Pompe di calore

Elettricità futura
Crescita sostenibile e sviluppo del settore elettrico
Quanto vale il vettore elettrico?
Benefici ambientali e loro valorizzazione
economica. Il caso delle pompe di calore
elettriche
Andrea Molocchi (ECBA Project)
Obiettivo presentazione:
Illustrare i benefici ambientali comparati di una
tecnologia innovativa ad alta efficienza energetica
basata sul vettore elettrico: la pompa di calore
elettrica.
Il caso applicativo è stato oggetto di uno studio, realizzato
da ECBA Project per conto di Assoelettrica, che, utilizzando
la metodologia di valutazione delle esternalità ambientali,
ha avuto la finalità di stimare il valore economico dei
benefici ambientali di una crescente diffusione delle
pompe di calore elettriche per il riscaldamento nel
settore residenziale, rispetto agli impianti a
combustione attualmente utilizzati.
Premessa - Cosa sono i costi esterni
I costi esterni sono quei costi, provocati da una attività,
che non sono sostenuti da chi svolge l’attività stessa e che
ricadono su terzi e sulla collettività in generale.
I costi esterni calcolati in questo studio hanno natura
involontaria, in quanto si riferiscono ad attività svolte in
maniera legale e a fattori d’impatto che s’ingenerano
nonostante il pieno rispetto delle normative vigenti
(autorizzazioni impianti, etc.,).
I costi esterni devono essere sempre riferiti all’attività che
li ha provocati e al periodo di tempo in cui tale attività si è
svolta.
Metodologia generale
Analisi sistematica dei costi esterni dovuti alle
emissioni di atmosfera della produzione e trasmissione di
elettricità + analisi dei costi esterni degli impianti di
riscaldamento a combustione utilizzati nel residenziale.
Prima stima dei costi esterni riferita alla “fotografia” dei
due settori nel 2011.
In seguito: approccio di scenario al 2020, coerente con
gli obiettivi della SEN.
Sono stati considerati tre percorsi alternativi di
diffusione progressiva delle pompe di calore elettriche al
2020 (di minima, di massima e “intermedio”).
Il confronto fra i costi esterni delle pompe di calore e
degli impianti termici sostituiti è stato realizzato sia in
termini specifici (costi esterni per MWh termico prodotto)
che in valore assoluto, per il periodo 2014-2020.
Metodologia: un confronto
ispirato a criteri di realtà
(contesto italiano)
Schema metodologico dello Studio
Il confronto è stato
ancorato ai dati del
contesto italiano, in
particolare per il:
- mix per la produzione di
elettricità;
- ruolo importazioni sui
consumi finali di elettricità;
- consumi ausiliari e perdite di
rete;
- cogenerazione di elettricità e
calore;
- resa energetica e utilizzo
delle pompe di calore;
- mix fonti impianti di
riscaldamento;
- rendimenti energetici;
- emissioni specifiche di
centrali e impianti;
- altezza delle fonti di
emissione e contesto
demografico (dispersione
degli inquinanti ed esposizione
della popolazione).
Le tipologie di emissioni considerate
Le categorie di emissioni inquinanti considerate ai fini della valutazione
dei costi esterni sono le seguenti quattro:
le principali emissioni di gas ad effetto serra (CO2, CH4, N2O);
i macro-inquinanti: particolato (PM10, PM2,5-10, PM2,5), ossidi di azoto
(NOx), biossido di zolfo (SO2) e composti organici volatili non metanici
(NMVOC);
nove specie di metalli pesanti;
due tipi di inquinanti in traccia (diossine e HCB).
Fonte utilizzata: l’inventario nazionale delle emissioni
elaborato da ISPRA
Base dati omogenea per criteri di stima e copertura (per tutte le
tecnologie considerate si è potuta utilizzare la medesima copertura
degli inquinanti analizzati).
Fonte istituzionale.
Caratteristiche della metodologia di valutazione
dei costi esterni
Approccio di “benefit “transfer da manualistica comunitaria.
Danni valutati con metodologia dei sentieri d’impatto (filone
“ExternE”).
Approccio multisettoriale (caratterizzazione delle emissioni di settori
diversi),.
Valutazione della mortalità basata sugli anni attesi di vita perduti per
decesso (VYOLL) e non sui decessi attesi (VSL).
Criteri di gestione dell’incertezza:
- f unzioni dose-risposta considerate più certe nella letteratura
epidemiologica (ExternE core functions);
- uso di valori raccomandati “centrali” (esclusione dei valori estremi);
- esclusione degli inquinanti che presentano forti correlazioni con i
medesimi
tipi di effetti.
L’approccio
di ECBA Project è:
- basato sulla letteratura scientifica più accreditata (utilizzo ragionato di manuali
e studi comunitari);
- omogeneo a livello europeo (metodologia applicabile in tutti gli Stati Membri
della UE);
- multisettoriale (metodologia armonizzata per tutte le tipologie di
progetti/settori);
- equilibrato (l’analisi costi-benefici è finalizzata a integrare le esternalità con i
Le categorie di impianti
analizzate nello studio
di
generazione
Consumi energetici degli impianti di generazione che cedono elettricità alla rete
(esclusi auto-produttori), % sui consumi primari di energia, anno 2011
Fonte: ECBA Project in base a Inventario nazionale delle emissioni di ISPRA
Le categorie di impianti di combustione per il
riscaldamento residenziale
Consumi energetici degli impianti di riscaldamento residenziale, composizione %
sui consumi primari di energia, anno 2011
Fonte: ECBA Project in base a Inventario nazionale delle emissioni di ISPRA
Gli Scenari considerati
Per evitare il più possibile ipotesi di scenario influenti sul
confronto, si sono considerati gli stessi scenari di diffusione delle
pompe di calore nel residenziale sviluppati dal CoAer nell’ambito
dello Smart Energy Project di Confindustria del 2013, Tali
scenari riguardano la diffusione delle pompe di calore
elettriche nel settore residenziale nel periodo 2014-2020.
Per mantenere criteri di realtà nel confronto è stato considerato
solo il potenziale di diffusione delle PdC elettriche nei due
segmenti in cui le pompe di calore vanno a sostituire impianti
esistenti per il riscaldamento domestico:
ristrutturazioni di appartamenti;
sostituzioni di caldaie senza ristrutturazione rilevante.
Non è stato considerato il segmento di mercato delle nuove
costruzioni.
Ipotesi comuni degli scenari: appartamento
“elementare” e pompa di calore “di
riferimento”
Sintesi dei dati sull’appartamento “elementare” e sulla
pompa di calore elettrica di riferimento
Appartamento (Superficie)
m2
Periodo di costruzione
Zona climatica
D
Fabbisogno termico specifico (ACS e
kWh/m2
calore)
Fabbisogno termico annuo (ACS e calore) MWhth
Tipologia pompa di calore elettrica
SCOP
Consumo elettrico annuo pompa di
calore
115
Mix classi di
anzianità del parco
edilizio
(Roma)
120
13,8
Aria-acqua
3,3
MWhel
4,182
Fonte: ECBA Project su dati CoAer (Smart Energy Project di Confindustria, Smart Building,
2013) e Agenzia del territorio (anzianità parco edilizio)
Pompe di calore installate negli scenari
CoAer
Pompe di calore installate nel periodo 2014-2020, in tre scenari di diffusione
(segmenti di mercato delle ristrutturazioni e delle sole sostituzioni di caldaia)
2014
2015
2016
2017
2018
2019
2020
Totale
2014-2020
Scenario potenziale
teorico
625.000
625.000
625.000
625.000
625.000
625.000
625.000
4.375.000
Scenario inerziale
35.000
35.000
35.000
35.000
35.000
35.000
35.000
245.000
Scenario con
interventi sostegno
217.500
217.500
217.500
217.500
217.500
217.500
217.500
1.522.500
Fonte: ECBA Project su dati CoAer (Smart Energy Project di Confindustria, Smart Building, 2013)
Misure implicite nello scenario con interventi di sostegno (217.500
pdc/anno):
•Proroga al 2020 delle detrazioni fiscali del 65%
•Tariffa specifica per PdC elettriche con convergenza a tariffa D1
Risultati del confronto:
a) I costi esterni specifici
Tab. 1: Costi esterni specifici delle pompe di calore elettriche ariaacqua e degli impianti di riscaldamento a combustione, a parità di
energia termica resa, mix Italia, stima per 2014, euro2014/MWhth
Pompe di calore
elettriche ariaacqua
%
Impianti di
riscaldamento
%
Gas serra
MacroInquinanti
Metalli
pesanti
Inquinanti
in traccia
Totale
3,33
1,20
0,06
0,002
4,59
72,5%
26,2%
1,2%
0,03%
100,0%
6,41
16,84
0,02
0,01
23,28
27,5%
72,3%
0,1%
0,05%
100,0%
Fonte: elaborazione ECBA Project
Risultati del confronto: i costi esterni specifici
Il rapporto fra i costi esterni specifici degli impianti di riscaldamento (23,28
euro/MWhth nel 2014) e quelli delle pompe di calore elettriche “di riferimento”
(4,59 euro/MWhth) è di circa 5 a 1 (-80% circa a favore delle pompe di
calore).
Il rapporto fra i consumi primari di energia a parità di energia termica resa
(input/output energetici) degli impianti di riscaldamento (1,11) e quelli delle
pompe di calore elettriche (0,67) è di 1,65 a 1 (il risparmio energetico
consentito dalle pompe di calore elettriche è del 40% circa)
Divario fra
metodologie di
valutazione delle
prestazioni:
3 volte
Indice
PDC=1
La metodologia dei costi
esterni ambientali può portare
a risultati molto diversi rispetto
all’analisi energetica, nella
direzione di una maggiore
equità e giustizia sociale
La metodologia mette in
corretta evidenza i benefici
ambientali delle tecnologie ad
alta efficienza basate sul vettore
elettrico
Risultati del confronto:
a) Il beneficio ambientale netto delle pdc
Valore economico del merito ambientale delle pompe di calore elettriche
rispetto agli impianti di riscaldamento a combustione (mix nazionale) nel
periodo 2014-2020, euro2014/MWhth
Fonte: elaborazione ECBA Project
Risultati del confronto:
a) Il beneficio ambientale netto delle pdc
Il valore economico del merito ambientale delle pompe di
calore elettriche rispetto agli impianti di riscaldamento a
combustione (mix di fonti) è di 18,7 euro/MWh termico
nel 2014 e di 20,4 euro/MWh nel 2020.
Confronto “al margine” fra pompe di calore alimentate
con energia elettrica da centrali a gas e caldaie a
condensazione a gas: il beneficio netto a favore delle
pompe di calore è di circa 4 euro/MWh termico
Ipotizzando il fabbisogno termico dell’appartamento
“elementare” di riferimento (13,8 MWhth)), il beneficio
ambientale annuo della pompa di calore “elementare“ è
valutabile in circa 258-282 euro per appartamento e
quello nell’arco della vita tecnica della pompa di calore
(15 anni) in circa 4000 euro (zona climatica D).
Risultati del confronto: b) Il beneficio ambientale
in valore assoluto (analisi di scenario)
Scenari di diffusione delle pompe di calore elettriche e incremento dei benefici
ambientali annuali, periodo 2014-2020, prezzi costanti in milioni di euro2014
Fonte: elaborazione ECBA Project (2013)
Risultati del confronto: b) Il beneficio ambientale
in valore assoluto (analisi di scenario)
Scenario con interventi di sostegno:
Aumento dei consumi elettrici dovuti alla diffusione delle pompe
di calore (dal livello iniziale di circa 1 TWh di quest’anno a oltre 6 TWh
nel 2020)
Maggiori consumi elettrici cumulati di 25,5 TWh nel 2014-2020.
Questo avviene nel pieno rispetto dell’obiettivo di stabilizzazione
dei consumi elettrici della SEN.
Beneficio ambientale delle pompe di calore cresce da 57 milioni
nel 2014 fino a 436 milioni nel 2020.
Il beneficio ambientale cumulato nell’intero periodo 20142020 è di circa 1,7 miliardi di euro.
Scenario di massimo potenziale :
Maggiori consumi elettrici annuali fino a 18 TWh nel 2020 (73 TWh
cumulati 2014-2020).
Beneficio ambientale annuo delle pompe di calore cresce fino a 1,2
miliardi di euro nel 2020 (4,9 miliardi cumulati 2014-2020).
In conclusione: le pompe di calore possono
contribuire in maniera decisiva alla riduzione
dell’inquinamento dovuto al riscaldamento
residenziale.
Grazie per l’attenzione!
per maggiori informazioni:
[email protected]
Via Pasteur 44, 00144 Roma, www.ecbaproject.eu