Introduzione: le tecnologie di generazione elettrica.

Workshop
Il mercato elettrico: struttura,
meccanismi e formazione del
prezzo dell'energia elettrica.
Ferrara, 29 giugno 2011
Introduzione al convegno
Prof. Michele Pinelli
Dipartimento di Ingegneria
Introduzione
Il decreto di liberalizzazione del mercato elettrico (il cosiddetto "decreto Bersani"),
datato 19 febbraio 1999, ha sancito l'inizio dell'apertura del mercato elettrico
italiano in applicazione della Direttiva Comunitaria CE 96/92. Con la
liberalizzazione completa del mercato elettrico gli utenti finali possono scegliere il
fornitore tra diverse alternative e negoziare con esso i termini economici della
fornitura.
Questo oltre a rappresentare una opportunità per l'utente finale è una sfida per il
produttore di energia che si trova a dover bilanciare le proprie esigenze che
concorrono a determinare il costo dell'energia (manutenzione, ammortamento
impianti, costo del combustibile, costo delle emissioni, etc.) con la necessità di
essere competitivi nel mercato elettrico.
Il workshop darà una panoramica degli aspetti tecnologici, normativi, economici e
finanziari che sono alla base del mercato elettrico. In particolare, si analizzeranno
le tecnologie di generazione e il loro rapporto con la domanda di energia, il
mercato elettrico italiano e il suo interfacciamento con i mercati esteri, gli
strumenti finanziari legati all'energia elettrica e ai combustibili. L'obiettivo del
workshop è quello di fornire le conoscenze necessarie alla comprensione dei
meccanismi che contribuiscono alla formazione del prezzo dell'energia elettrica.
Programma
10:00-10:15 Introduzione: le tecnologie di generazione elettrica.
Michele Pinelli, Dipartimento di Ingegneria, Università degli Studi di
Ferrara
10:15-10:30 Introduzione: la domanda elettrica e gli aspetti critici della
penetrazione delle rinnovabili
Mirko Morini, Laboratorio per la Meccanica Avanzata MechLav,
Università degli Studi di Ferrara
10:30-11:15 Il mercato elettrico all'ingrosso in Italia.
Stefano Verde, Hera Trading S.r.l.
11:15-12:00 I mercati finanziari dell'energia
Francesco Bertusi, VERBUND Trading AG
12:00-12:45 Modelli matematici per la previsione del prezzo dell’energia.
Francesco Rotondo, Hera Trading S.r.l.
12:45-13:00 Discussione
Workshop
Il mercato elettrico: struttura,
meccanismi e formazione del
prezzo dell'energia elettrica.
Ferrara, 29 giugno 2011
Introduzione: le tecnologie di
generazione elettrica
Prof. Michele Pinelli
Dipartimento di Ingegneria
Introduzione
Energia
L’energia è definita come la capacità di un corpo di
compiere lavoro.
La sua unità di misura nel sistema internazionale è il joule (J), che
corrisponde al lavoro fatto per spostare un punto di un metro
vincendo una forza di un newton.
Sostanzialmente un joule corrisponde all’energia necessaria per
alzare di un metro una massa di un ettogrammo.
Per l’energia elettrica si usa in genere il chilowattora (kWh) che
corrisponde a 3 600 kJ cioè 3 600 000 J
Un’altra unità molto usata è la chilocaloria (kcal).
Potenza
La potenza è definita come il lavoro compiuto nell’unità
di tempo. Si misura in chilowatt (kW) nel sistema internazionale,
mentre è molto usato anche il cavallo vapore (CV).
Il cavallo vapore è definito come la potenza necessaria per alzare di
un metro in un secondo un peso di 75 kgp (la corporatura media di
un uomo).
Non bisogna confondere il
kWh (energia) con il kW (potenza)
Altre definizioni
Il rendimento di una macchina è il rapporto tra l’energia
messa a disposizione dalla macchina (energia utile) e l’energia
messa a disposizione della macchina (energia lorda)
Il potere calorifico di un combustibile è l’energia sviluppata dalla
combustione di un’unità (massa o volume) di combustibile
es:
gas naturale (Russo)
gas naturale (Algeria)
carbone
stocco di mais
8100 kcal/m3
8300 kcal/m3
6000 kcal/kg
4060 kcal/kg
Qualità della vita ed energia
90
Macao
Speranza di vita [anni]
80
Giappone
Canada
Libia
Norvegia
U.S.A.
Cina
Islanda
Emirati Arabi Uniti
70
Media
India
60
Russia
Italia
Cambogia
50
40
Lesotho
Fonte: CIA World Factbook
Swaziland
30
0
5000
10000
15000
20000
Consumo pro capite [kWh el/anno]
25000
30000
Qualità della vita ed energia
Per sostenere la qualità della vita serve energia:
uno scolaro necessita di 400 kWh/anno[1]
un universitario di 1 700 kWh/anno[1]
un letto d’ospedale di 3 000 kWh/anno[2]
un carcerato di 7 000 kWh/anno[3]
La correlazione non è lineare. Oltre un certo limite di consumo
non c’è un effettivo miglioramento della qualità della vita.
Noi italiani possiamo facilmente ridurre i nostri consumi
“senza” intaccare la qualità della nostra vita.
[1] AA.VV., 2003, “The UK Potential for Community Heating with Combined Heat and Power”, Building Research Establishment Ltd.
[2] Piacentino, A., 2004, Applicazioni della cogenerazione e della trigenerazione in edifici residenziali e del terziario civile: analisi energetica,
exergetica ed economica delle diverse soluzioni impiantistiche utilizzabili, Università degli Studi di Palermo.
[3] AA.VV., 2004, Energy Consumption Guide ECG084 – Energy Use in Prisons, Action Energy.
Le tecnologie
Impianti termoelettrici a vapore
Impianti termoelettrici a vapore
Tipo di tecnologia: ciclo a vapore
Combustibili: nucleare, carbone, olio, gas naturale, biomasse solide, rifiuti
Descrizione: attraverso la combustione in caldaie, si genera vapore che viene poi
espanso in una turbina convertendo l’energia del vapore in energia meccanica e poi
elettrica.
Impianti termoelettrici a vapore
Tipo di tecnologia: ciclo a vapore
Combustibili: nucleare, carbone, olio, gas naturale, biomasse solide, rifiuti
Descrizione: attraverso la combustione in caldaie, si genera vapore che viene poi
espanso in una turbina convertendo l’energia del vapore in energia meccanica e poi
elettrica.
Programmabilità: è possibile prevedere accensioni e spegnimenti che però
richiedono alcune ore, difficile la regolazione del carico. E’ possibile prevedere il
funzionamento in modalità cogenerativa producendo energia elettrica e vapore di
processo in contemporanea.
Taglie e rendimenti stato dell’arte: 200 kW a 1-2 GW con rendimenti che variano da
15 % (ORC) a 45 % (USC)
Costi:
CAPEX 10 €/MWh OPEX 22 €/MWh (carbone) [4]
CAPEX 26 €/MWh OPEX 20 €/MWh (nucleare) [4]
Flessibilità: bassa
[4] Vattenfall, 2007, Global Mapping of
Greenhouse Gas Abatement
Opportunities up to 2030 Energy
Turbogas
Turbogas
Tipo di tecnologia: Turbine a gas
Combustibili: gas naturale
Descrizione: produce energia attraverso la combustione.
E’ composto fondamentalmente da un compressore, una camera di combustione ed
una turbina. La combustione eleva il contenuto energetico dell’aria compressa dal
compressore che tramite l’espansione in turbina, produce energia meccanica
convertita poi in elettrica.
Turbogas
Tipo di tecnologia: Turbine a gas
Combustibili: gas naturale
Descrizione: produce energia attraverso la combustione.
E’ composto fondamentalmente da un compressore, una camera di combustione ed
una turbina. La combustione eleva il contenuto energetico dell’aria compressa dal
compressore che tramite l’espansione in turbina, produce energia meccanica
convertita poi in elettrica
Programmabilità: permette una totale programmazione in quanto può essere regolato
da funzionamento a carico nullo fino a pieno carico in pochi minuti. E’ possibile anche
programmare lo spegnimento e la riaccensione con frequenze giornaliere.
Taglie e rendimenti stato dell’arte: 30 kW (microturbine) fino a 300 MW con rendimenti
tra il 30 % e il 40 %.
Costi: CAPEX 27 €/MWh OPEX 69 €/MWh [4]
Flessibilità: molto alta
Impianti combinati gas-vapore
Impianti combinati gas-vapore
Tipo di tecnologia: Turbine a gas ed a vapore
Combustibili: gas naturale e carbone (IGCC)
Descrizione: questa tecnologia è quella che permette il più alto rendimento di
conversione dei combustibili fossili. E’ basata su turbine a gas (del tutto simili ai
motori aeronautici) e turbine a vapore (alimentate da vapore generato col recupero
dei gas caldi della turbina)
Impianti combinati gas-vapore
Tipo di tecnologia: Turbine a gas ed a vapore
Combustibili: gas naturale e carbone (IGCC)
Descrizione: questa tecnologia è quella che permette il più alto rendimento di
conversione dei combustibili fossili. E’ basata su turbine a gas (del tutto simili ai
motori aeronautici) e turbine a vapore (alimentate da vapore generato col recupero
dei gas caldi della turbina)
Programmabilità: è possibile pensare a spegnimenti frequenti (settimanali e al limite
notturni) e la turbina a gas permette una comoda regolazione del carico. E’ possibile
prevedere il funzionamento in modalità cogenerativa producendo energia elettrica e
vapore di processo in contemporanea.
Taglie e rendimenti stato dell’arte: da decine di megawatt a 400 MW con rendimenti
fino al 61 %.
Costi:
CAPEX 8 €/MWh OPEX 41 €/MWh (NGCC) [4]
CAPEX 20 €/MWh OPEX 18 €/MWh (IGCC) [4]
Flessibilità: alta (prese di carico fino a 50 MW/min)
Motori alternativi
Motori alternativi
Tipo di tecnologia: Motori endotermici alternativi
Combustibili: olio, gas naturale, bioliquidi
Descrizione: il principio di funzionamento è quello dei motori per autotrazione, la
combustione all’interno di un cilindro permette il moto alternato di un pistone che
viene trasformato attraverso una serie di meccanismi in un moto rotatorio che
trasmette la potenza ad un alternatore per la trasformazione in elettricità.
Programmabilità: permette una totale programmazione in quanto può essere
regolato da funzionamento a carico nullo fino a pieno carico in pochi minuti. E’
possibile anche programmare lo spegnimento e la riaccensione con frequenze
giornaliere.
Taglie e rendimenti stato dell’arte: fino a 20 MW con rendimenti fino al 49 %.
Flessibilità: molto alta
Turbine eoliche
Pannelli fotovoltaici
Le rinnovabili
Tipo di tecnologia: Generatori eolici ad
asse orizzontale
Tipo di tecnologia: Solare
fotovoltaico piano
Descrizione: Lo sfruttamento dell’energia
eolica avviene attraverso la conversione
dell’energia cinetica dell’aria in energia
meccanica, in grado di azionare
generatori elettrici.
Descrizione: l’energia solare fotovoltaica
risulta dalla trasformazione diretta della
luce del sole in energia elettrica
mediante cellule generalmente a base di
silicio. Per ottenere una potenza
sufficiente, le cellule sono collegate tra
di loro e costituiscono il modulo,
chiamato anche pannello solare.
Programmabilità:
dipendendo
dalla
velocità del vento incidente sulle pale del
generatore la produzione di energia
elettrica non è programmabile.
Taglie: da decine di kW a 5 MW/rotore
Costi:
CAPEX 46 €/MWh (on-shore) [4]
OPEX 18 €/MWh [4]
CAPEX 58 €/MWh (off-shore) [4]
OPEX 95 €/MWh [4]
Programmabilità:
dipendendo
dalla
radiazione solare incidente sui pannelli
la produzione di energia elettrica non è
programmabile.
Taglie: pochi kW fino a MW
Costi:
CAPEX 344 €/MWh [4]
OPEX 80 €/MWh [4]
Grazie per l’attenzione.
DOMANDE?
Prof. Michele Pinelli
[email protected]
0532 97 4889