’arco degli anni di riferimento.

Per comprendere quanto ogni fonte e ogni settore contribuisca ad alimentare i consumi finali totali

analizziamo i dati