Scenari di evoluzione del sistema elettrico italiano al - IEFE

FONDAZIONE
ENERGIA
Scenari di evoluzione del sistema elettrico
italiano al 2030, tra crisi economica
ed innovazione tecnologica
Convegno AIEE -IEFE:
“Verso l’auto elettrica:
prospettive incoraggianti, ma anche problemi rilevanti”
Milano, Universita’ Bocconi – Aula 21, via Sarfatti 25
02-07-2010
Questa presentazione sintetizza alcuni risultati di un ampio studio
condotto da Fondazione Energia su commessa di Assoelettrica
FONDAZIONE
ENERGIA
SOMMARIO
1. Metodologia di analisi, modello Times del Sistema Elettrico Italiano (TSEI)
2. Principali assunzioni e scenari di domanda elettrica al 2030:
policy energetica ed ambientale, crisi economica e innovazione tecnologica
3. Scenari di evoluzione del sistema di offerta dell’energia elettrica , nuove
tecnologie e consumi di fonti energetiche primarie
4. Aspetti di sostenibilita’ economica, ambientale ed infrastrutturale
FONDAZIONE
ENERGIA
Metodologia di analisi – Modelli Markal-Times
Il MARKAL è un generatore di modelli dinamici “bottom-up” di tipo tecnologico
per l’analisi mediante scenari dei sistemi energetici
È stato sviluppato negli ultimi 30 anni dal progetto ETSAP
dell’International Energy Agency (IEA-OCSE)
È lo strumento di Energy Modelling più diffuso al mondo,
con oltre 100 utilizzatori in 50 diverse nazioni
Due esempi di applicazione:
Modello MARKAL
SAGE
System for the
Analysis of
Global Energy market
Modello MARKAL
ETP
Energy
Technology
Perspective
FONDAZIONE
ENERGIA
Metodologia di analisi – Modelli Markal-Times
Produzione
Conversione
Distribuzione
Il RES è il reticolo di tecnologie energetiche
(produzione, conversione, distribuzione e utilizzo
dell’energia) e flussi di commodities
(gas naturale, carbone, elettricità, …)
che soddisfa la domanda di servizi energetici
Tecnologie
(input)
Utilizzo
input
Domanda di
servizi
energetici
Luce
Calore
Movimento
output
Flussi di energia
…
Approccio bottom-up
Consumi Finali
(output)
Tecnologie
(input)
FONDAZIONE
ENERGIA
Approccio bottom-up: dalla domanda di servizi energetici
(es. quantità di illuminazione richiesta negli edifici del settore terziario in Lombardia)
alla ricostruzione di tutto il sistema energetico …
Input:
- parametri delle tecnologie energetiche
- domande di servizi energetici
- vincoli di bilancio, di costituzione del RES e altri
Sistema di
indicatori
economici,
demografici etc.
Domanda
di
Servizio
Energetico
Efficienza delle
tecnologie di
uso finale
dell’energia
Consistenza
dei parchi
tecnologici
Consumi
finali
di
energia
Output:
- flussi di energia e capacità delle tecnologie energetiche
- costi, investimenti, prezzi ombra delle commodities
- emissioni e altri parametri ambientali
Efficienza delle
tecnologie di
“conversione”
dell’energia
Consistenza
dei parchi
tecnologici
Consumi
primari
di
energia
FONDAZIONE
ENERGIA
Metodologia di analisi – Scenari ed opzioni tecnologiche
N. 3 SCENARI DI DOMANDA ELETTRICA AL 2030:
1. Base
“a legislazione vigente” (ma estesa al 2030…)
2. Inerziale
perdurare della crisi economica, ripresa lenta
3. Auto elettrica
= Base + diffusione dell’auto elettrica plug-in
(25% del parco autovetture circolanti al 2030)
N. 2 NUOVE OPZIONI TECNOLOGICHE PER IL SISTEMA DI OFFERTA:
1. Nucleare
max 6 EPR entranti gradualmente in esercizio dal 2020 al 2030
2. Carbon Capture & Storage (CCS)
tecnologia disponibile (per il carbone) dal 2025
FONDAZIONE
ENERGIA
Principali assunzioni Scenario Base - Indicatori
Valore Aggiunto: +1,1%/a 2008–2030
Servizi:
Industria:
Agric. e pesca:
+1,22%/a
+0,80%/a
+1,07%/a
Reddito pro-capite:
2000-2008 +0,21%/a
2008-2030 +0,92%/a
Evoluzione popolazione: + 0,20%/a ’08-’30 (ISTAT)
N. medio componenti per famiglia al 2030:
N. famiglie al 2030:
2,37
26,5 mil.
Dopo la recessione in atto
riprende il trend storico di lungo periodo
FONDAZIONE
ENERGIA
Principali assunzioni Scenario Base – Prezzo delle fonti fossili
Tensioni geopolitiche irrisolte
+
Crescente ruolo dell’OPEC e difficolta’ di
reazione dei Paesi Non-Opec
+
Approssimarsi del picco di produzione
+
Speculazioni finanziari e
Previsioni AIEE allineate a World Energy Outlook 2008
(IEA) e International Energy Outlook (US EIA-DOE)
A tendere, leggero “decoupling” del prezzo del gas
2010
2020
2030
Brent
($2007/b)
74,9
100,6
118,8
Carbone
(€2007/tep)
106,3
142,3
163,7
Gas Naturale
(€2007/tep)
285,2
353,2
411,4
BTZ 1%
(€2007/tep)
293,5
364,0
444,5
Gasolio 0.2
(€2007/tep)
578,5
659,4
795,3
Cambio $/€
1,38
1,36
1,35
FONDAZIONE
ENERGIA
Principali assunzioni Scenario Base – Prezzo permessi emissione ETS
Dal 2013 assegnazione EUA solo a titolo
oneroso mediante meccanismo ad asta
Previsione long-term prezzi permessi
emissione CO2:
shift Long Run Marginal Cost
impianti CCGC a gas naturale vs.
carbone USC
- 31 euro/tonnellata al 2020
- 41 euro/tonnellata al 2030
(moneta costante)
FONDAZIONE
ENERGIA
Principali assunzioni Scenario Base – Vincoli evolutivi sistema elettrico
Carbone:
solo impianti esistenti ripotenziabili con USC fino al 2030 +
Civitavecchia (Torre Nord + Sud), Vado Ligure, Porto Tolle
CCGT a gas naturale:
no limits, tranne in Sardegna fino al GALSI
Importazioni nette:
forte riduzione (<25 TWh @ 2020, <15 TWh @2030),
allineamento con Paesi confinanti / esportazioni
Rinnovabili:
potenziale Position Paper 2007 + agg.to solare (PV etc.)
meccanismi incentivanti attuali con progressiva riduzione
valore incentivi in // a riduzione costi impianti
Nucleare:
max 6 EPR (1600 MW) in esercizio al 2030, 1^ kWh nel 2020
Prodotti petroliferi, altri comustibili, IGCC, cogenerazione industriale:
limiti tecnici, possibilita’ di estensione vita impianti mediante repowering, no crescita
Efficienza:
TEE + realizzazione circa 70% obiettivi PAEE 2007 + 55% + Standard
(-20 TWh rispetto a Scen. b.a.u., +20 TWh rispetto a Scen. Efficienza)
FONDAZIONE
ENERGIA
Scenario Base – Consumi finali di energia elettrica
+ 1.3% m.a. 2010-2030
+ 2.1% m.a. 2010-2030
+ 1.1% m.a. 2010-2030
+ 0.9% m.a. 2010-2030
FONDAZIONE
ENERGIA
Scenario Base – Evoluzione sistema di offerta energia elettrica al 2030
Copertura del fabbisogno elettrico per fonte
Importante crescita rinnovabili (110 TWh al 2030)
Importante diffusione del nucleare (76 TWh al 2030)
Riduzione importazioni nette (13 TWh al 2030)
Aumento produzione da carbone (+ 5 GW circa)
CCGT a gas: 186 TWh @ 2020, 158 @ TWh 2030
Produzione termoelettica : +0.12%/a (+7 TWh) 2006-2030
Emissioni CO2: 128 Mt al 2030 (152 Mt al 2006)
Produzione rinnovabili: + 2.9%/a 2006-2030
Produzione da fonti rinnovabili
Mix in fonti primarie:
FONDAZIONE
ENERGIA
Scenario “Inerziale”: il perdurare della crisi economica
Evoluzione del Valore Aggiunto in Base e Inerziale,
a confronto con Terna
Evoluzione della domanda elettrica in Base e Inerziale,
a confronto con Terna
+0.85%/a 2008–2030
Vs. 1.1%/a in Base
-15 TWh al 2020
- 23 TWh al 2030
Importazioni in Base e Inerziale: + 22 TWh
Produzione nazionale
Base - Inerziale: + 45 TWh
Consumi gas naturale
in Base e Inerziale:
+ 8 GSmc/a al 2030
FONDAZIONE
ENERGIA
Scenario tecnologico “Auto Elettrica” (Base + diffusione auto el. plug-in)
Ipotesi da studio ERSE: “Valutazioni dell’impatto dell’inserimento di veicoli elettrici
stradali plug-in sulla rete di distribuzione”.
Plug-in Hybrid Electric Vehicle (PHEV) / Battery Electric Vechicle (BEV)
percorrenza annua media 15.000 km
 assorbimento giornaliero
15 kWh
 tempo di ricarica completa 6 h
 efficienza di ricarica
25% Parco Autovetture Circolanti al 2030
10
milioni veicoli al 2030
+ 17 TWh rispetto a Scenario Base
+3
GSmc/a gas naturale (+ 6 Mt/a CO2 el.)
90%
FONDAZIONE
ENERGIA
Scenario tecnologico “Auto Elettrica” (Base + diffusione auto el. plug-in)
Ipotesi da studio ERSE: “Valutazioni dell’impatto dell’inserimento di veicoli elettrici
stradali plug-in sulla rete di distribuzione”.
Ricarica Auto Elettrica:
Razionalizzazione Profilo del Carico
FONDAZIONE
ENERGIA
Scenario tecnologico “CCS” (Base + Carbon Capture&Storage)
CCS dal 2025 solo per carbone
sequestro geologico in acquifero salino distante circa 100 km dall’impianto
cattura Oxy-Fuel/Post-Comb. esistenti, IGCC/Pre-Comb. nuovi
Consumi gas naturale
Vincolo max 10.000 MW
Consumi carbone
Circa 140 TWh da carbone al 2030, di cui 50% con CCS
Emissioni CO2: 99 Mt/a (-29 Mt/a risp scen Base)
FONDAZIONE
ENERGIA
Soglia di convenienza della filiera nucleare rispetto al prezzo del gas
Nucleare conveniente da soglia prezzo gas 20 cent €/mc
(moneta costante 2008), ovvero poco meno di 6 €/GJ
Copertura fabbisogno senza nucleare
Scenario Base: prezzi gas circa 10 €/GJ - il prezzo del gas
dovrebbe dimezzarsi per rendere il nucleare non conveniente
Senza nucleare:
+ 13 GSmc/a consumi gas naturale
+ 24 Mt/a emissioni CO2
FONDAZIONE
ENERGIA
Aspetti economici
Costi di sistema per incentivi alle rinnovabili
(solo nuovi impianti)
Struttura dei costi di sistema
Funzione obiettivo nei diversi scenari (n.indice)
Incentivi medi rinnovabili:
100 eur/MWh al 2030
Impatto incentivi su prezzo elettricita;:
Circa 20 eur/MWh (circa 15%)
NB: incentivi “residui”
(impianti costruiti nel 2030
incentivo zero)
Senza costo incentivi, rinnovabili
abbattono valore funzione obiettivo
CCS conveniente
Nucleare conveniente
Autoelettrica extra-costo per sistema
elettrico ma conveniente per sistema
energetico
FONDAZIONE
ENERGIA
Aspetti ambientali (CO2)
Con la “carbon-tax” (EU-ETS con
meccanismo ad asta) ipotizzata,
le emissioni di CO2 si riducono in tutti
gli scenari, maggiormente nello
scneario CCS (oltre che inerziale, dove
la domanda e’ minore a causa del
perdurare della crisi economica).
Tranne che nel caso CCS, pur con 100
TWh di rinnovabili e 76 TWh di nucleare,
non si riesce a raggiungere una
riduzione delle emissioni in linea con
l’obiettivo europeo del 20-20-20.
Per raggiungere l’obiettivo comunitario,
le EUA devono costare di piu’.
Non sono considerati in nessuno
scenario le esternalita’ ambientali
relative alle emissioni inquinanti ed agli
altri impatti ambientali.
FONDAZIONE
ENERGIA
Conclusioni (1 di 3)
Nello scenario BASE (“a legislazione vigente”) si sifora l’obiettivo del 17% al 2020 per le rinnovabili - il
potenziale e’ pienamente raggiunto nel 2030 – mentre non si raggiunge l’obiettivo di una riduzione del
20% delle emissioni di CO2 ne’ si raggiunge una riduzione del 20% dei consumi elettrici. Lo scenario a
legislazione vigente e’ dunque ancora INSOSTENIBILE rispetto agli obiettivi di politica ambientale
europea, nonostante gli extra-costi di sistema per gli incentivi alle fonti rinnovabili e l’acquisto dei
permessi di CO2.
Un perdurare della crisi economica con un ritardo nella ripresa, farebbe contrarre la domanda elettrica
tendenziale al 2030 di circa 23 TWh. Questa contrazione potrebbe eventualmente essere annullata da un
minore ricorso alle importazioni, con beneficio per gli impianti CCGT esistenti che potrebbero
(dovrebbero?) essere utilizzati anche per l’esportazione
La diffusione dell’auto elettrica in tempi relativamente brevi (venti anni) potrebbe far crescere la
domanda elettrica di ulteriori 17 TWh al 2030, coperti in prevalenza da impianti CCGT a gas naturale. Si
avrebbe un beneficio tecnico per il sistema elettrico, grazie alla razionalizzazione della produzione da
CCGT a gas naturale e del diagramma di carico del sistema elettrico, oltre che un ovvio beneficio
energetico ed ambientale per il sistema Paese.
FONDAZIONE
ENERGIA
Conclusioni (2 di 3)
Il livello attuale di incentivi alle fonti rinnovabili, oculatamente adeguato nel tempo alla riduzione dei costi di impianto
grazie all’innovazione ed all’apprendimento tecnologico, e’ sufficiente a far sviluppare il settore fino a raggiungere il
potenziale indicato dalle posizioni legislative vigenti. Al 2030 la maggior parte degli incentivi a nuovi impianti entranti in
funzione in quell’anno orizzonte tende a scomparire del tutto.
L’ambizioso programma nucleare e’ benefico per il sistema elettrico sia in termini eocnomici che in termini ambientali,
nonostante il decoupling del prezzo del gas naturale e le ipotesi di costo fortemente svantaggiose poste volutamente a
carico di questa filiera tecnologica. Non prevedere questa opzione, che peraltro non si va minimamente a sovrapporre al
programma di sviluppo delle fonti rinnovabili, comporta un extra-costo per il sistema elettrico ed un ulteriore
allontanamento dagli obiettivi di riduzione delle emissioni.
E’ necessario, sia per lo sviluppo delle rinnovabili che per la diffusione dell’auto elettrica, un importante adeguamento
delle reti di distribuzione dell’energia: mentre le infrastrutture di importazione di elettricita’ e di gas ed il parco delle
centrali di produzione sono adeguati all’evoluzione della domanda (eventualmente con piccoli aggiustamenti) le reti di
trasporto e distribuzione rivestono un ruolo chiave nel realizzarsi degli Scenari presentati e richiedono importanti
investimenti ed attenzione.
Gli obiettivi di efficienza risultano gia’ molto ambiziosi per il sistema elettrico, certamente in grado di guadagnare altri
20-25 TWh circa (oltre ai 20-25 TWh gia’ risparmiati nello scenario Base rispetto ad uno scenario b.a.u.). Si puo’ e si deve
spingere ulteriormente sull’efficienza negli usi finali dell’energia elettrica, ma con la consapevolezza che il potenziale
economico si aggira complessivamente sui 40-50 TWh al massimo. Andare oltre rappresenterebbe un costo.
FONDAZIONE
ENERGIA
Conclusioni (3 di 3)
La tecnologia CCS sarebbe proficuamente applicabile su larga scala agli impianti a carbone gia’ dal 2025, dando a
questa tipologia di impianti una prospettiva di forte sviluppo, quasi di raddoppio della produzoone prevista nello
scenraio base, con un importante beneficio per la riduzione complessiva delle emissioni di CO2. Le competenze
maturate in questo settore potrebbero anche stimolare l’industria italiana ad entrare in modo importante nel relativo
mercato impiantistico mondiale, ancora abbastanza “vergine”.
In generale, il successo nell’indirizzare il sistema elettrico italiano su un percorso di sostenibilita’ economica ed
ambientale dipende dalla capacita’ del Paese di realizzare - attraverso l’innovazione tecnologica – un cammino
industriale nelle cinque filiere piu’ promettenti, lato domanda e lato offerta:
Fonti rinnovabili (inclusi sistemi di accumulo/ottimizzazione)
Nucleare
Efficienza negli usi finali dell’energia elettrica (inclusa generazione distribuita ad alto rendimento)
Carbon Capture and Storage
Auto Elettrica
Prestando grande attenzione agli aspetti di policy e regolazione dei mercati, nonche’ allo stimolo degli investimenti nelle
reti di trasporto e distribuzione.ed al sostegno della ricerca e dell’innovazione.
FONDAZIONE
ENERGIA
GRAZIE
Federico Santi
Direttore Scientifico Fondazione Energia
Via G. Vasari n.4 – ROMA
[email protected]