astrolabio.itIl Punto su Risorse Energetiche Primarie ed ElettricitÃ
Pubblichiamo la prima parte di un Rapporto** realizzato da
Alessandro Clerici, Presidente Onorario WEC Italia e FAST. Questa
prima parte, in particolare, analizza le riserve attuali di
combustibili fossili che ancora dominano il mercato e le
potenzialità dei diversi tipi di fonti rinnovabili (FER); i
trends, sia di utilizzo delle risorse energetiche primarie e sia di
produzione di elettricità per tipologia di fonte, vengono
riportati per le varie aree geografiche. Vengono mostrati gli
andamenti degli ultimi 15 anni, che evidenziano nel settore
generale dellenergia la crescente importanza sia dei paesi non OCSE
(che hanno superato quelli dell'OCSE), sia dell'elettricità
e delle fonti energetiche rinnovabili (FER). L'energia è
riconosciuta come il fattore principale per lo sviluppo economico e
sociale delle popolazioni e per il loro benessere. Tuttavia, alla
fine del 2016, ancora oltre il 15% della popolazione mondiale (che
era di 7,5 miliardi) non aveva accesso a fonti energetiche
commerciali e allelettricità. L'aumento del consumo di
energia e di elettricità è la spinta per gli
investimenti in infrastrutture e quindi anche per i sistemi di
trasmissione e distribuzione,T&D, che si prevede abbiano uno
sviluppo percentuale maggiore rispetto ad altri settori. 1
Panoramica sulle attuali risorse energetiche primarie I
combustibili fossili, basati sulle attuali risorse comprovate (R) e
la produzione effettiva (P) nel 2016, hanno i seguenti rapporti R /
P: petrolio ~ 50 anni gas ~ 55 anni carbone ~ 155 anni Le
comprovate risorsedi petrolio e gas sono ora secondo BP[1], il 50%
maggiori di quelle di 20 anni fa anche con i consumi consistenti
degli ultimi due decenni. Le risorse prevedibili di petrolio non
convenzionale da scisti bituminosi (80% negli Stati Uniti), di
bitume naturale (60% in Canada) e petrolio extra pesante (95% in
Venezuela) sono molto grandi ed economiche con prezzi del petrolio
stabili intorno a 50 dollari/barile; lo stesso vale per lo shalegas
(e il "boom" americano qui è evidente). Il problema reale
non è quindi la mancanza di combustibili fossili (il picco
della produzione di petrolio è obsoleto da diversi anni
rispetto a un picco della domanda di petrolio), ma:- la loro
distribuzione disomogenea tra aree di produzione e di consumo
(soprattutto del petrolio e del gas) e gli effetti geopolitici sul
loro sviluppo e trasporto; - come bruciarli senza impatto
sull'ambiente, e questa è diventata la principale
preoccupazione. Riguardo alle altre principali risorse, secondo il
WEC, il nucleare ha comprovate riserve di uranio che dureranno
almeno per 100 anni con lattuale consumo e tipi di reattori. Lo
sviluppo commerciale di reattori autofertilizzanti veloci (ma
dobbiamo attendere qualche decennio) dovrebbe diminuire di 80 volte
sia il consumo di combustibile per kWh prodotto che le scorie
nucleari. L'uso commerciale della fusione non sembra attuabile
prima di 50 anni. Lidroelettrico potrebbe più che triplicare
l'attuale produzione annuale di energia di 910 MTEP (milioni di
tonnellate equivalenti di petrolio pari a circa 4.000 TWh) con
importanti contributi da Asia, Africa e Sud America. Leolico ha un
potenziale teorico annuale di 1,5 volte l'attuale consumo
energetico mondiale di energie primarie, ma le principali aree
eoliche sono spesso lontane dai centri di consumo e gli impianti
offshore presentano investimenti e costi di O&M (gestione e
manutenzione) e di connessione alla rete elevati, anche se i
risultati recenti con grandi turbine sono interessanti. Lenergia
solare che raggiunge la superficie dei continenti (20% della
superficie del globo terrestre) ha un potenziale teorico annuale
pari a 1.000 volte l'attuale consumo di energia primaria mondiale.
Le bioenergie hanno un enorme potenziale da sfruttare
adeguatamente, evitando i problemi di concorrente uso dei suoli per
la produzione di cibo. Il potenziale energetico totale delle onde
è di circa 30 PetaTWh (1015 TWh ), ma i costi tecnologici
per sfruttare l'energia marina sono ancora molto elevati e ne
ostacolano lo sviluppo su larga scala nel breve/medio termine. Il
contributo e le tendenze attuali della geotermia sono ancora
marginali; anche se con un grande potenziale teorico, il suo
sviluppo è ostacolato da ingenti costi di installazione e
lunghi periodi di sviluppo rispetto al solare e alleolico. 2
Panoramica sui consumi di energia primaria Il consumo globale di
energia primaria nel 2016 [1] è stato di circa 13.270 MTEP.
Per regione, secondo BP [1], la quota di consumo di energia
primaria nel 2016, l'aumento percentuale rispetto al 2015 e la
crescita media annuale nel periodo 2005-2015 sono state: Quota 2016
Crescita 2016 Crescita 2005-2015 Asia delPacifico 42,0% 2,1% 3,9%
Europa e Eurasia 21,6% 0,4% -0,4% Nord America 21,0% -0,4% -0,2%
Medio Oriente 6,7% 2,1% 4,5% America del Sud e Centrale 5,3% -1,0%
2,8% Africa 3,3% 1.2% 3,3% Totale Mondiale 100% 1,0% 1,8% Per le
aree più significative (Asia del Pacifico e Medio Oriente),
le cifre sono chiare nelle tendenze sia presenti che nel passato
decennio. I dati sull'Africa sono simili a quelli riportati
più avanti nel settore elettrico e lì vengono
mostrate le osservazioni rilevanti per il continente Africano. Il
valore negativo 2016 del Sud e Centro America è causato
principalmente dal Brasile. La situazione in Europa e Nord America
è ancora guidata dall'effetto delle passate turbolenze
economico/ finanziarie e dalla crescente disaggregazione tra
aumenti dei consumi energetici ed emissioni di CO2 ed aumento del
PIL come mostrato in figura 1 [4]. Questa è la conseguenza
delle razionalizzazioni nelle attività di consumo dei
diversi settori e nelle politiche di efficienza energetica,
implementate per contrastare i cambiamenti climatici e i problemi
ambientali con riduzione dell'intensità energetica (consumo
di energia per 1 dollaro di PIL). Figura 1 Disaggregazione dallo
sviluppo del PIL dellaumento dei consumi di energia primaria e
delle conseguenti emissioni di CO2 (fonte: IEA WEO 2016) La figura
2 mostra l'andamento per il periodo 1990-2015 del PIL pro capite e
dellintensità energetica in alcune nazioni/aree chiave.
Figura 2 Andamento del PIL pro capite in dollari statunitensi 2015
(asse orizzontale) e intensità di energia in kTEP per 1
dollaro di PIL (asse verticale) nelle principali nazioni/aree
mondiali, periodo 1990-2015 (elaborazione WEC Italy) Esistono
ancora grandi differenze tra i vari paesi, ma in ogni caso è
da notare l'impressionante riduzione dellintensità
energetica della Cina (quasi 3 volte) dovuta principalmente alla
ristrutturazione del settore industriale. L'Unione Europea è
la regione con il valore più basso per intensità
energetica. Secondo Enerdata [2] "I paesi della CSI
(Comunità degli Stati Indipendenti comprendente 9 delle 15
ex repubbliche sovietiche, alle quali si aggiungono il Turkmenistan
come membro associato e l'Ucraina come paese partecipante)
rimangono larea con la più alta intensità energetica,
essendo ad un livello molte volte superiore a quello dell'Unione
Europea. L'alta intensità energetica nella CSI, nel Medio
Oriente, in Cina e in altri paesi asiatici in via di sviluppo si
spiega principalmente con la predominanza delle industrie ad alta
intensità energetica, con economie basate sull'esportazione
di materie prime e con i bassi prezzi dell'energia che non
incoraggiano l'efficienza energetica". A livello mondiale
l'intensità energetica nel 2016 è migliorata del 2%
rispetto al 2015, principalmente per merito della Cina. Con
riferimento al consumo di energia primaria del 2016, la quota dei
primi 5 paesi è stata: Cina 23,0% USA 17,1% India 5,5%
Russia 5,1% Giappone 3,4% La seguente figura 3 riepiloga lo
sviluppo della quota di consumo di energia primaria per fonte nel
decennio dal 2005 al 2015. Figura 3: sviluppo a livello globale
negli ultimi 10 anni delle quote di consumo delle varie risorse
primarie di energia . Fonte: WEC [3] È abbastanza chiaro che
leolico e il solare hanno avuto uno sviluppo esplosivo in 10 anni
(produzione annuale di energia circa 7 e 50 volte più grande
rispettivamente), ma il loro contributo all'energia primaria
è, ad ora, ancora marginale (2%). I combustibili fossili
sono ancora predominanti nel 2015 con una quota dell'86% (rispetto
all'87,5% del 2005) con il petrolio che rimane la prima fonte con
il 33% (riduzione dal 37% nel 2005) e con aumenti marginali delle
quote di carbone e gas. Il nucleare, a causa del post Fukushima, ha
registrato un calo dal 5,73% al 4,44%. Lidroelettrico un aumento
dal 6,05% al 6,79%. Il consumo annuale totale pro capite di energia
primaria presenta differenze molto ampie da paese a paese. Da circa
19.000 kTEP/anno di Islanda e Qatar, a circa 10.000 di Bahrein e
Kuwait, 7.000 per Stati Uniti e Canada; la fascia 3.000-6.000 per
molti paesi europei, Giappone e Corea del Sud; la Cina 2.300,
lIndia 650, molti paesi del Sub Sahara sotto a 250 kTEP/anno e di
gran lunga meno in altri paesi. 3 - Panorama attuale nel settore
dellEnergia Elettrica La produzione globale lorda di
elettricità nel 2016 è stata di 24.816 TWh, con una
crescita media annua del 3,4% negli ultimi 40 anni; il contributo
delle diverse fonti è riportato nella figura 4. Il 65,1%
della produzione mondiale proveniva da impianti a combustibili
fossili, contro il 10,5% da nucleare e il 24,4% da tutte le fonti
rinnovabili (FER), mentre l'idroelettrico con una quota del 16,4%
ha contribuito con circa il 67% alla produzione globale di FER. La
produzione da petrolio è praticamente ridotta a circa il 4%.
Carbone 37,5% FF: 65,1% Petrolio 4,0% Gas 23,6% Nucleare 10,5%
Idroelettrico 16,4% FER 24,4% Biomasse 2,3% Altre Rinnovabili 5,7%
Figura 4 Contributo per fonte alla produzione lorda globale di
elettricità 2016 - Elaborazione da IEA [4] Dalla figura 5
risulta chiaramente come la capacità globale delle FER sia
aumentata di 2,5 volte dal 2004 al 2016 con una crescita media
annua dell'8%, rispetto al 4% della capacità totale termica
convenzionale più nucleare; la crescita delle FER è
stata trainata principalmente da circa 750 GW aggiuntivi di energia
eolica e solare con un tasso di crescita medio annuo
rispettivamente del 21% e del 47%. La bassa quota di energia eolica
e solare nella produzione di energia elettrica rispetto alla
capacità installata è spiegata dal minor numero di
ore di funzionamento equivalenti all'anno (circa 2.000 e 1.100
rispettivamente) rispetto alle altre fonti. Figura 5 - Aumento di
capacità installata mondiale per fonte 2004-2016 e
produzione di energia elettrica nel 2016. Fonte: WEC [5] e CESI Al
31 dicembre 2016, leolico e il fotovoltaico hanno raggiunto una
capacità installata globale di 487 GW e 303 GW
rispettivamente con un aumento percentuale del 31% e del 67%
rispetto ai loro valori al 31 dicembre 2014. Vale la pena notare
che un aumento dei volumi di installazioni FER combinato con gli
sviluppi tecnologici, ha condotto a una sostanziale riduzione delle
spese in conto capitale di impianti eolici e solari; questo ha
prodotto, in aree con forte vento, forte radiazione solare e bassi
costi locali, effetti sulle vendite allasta per grandi impianti a
circa 18 dollari/MWh sul il fotovoltaico (PV) in Messico e Arabia
Saudita e 28 dollari/MWh sulleolico in Marocco. Ma anche in Europa
sono stati ottenuti recenti risultati interessanti dalle aste:
leolico in Spagna a 47,8 dollari/MWh e il fotovoltaico in Danimarca
a circa 60. Un investitore ha fatto unofferta per un progetto
eolico off-shore in Germania per vendere l'energia al prezzo del
mercato elettrico, con costi di connessione però a carico
del TSO (Trasmission System Operator) e, quindi, dei clienti
finali. Considerando la natura variabile del vento e del sole con
impatto rilevante [5] sul funzionamento affidabile e sui costi
complessivi del sistema elettrico quando essi assumono una quota
importante di produzione di elettricità (necessità di
capacità di riserva aggiuntiva e flessibile, costi di
bilanciamento, necessari sviluppi del sistema di trasmissione e
distribuzione, necessità di far fronte a rampe rapide in
salita e discesa della produzione rinnovabile, mercato della
capacità per assicurare sicurezza delle forniture in caso di
scarsità di vento e/o sole ecc.), la vera sfida per il loro
forte sviluppo è un approccio olistico a lungo termine per
la riprogettazione del globale sistema di generazione-trasmissione
e distribuzione e la sua pianificazione con sofisticate valutazioni
tecnico-normative ed economiche, e l'introduzione di futuri sistemi
di accumulo a basso costo. Una tendenza importante negli ultimi
decenni è stata la crescente quota di paesi non OCSE nella
produzione mondiale di elettricità (lo stesso vale per il
consumo di energia primaria) come mostrato nella Fig.6. Dal 2000 al
2010 la crescita annuale media nei paesi dell'OCSE è stata
meno dell'1% rispetto a circa il 6% nei paesi non OCSE. Figura 6
Produzione di elettricità in paesi OCSE e non OCSE (fonte:
CIGRE 2014) Dal 2010 la produzione di elettricità dei paesi
non OCSE supera quella dei paesi dell'OCSE con una differenza
crescente. Le tendenze negli ultimi decenni per le diverse fonti di
produzione di elettricità hanno mostrato differenze
significative tra i paesi dell'OCSE e non OCSE come chiaramente
mostrato in Fig.7; sia nell'OCSE che nei paesi non OCSE la fonte
petrolifera è drasticamente ridotta; il carbone crolla
nell'OCSE dal 1985 mentre è in aumento in paesi non OCSE,
dove ha una quota vicina al 50%. Il gas ha avuto un notevole
aumento dal 1985 circa nellOCSE e, ora, ha la stessa quota del
carbone a circa il 28%, mentre la sua quota è stata
piuttosto costante in paesi non OCSE. Lidroelettrico ha dimezzato
la sua quota in OCSE (ha praticamente sfruttato appieno il
potenziale per i grandi impianti), ma ha mantenuto una quota
costante nei paesi non OCSE; per quanto riguarda l'energia eolica e
solare, i paesi OCSE sono stati precursori (in particolare l'Unione
Europea), con un aumento maggiore rispetto ai non OCSE, ma hanno
perso la loro leadership sia in quota che nella capacità
installata annualmente; Figura 7- Tendenza passata nella quota di
produzione lorda di elettricità per fonte nellOCSE
(diagramma in alto) e nei paesi non OCSE (diagramma in basso) -
Fonte IEA [4] L'evoluzione della produzione globale di
elettricità per fonte negli ultimi 15 anni è
sintetizzata nella tabella seguente, sulla base delle elaborazioni
dei dati dell'IEA. In 15 anni la quota della produzione da
combustibili fossili è aumentata dal 64,7% al 65,1% a causa
della sua crescita nei paesi non OCSE non compensata dalla sua
diminuzione in quelli OCSE; 2001 2016 Carbone 38,7% FF: 64,7% 37,5%
FF: 65,1% Petrolio 7,4% 4,0% Gas 18,6% 23,6% Nucleare 17,1% 10,5%
Idroelettrico 16,5% FER: 18,2 16,4% FER: 24,4% Biomasse 1,1% 2,3%
Altre Rinnovabili 0,6% 5,7% Il carbone, dopo un picco di circa il
42% nel 2010, ha nel 2016 una quota di poco inferiore a quella di
15 anni fa, mentre l'aumento del gas ha compensato il crollo del
petrolio e parte di quello del nucleare. Il nucleare è
crollato dal 17,1% al 10,5% (anche se i totali TWh prodotti sono
praticamente gli stessi), la quota delle biomasse è
raddoppiata. Il contributo delle FER è aumentato dal 18,2%
al 24,4%, principalmente trainato da energia eolica e solare, che
hanno aumentato la loro quota di quasi 10 volte. La quota
dellidroelettrico è praticamente costante. Secondo i dati
recenti di BP [1], in riferimento alla produzione mondiale di
elettricità per il 2016 di 24.816 TWh, la quota dei primi 5
paesi è stata: Cina 24,8% USA 17,5% India 5,6% Russia 4,4%
Giappone 4% I primi 3 paesi producono quasi il 50%
dell'elettricità globale, con una considerevole produzione
dal carbone, per un totale di circa 2/3 della produzione mondiale
di elettricità da carbone (la quota da carbone della Cina e
dell'India nella produzione di elettricità si attesta
intorno al 65% e degli Stati Uniti al 31%, anche se in diminuzione
rispetto al 39% del 2014). Per regione, secondo BP [1], la quota
globale di produzione di energia elettrica nel 2016, l'aumento
percentuale rispetto al 2015 e la crescita media annua nel periodo
2005-2015, sono risultati : Quota 2016 Crescita 2016 Crescita
2005-2015 Asia del Pacifico 43,9% 4,4% 5,7% Europa e Eurasia 21,7%
0,8% 0,3% Nord America 21,5% 0,1% 0,2% America del Sud e Centrale
5,3% 0,4% 3,2% Medio Oriente 4,5% 1,9% 5,7% Africa 3,2% 0,6% 3,3%
Totale Mondiale 100% 2,2% 2,8% È piuttosto evidente la
posizione dominante dell'Asia del Pacifico sia nella crescita del
2016 che in quella degli ultimi 10 anni, anche se con una certa
riduzione trainata principalmente dalla Cina (che ha registrato una
crescita del 5,4% nel 2016 rispetto all'8,8% del periodo
2005-2015). L'Europa e l'Eurasia hanno visto alcuni miglioramenti
nel 2016 rispetto al periodo precedente mentre il Medio Oriente ma
soprattutto l'America Centrale e del Sud e l'Africa, hanno avuto
una drastica riduzione. I paesi con il maggiore incremento della
produzione nel 2016 sono stati il Bangladesh (10,6%), il Vietnam
(9,7%), le Filippine (8,8%), la Malesia (8,1%), gli Emirati Arabi
(7,1%), l'Irlanda (6,9%), l'India (6,8 %), il Perù (6,3%) e
lIndonesia (6,1%) - a parte situazioni particolari in Portogallo e
Belgio che hanno avuto un aumento superiore al 15% . Esiste una
grande differenza nel consumo pro capite di elettricità
nelle varie regioni rispetto alla media mondiale di 3,1 MWh/anno.
Secondo gli ultimi dati delle Nazioni Unite, ignorando l'Islanda
con circa 50 MWh pro capite all'anno, abbiamo: Nord America 13,
Emirati Arabi Uniti 11, Giappone 7,5, Unione Europea 6, Cina 4,
America Latina 2,5, India 0,8 e Africa circa 0,5. L'Africa, con il
16% della popolazione mondiale, produce il 3,2%
dell'elettricità globale; circa il 30% della sua produzione
è però in Sud Africa che ha meno del 5% della
popolazione africana. Escludendo i paesi del Nord Africa e del Sud
Africa, nella regione sub-sahariana, a fronte di enormi risorse
primarie sia fossili che idroelettriche e di biomasse e
solari/eoliche, gli 880 milioni di abitanti hanno la più
alta percentuale di persone senza elettricità (70%); in
questi paesi il consumo medio pro capite annuo è dell'ordine
di alcune centinaia di kWh e in alcuni si arriva al di sotto di 50.
*Presidente Onorario WEC Italy e FAST , ex Presidente della Task
Force WEC su Integrazione delle Rinnovabili nei Sistemi di Energia
Elettrica. **Questo documento è parte di una versione
aggiornata del rapporto presentato da Clerici alla Conferenza
Mondiale INMR (Risorse Materiali Naturali Insostituibili) svoltasi
a Sitges in Spagna dal 4 al 6 Novembre 2017, e portato a termine
con il supporto del CESI La traduzione dallinglese è stata
curata da Alessandra Potalivo e Carlotta Basili BIBLIOGRAFIA [1]
BP- Statistical Review of World Energy-June 2017 [2] ENERDATA-
Global Energy Statistical Yearbook 2017 [3] WEC- World Energy
Resources 2016 [4] IEA-World Energy Outlook 2017 [5] WEC- Variable
Renewables Integration in Electricity Systems: how to get it right
-2016