39
40 Figura 2.3 Emissioni dirette dei combustibili fossili e delle bioenergie, 2017.
2.3.1.1 Effetti dello sviluppo del settore rinnovabile sulle emissioni dirette
Il calcolo delle emissioni dirette provenienti dal settore termoelettrico e lo studio del loro andamento negli ultimi anni possono essere messi in relazione con il cambiamento della composizione del parco produttivo nazionale. Il confronto tra la crescita del settore delle fonti rinnovabili e l'evoluzione delle emissioni in ambiente di CO2,eq da parte degli impianti termoelettrici mette in evidenza come, almeno in prima analisi, le FER abbiano un effetto positivo a livello ambientale. In base a quanto affermato finora risulta restrittivo trarre conclusioni numeriche poiché l'obiettivo è valutare il termine di emissione tenendo anche conto dei contributi indiretti ed è per questo motivo che ci si limita ad un confronto di tipo qualitativo. In Figura 2.4 si propone l'evoluzione di due settori, quello termoelettrico (con l'aggiunta del contributo delle bioenergie) e quello delle fonti rinnovabili. In altri termini si può dire che il paragone sia tra le fonti contribuenti o meno alle emissioni dirette nazionali. Gli andamenti proposti danno una conferma alla tesi che lo sviluppo del settore delle FER sia direttamente collegato alla diminuzione delle emissioni nocive, sebbene risulti necessario specificare che il miglioramento non sia dovuto a processi che mirino alla cattura e conseguente diminuzione delle emissioni, bensì sia causato dalla sempre maggiore copertura del carico nazionale tramite tecnologie a basso impatto ambientale, a discapito di impianti termoelettrici.
Figura 2.4 Evoluzione delle emissioni dirette in relazione al mix produttivo nazionale, 2000 – 2017.
Il periodo analizzato va dal 2000 al 2017, ed i dati sono nuovamente acquisiti da Terna. Dall'osservazione delle due curve si evince come, soprattutto negli ultimi dieci anni (periodo 2008/2017), la crescita della percentuale
41 di energia elettrica prodotta da impianti rientranti nella categoria delle fonti rinnovabili abbia portato alla diminuzione delle emissioni dirette di CO2,eq. In aggiunta a ciò, è anche bene specificare che la mutazione della struttura impiantistica del parco termoelettrico nazionale abbia avuto un'influenza non trascurabile: si consideri che, come mostrato in Figura 1.7, negli ultimi 20 anni vi è stata una costante diminuzione dell'uso dei prodotti petroliferi a favore del gas naturale (i.e. 358.82 vs 636.88 g CO2/kWh). Inoltre, la costante diffusione degli impianti cogenerativi ha portato ad una crescita dell'efficienza di conversione, permettendo di risparmiare sui consumi di combustibile e, di conseguenza, di limitare le emissioni dirette.
2.3.2 Emissioni indirette
2.3.2.1 Emissioni indirette relative agli impianti produttivi
Il calcolo delle emissioni indirette viene effettuato adottando la metodologia precedentemente descritta. Il parco produttivo termoelettrico è particolarmente variegato a livello impiantistico per cui necessita di alcune semplificazioni per poter essere analizzato. Inoltre, gli impianti vengono sfruttati sia per la produzione elettrica da combustibile fossile, sia dalle bioenergie, per cui è necessario escludere queste ultime dal calcolo. Tra le varie tipologie di impianti presenti si sceglie di analizzare quelle a ciclo combinato ed a ciclo a vapore, senza ulteriore distinzione tra cogenerazione o meno. Il procedimento di suddivisione del settore viene riportato in Tabella 2.2:
nella prima sezione della tabella si riporta la situazione reale della ripartizione degli impianti a ciclo combinato ed a vapore, considerando insieme quelli a cogenerazione o meno. Il totale parziale presentato giustifica ulteriormente la scelta delle due tecnologie come rappresentative il settore: esse ricoprono il 92.3% della capacità totale ed il 95.8% della produzione lorda. Nella seconda sezione, invece, si tiene conto della riorganizzazione della potenza e produzione lorda residue per raggiungere la completa potenza del settore termoelettrico (che da 64045 MW scende a 59910 MW con l'esclusione delle bioenergie).
Tabella 2.2 Suddivisione per tipologia di impianto del parco produttivo termoelettrico nazionale.
Classificazione impianti Capacità installata lorda Quota totale Produzione lorda Quota totale
[MW] [%] [TWh] [%]
ciclo combinato 40709 67,95 135,99 71,54
ciclo a vapore 14625 24,41 46,23 24,32
Totale parziale 55334 92,36 182,22 95,85
Totale reale 59910 100 190 100
Adattamento
Classificazione impianti Capacità installata lorda Quota totale Produzione lorda Quota totale
[MW] [%] [TWh] [%]
ciclo combinato 44075 73,57 141,87 74,63
ciclo a vapore 15835 26,43 48,23 25,37
Totale parziale 59910 100,00 190,10 100,00
Totale reale 59910 100 190 100
L'analisi dei materiali da costruzione dei due impianti si basa su studi precedenti, che analizzano impianti esistenti cercando di definire la richiesta di materiale necessario alla costruzione in funzione dei MW di potenza lorda disponibile [25][26][27]. In Tabella 2.3 si riporta l'elenco delle materie prime necessarie sia alla fase di costruzione, sia alla fase operativa. Il numero di elementi riportati è semplificato come da fonte, in modo da considerare solo i principali quantitativi. Per ogni elemento si procede al calcolo relativo all'intero parco nazionale, facendo riferimento alle potenze lorde ottenute in Tabella 2.2; si procede inoltre alla valutazione dell'energia richiesta (CED) ed all'emissione di CO2,eq (GWP), facendo riferimento ai valori ottenuti tramite il software SimaPro e riportati in Tabella 6.11. Dall'analisi dei risultati ottenuti in Tabella 2.3 si può calcolare il fattore di emissione relativo alle strutture impiantistiche caratterizzanti il settore. Seguendo quanto riportato in 2.2.1, si procede con il calcolo delle varie voci che costituiscono le emissioni indirette ricercate (Tabella 2.4).
42 I range di γ ipotizzati sono: γcostruzione=0.10-0.15, γmanutenzione=0.01-0.05 e γsmantellamento=0.08-0.12. Per il calcolo complessivo si sommano i contributi di entrambi gli impianti in proporzione al loro peso sull'intero settore, secondo quanto stimato in Tabella 2.2: il totale rappresenta le teoriche emissioni indirette del settore termoelettrico.
Tabella 2.3 Materiali relativi agli impianti caratterizzanti il settore termoelettrico nazionale.
Materiali Impianto Settore Energia richiesta Emissione di CO2,eq
CED CEDtot GWP GWPtot
Impianti a Ciclo Combinato Fase di costruzione
[t/MW] [kg] [MJ,eq/kg] [MJ,eq] [kgCO2,eq/kg] [kgCO2,eq]
Calcestruzzo 97,749 4,49E+09 0,492 2,21E+09 0,113 5,06E+08
Acciaio 31,03 1,43E+09 20,3 2,89E+10 1,05 1,50E+09
Ferro 0,408 1,88E+07 27,4 5,14E+08 1,8 3,38E+07
Alluminio 0,204 9,38E+06 137 1,28E+09 8,77 8,22E+07
[Mm3/MW] [m3] [MJ,eq/kg] [MJ,eq] [kgCO2,eq/kg] [kgCO2,eq]
Acqua 300 1,38E+10 0,00622 8,58E+07 0,000378 5,21E+06
Fase operativa (30 anni)
[m3/MW] [m3] [MJ,eq/kg] [MJ,eq] [kgCO2,eq/kg] [kgCO2,eq]
Acqua di processo 3771,429 1,73E+11 0,00622 1,08E+09 0,000378 6,55E+07
Impianti a Ciclo a Vapore Fase di costruzione
[t/MW] [kg] [MJ,eq/kg] [MJ,eq] [kgCO2,eq/kg] [kgCO2,eq]
Calcestruzzo 158,758 2,87E+09 0,492 1,41E+09 0,113 3,23E+08
Acciaio 50,721 9,17E+08 20,3 1,86E+10 1,05 9,63E+08
Ferro 0,619 1,12E+07 27,4 3,07E+08 1,8 2,02E+07
Alluminio 0,419 7,58E+06 137 1,04E+09 8,77 6,65E+07
Fase operativa (30 anni)
[t/GWh] [kg] [MJ,eq/kg] [MJ,eq] [kgCO2,eq/kg] [kgCO2,eq]
Lime 6,769 1,11E+10 0,108 1,20E+09 0,00647 7,18E+07
Limestone 90,704 1,49E+11 0,108 1,61E+10 0,00647 9,63E+08
Tabella 2.4 Calcolo emissioni indirette impianti termoelettrici.
Ciclo Combinato Ciclo a Vapore
CEDtot CO2,eq,tot CEDtot CO2,eq,tot
γmedio
[MJeq] [kgCO2,eq] [MJeq] [kgCO2,eq]
Materiali 3.27E+10 2.10E+09 3.39E+10 2.11E+09
Costruzione 3.27E+09 2.63E+08 3.39E+09 2.64E+08 0.125
En dir per indiretta 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00
Manutenzione 3.27E+08 6.30E+07 3.39E+08 6.34E+07 0.03
Lavoro 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00
Smantellamento 2.62E+09 2.10E+08 2.72E+09 2.11E+08 0.1
Ammortamento 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00
Totale 3.89E+10 2.64E+09 4.04E+10 2.65E+09
Variabilità
γminimo γmedio γmassimo
Impianto a Ciclo Combinato
CO2,eq,tot (30 anni) [kgCO2,eq] 2.50E+09 2.64E+09 2.77E+09
Fattore di emissione [gCO2,eq/kWh] 0.587 0.619 0.651
Impianto a Ciclo a Vapore
CO2,eq,tot (30 anni) [kgCO2,eq] 2.52E+09 2.65E+09 2.79E+09
Fattore di emissione [gCO2,eq/kWh] 1.739 1.834 1.929
Totale
CO2,eq,tot (30 anni) [kgCO2,eq] 5.02E+09 5.29E+09 5.56E+09
Fattore di emissione [gCO2,eq/kWh] 0.879 0.928 0.976
43 2.3.2.2 Emissioni indirette relative ai combustibili utilizzati durante la fase operativa
Il secondo contributo alle emissioni indirette totali del settore termoelettrico viene dato dal calcolo delle emissioni prodotte nella fase di ricerca, produzione e trasporto in loco dei combustibili necessari alla produzione elettrica del parco termoelettrico nazionale. I combustibili selezionati sono quattro: gas naturale, combustibili solidi, prodotti petroliferi e altro (in cui si racchiudono i restanti combustibili adottati, escludendo le bioenergie).
Per valutare il consumo di combustibili nel 2017 si sceglie di considerare i consumi specifici forniti in Tabella 6.2, tenendo conto dei valori totali, medie ponderate delle tecnologie con e senza cogenerazione. I fattori di emissione specifica per combustibile sono ricavati tramite il software SimaPro (Tabella 6.11). In Tabella 2.5 si riportano i risultati ottenuti per ogni combustibile ed il totale, media ponderata dei singoli fattori di emissione rispetto alla produzione elettrica lorda del 2017. Si specifica che per quanto riguarda la categoria altro, non essendo possibile definire in modo preciso i consumi e le relative emissioni ed essendo trascurabile la produzione elettrica rispetto alle altre tre, si sceglie di associare come fattore emissivo la media ponderata sui tre precedenti combustibili.
Tabella 2.5 Emissioni indirette relative ai combustibili utilizzati, 2017.
Combustibili Consumo specifico LHV Consumo 2017 Emissioni specifiche Fattore di emissione [kJp/kWh] [MJp/kg] [kg] [kgCO2,eq/kg] [gCO2,eq/kWh]
Gas Naturale 6393.01 47.7 1.88E+10 0.536 71.893
Combustibili solidi 9266.48 33.5 9.03E+09 0.277 76.621
Prodotti Petroliferi 8154.30 41.3 8.06E+08 0.623 123.01
Altro [-] [-] [-] [-] 73.943
Totale [-] [-] [-] [-] 73.943
2.3.3 Emissioni settore termoelettrico
Le emissioni complessive del settore termoelettrico nazionale nel 2017 vengono calcolate come sommatoria delle emissioni dirette ed indirette precedentemente calcolate. Si specifica che, essendo trascurabile la variabilità del fattore di emissione indiretta degli impianti (Tabella 2.4), si sceglie di adottare il valore calcolato con γmedio. In Tabella 2.6 si riportano i valori ottenuti per tipologia di combustibile utilizzato, mentre nella successiva Figura 2.5 si mostra il peso di ogni componente di emissione sul totale, sia per l'intero settore, sia per ognuno dei principali combustibili. Come ci si può aspettare, i combustibili solidi hanno il maggior fattore di emissione mentre il gas naturale il minore (ciò è dovuto non solo alla tipologia di combustibile ma anche alla tecnologia dell'impianto, da cui dipende l'efficienza della produzione elettrica).
Tabella 2.6 Calcolo complessivo delle emissioni del settore termoelettrico, 2017.
Combustibili Emissioni dirette Emissioni indirette - combustibile
Emissioni indirette
- impianti Emissioni indirette Fattore di emissione totale [gCO2,eq/kWh] [gCO2,eq/kWh] [gCO2,eq/kWh] [gCO2,eq/kWh] [gCO2,eq/kWh]
Gas Naturale 358.818 71.893 0.928 72.821 431.639
Combustibili Solidi 891.983 76.621 0.928 77.549 969.532
Prodotti Petroliferi 636.880 123.01 0.928 123.933 760.813
Altro 403.985 73.943 0.928 74.871 478.855
Totale 459.395 73.943 0.928 74.871 534.266
44 Figura 2.5 Quote percentuali dei contributi costituenti il fattore di emissione del parco termoelettrico nazionale, 2017.
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