Appunti Tecnica ed Economia dell'Energia

Tecnica ed economia dell'energia

Sviluppo sostenibile: sviluppo in grado di soddisfare le necessità attuali senza compromettere le possibilità delle generazioni future di soddisfare le proprie.

Fonte: Rapporto Brundtland, 1983

• deve considerare 3 aspetti strettamente interconnessi e in delicato equilibrio:
  • Sviluppo economico → crescita economica, stabilità finanziaria, bassa inflazione.
  • Sostenibilità ambientale → pulizia di terreni, acque e aria, conservazione dei sistemi biologici.
  • Sostenibilità sociale → equità sociale, elevato tasso di occupazione, stabilità di sistemi culturali e sociali, democrazia.

Energia

Servizi energetici:

• Forza motrice
• Trasporti
• Illuminazione
• Usi civili, industriali
• Riscaldamento e condizionamento

→ forte legame con lo sviluppo sostenibile!

• I servizi energetici sono fondamentali per la sostenibilità economica e sociale tuttavia le forme di produzione e consumo di energia oggi più diffuse mettono a repentaglio la sostenibilità ambientale.

Fonti di energia primaria

• Combustibili fossili
  • Carbone
  • Petrolio
  • Gas naturale
• Fonti alternative rinnovabili:
  • Idroelettrica
  • Eolica
  • Solare (termica e fotovoltaica)
  • Geotermica
  • Da biomasse (inchiostro o appositamente coltivate)
• Fissione nucleare

Emissioni di gas serra

• CO₂ in atmosfera: 415.5 ppm a gennaio 2021
• CO₂ n = 280 ppm epoca preindustriale
• Il 62% delle emissioni proviene dal settore energetico (12% agricoltura, 7% industria, 6% altro)

• Riduzione delle emissioni di CO₂ per rispettare i +2°C
  • 30% rinnovabili
  • 11% cattura e stoccaggio CO₂
  • 5% impiego di nuovi carburanti
  • 20% efficientamento processi
  • 6% nucleare

35% delle emissioni di CO₂ provengono dalla produzione di energia

• Emissioni di CO₂ legate al ciclo di vita di una centrale sulla base delle fonti che utilizzano:
  • Carbone ∼ 1000 g_CO2/kWh
  • Petrolio ∼ 800 g_CO2/kWh
  • Gas naturale ∼ 500 g_CO2/kWh
  • Rinnovabili e nucleare ∼ 50 g_CO2/kWh
  • Biomassa potenzialmente fino a 1000 g_CO2/kWh

Fattori di conversione per l'energia elettrica

• Produzione, scambio e consumo di energia elettrica.

1 TWh = 3,6 E 21 J

1 TWh = 0,086 Mtep

• Energia idroelettrica (uso pumped storage e suscettibilità commod legate a energia termica delle stazioni. utile).

1 TWh = 0,086 Mtep

• Energia primaria equivalente ed energia elettrica proveniente da fonti nucleari.

1 TWh = 0,086 Mtep

η = 33%

• Energia primaria equivalente ad energia elettrica prodotta da impianti geotermici.

1 TWh = 0,36 Mtep

• World Energy Council

1 kWh di ele → 9,36 MJ → 2200 kcal di cui termica

assumendo un η = 38%

indipendentemente dalla tecnologia

OSS. assumendo η = 1 per le rinnovabili: la posizione di energia primaria che viene loro attribuita è inferiore rispetto al esempio del carbone che, venendo usato in impianti con η = 33%

importi un consumo di energia primaria | triplo rispetto all'energia prodotta

• gas naturale a livello mondiale (da ₄,₄% a _15,5%)
  • OCSE (da _12% a _22,0%)
• energia elettrica a livello mondiale (da _9% a _19%)
  • OCSE (da _6% a _22%)
• altre fonti rinnovabili (no biomasse) e calore di recupero in impianti di cogenerazione a livello mondiale: da _13% a _34%

NB come per il fabbisogno primario, anche la ripartizione per fonti degli usi finali di energia varia a seconda del Paese o dell’area geografica considerata.

In questo contesto pesano anche:

• incidenza dei trasporti
• clima

Dati 2017

• incidenza enz. elettrica in OCSE: _22%
  • proiezioni per attuare la decarbonizzazione a _50%

Produzione di energia elettrica nel mondo

Negli ultimi ~45 anni la produzione mondiale di energia elettrica è più che quadruplicata (da ~₆₀₀ a ₂₆₀₀₀ TWh)

NB difficile e costosa da trasportare, si produce dove si utilizza

• grande cambiamento della sua distribuzione geografica
  • anni '70: _73% in OCSE
  • anni '10: _47% in resto Europa e Russia
• 2017: OCSE ridotta del _63%, una crescita in termini assoluti
  • Cinesi: da _2,5% a _26%
• restano basse America Latina e Africa

EU Energy Roadmap 2050

Considerando settore elettrico 7 scenari:

1. Business as Usual, (inferito al 2011) assumptions
2. Current Policy Initiatives scenario - può essere accreditato un BAU rispetto alla condizione attuale

Questi che non raggiungono l'obiettivo, gli altri, sì

2. High energy efficiency - decrease in energy demand 41% by 2050 as compared to the peaks by 2005-2006
3. Diversified supply technologies - nessuna tecnologia predefinita, utilizzo di nucleare e CCS
4. High Renewable - RES (Renewable Energy Sources viste al 75% del consumo finale di energia, 97% per la produzione di elettricità)
5. Delayed CCS - caus (3), solo che la C.C.S. è sostituita da un maggiore utilizzo del nucleare
6. Low nuclear - caus (3), si detta la costruzione di nuove centrali nucleari e ampio utilizzo CCS.

CCS:

• grande affidamento nel ruolo
• in tutti gli scenari de-carbonizzati, al 2050 la CCS è una tecnologia chiave
• (3) ha il costo dell'elettricità più basso, (4) il più alto
• (3) fonti fossili con CCS 25%, nucleare 16%, rinnovabili 60%

16

RISORSE E RISERVE

• le fonti energetiche fossili (non rinnovabili) e finite
• la riduzione circa la loro disponibilità. Esse sono stime approssimate che possiedono un grado di affidabilità variabile a seconda della materia prima considerata di metodi di indagine adottati...

Si definiscono:

• Risorse estraibili: stima della quantità complessiva di una materia prima (in particolare una fonte primaria non rinnovabile) che sarà una stima esatta e resa disponibile.

oss.: stima soggettiva, basata su informazioni parziali via via più raffinate nel corso del tempo.

• una volta individuata un'area di interesse per attività estrattiva, la quantità estraibile dipende dalle evidenze delle tecniche estrattive e dal costo di estrazione che si ritiene sostenibile.
• l'aumento delle risorse estraibili dipende fortemente da: investimenti in prospezioni ed attività di ricerca e dello sviluppo tecnologico dell'up-stream.

processo di esplorazione ed estrazione

le risorse estraibili sono date dalla somma di:

• riserve accertate a quella data
• riserve ancora non effettivamente scoperte