UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PISA
Dipartimento di Economia e Management
Corso di Laurea in Marketing e Ricerche di Mercato
Tesi di Laurea
Energie Rinnovabili: quali prospettive
dopo la chiusura degli incentivi
Candidato:
Claudio Nencioni
Relatore:
Piero Manfredi
Sommario
Introduzione ... 4
1. Definizioni ... 5
1.1 Il concetto di energia ... 5
1.2 Fonti di energia ... 6
1.3 Produzione elettrica da fonte rinnovabile ... 8
1.4 La Generazione Distribuita ... 16
1.5 Promozione e incentivazione delle fonti rinnovabili ... 17
1.6 Glossario ... 20
2. Produzione e consumi energetici in Italia ... 23
2.1 Fonti ... 23
2.2 Andamenti ... 27
3. Modelli di diffusione ... 47
3.1. “Diffusion of innovation”: nozioni di base. ... 47
3.2 Modelli di Diffusione “Classici”... 49
3.3 Un modello di Social Learnign ... 55
3.4 Modelli Evoluzionistici di diffusione ... 61
4. Diffusione del fotovoltaico in Italia. Alcune applicazioni e considerazioni modellistiche. ... 66
4.1 Dati del mercato fotovoltaico italiano e adattamento NLS del Modello di Bass... 66
4.2 Adattamento del Modello di Bass ai dati del mercato fotovoltaico italiano ... 72
4.3 Adattamento del Modello di Bass ad una sub popolazione di individui ... 79
4.4 Modelli utili all’interpretazione ... 82
4.5 Considerazioni ... 87
5. Conclusioni ... 90
5.1 Considerazioni sul Modello di diffusione inluential vs imitators ... 90
5.2 La nuova generazione di potenziali adottanti ... 93
5.3 Considerazioni finali ... 93
Appendice A: Il Conto Energia ... 95
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Introduzione
La recente percezione di una questione ambientale da parte dei governi mondiali ha aperto una discussione sulla necessità di ridurre le emissioni inquinanti e trovare meccanismi di approvvigionamento energetico alternativi e virtuosi al fine di creare nuove prospettive di sviluppo sostenibile. Per quanto riguarda il settore dell’energia, l’Unione Europea ha dato seguito alle discussione attraverso una serie di
provvedimenti (Libro Bianco 1997, Direttiva 2009/28/Ce, etc..) in favore della diffusione delle tecnologie di produzione elettrica da fonte rinnovabile.
La ricezione di tali direttive da parte degli stati membri ha portato alla nascita di una serie di piani di incentivazione a carattere nazionale a sostegno delle fonti rinnovabili. Oggetto di questa tesi è lo studio degli andamenti di diffusione delle tecnologie di produzione elettrica da fonte rinnovabile, in relazione all’evoluzione dei piani di incentivazione ad esse dedicati.
Il capitolo 1 della tesi è una sezione dedicata interamente alle indicazioni utili alla comprensione de fenomeno; in esso sono inserite le definizioni rilevanti della realtà energetica e la presentazione del mercato elettrico Italiano.
Il capitolo 2 è una sezione interamente dedicata ai dati. Nella prima parte sono
presentati gli obiettivi e le metodiche di ricerca delle informazioni quantitative, mentre nella seconda parte sono presentati con l’ausilio di grafici e tabelle alcuni dati sintetici sulla dimensione nel tempo del fenomeno rinnovabile.
Nel capito 3 sono stati considerati alcuni modelli di diffusione tradizionali notevoli quali Rogers (1962), Fourt & Woodlock (1960), Mansfield (1961) e Bass (1969). Quindi sono state presentate alcune varianti notevoli che prendono in considerazione i fattori di scelta: un modello di Social Learning (Young, 2009) e alcuni modelli di tipo
evoluzionistico (Bhattacharryya & Bauch 2012, d’Onofrio et al 2012).
Nel capitolo 4 sono effettuati vari utilizzi dei modelli di diffusione per discutere i dati del mercato fotovoltaico italiano e per ragionare sui possibili scenari futuri che si aprono con la cessazione dei programmi di incentivazione.Nel capitolo 5 sono presentate le conclusioni dell’elaborato.
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1. Definizioni
Uno dei problemi rilevanti che caratterizzano la società moderna è quello
dell’approvvigionamento energetico. Come suggerisce Giancarlo Santoprete (1988) “l’energia costituisce la risorsa più importante per la società umana e per l’economia in
quanto dalla sua disponibilità dipende la possibilità di migliorare le condizioni di vita e di benessere della popolazioni.” Da questo punto di vista ecco che
l’approvvigionamento di energia, sia in termini quantitativi che qualitativi, diventa obiettivo essenziale per garantire la sopravvivenza e lo sviluppo della società umana. In questo capitolo viene definito l’ambiente di sviluppo della tesi, ovvero il mercato di approvvigionamento dell’energia elettrica, con particolare attenzione alla realtà rinnovabile; in particolare verranno presentate le principali definizioni rilevanti in merito ai concetti di energia (sezione 1), fonte rinnovabile (sezione 2), tecnologie di produzione da fonte rinnovabile (sezione 3), generazione distribuita (sezione 4) e programmi di incentivazione (sezione 5). Infine è presentato il glossario GSE con alcune keywords utili alla comprensione dei dati presentati.
1.1 Il concetto di energia
Il termine energia è un concetto che poco si presta ad una definizione precisa ed univoca in quanto non è riconducibile ad una realtà materiale e direttamente
percepibile; non esiste nulla in natura, in nessuno stato della materia, corrispondente al concetto di pura energia. Questa infatti è definibile solamente attraverso una concettualizzazione astratta di tipo fisico-matematico: l’energia esprime la capacità di un corpo o di un sistema di compiere lavoro. In fisica il lavoro esprime il prodotto di una forza per lo spostamento del suo punto di applicazione, ovvero l'azione di produrre un cambiamento di configurazione in un sistema. L’unità di misura dell’energia nel sistema internazionale è il Joule (J), ed è esprimibile come:
1 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒 = 1𝑘𝑔 ∙ 1𝑚
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1𝑠2
Unità di misura alternative per l’energia sono il Newton metro (N·m), le calorie (cal) o il kilowattora (KWh). Il kilowattora in particolare, espresso come l’energia necessaria a
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fornire una potenza di un Watt (W) per un’ora (h), è usato spesso nei bilanci energetici per determinare i consumi e la produzione energetica di un paese. Tuttavia,
nonostante la possibilità di esprimere l’energia mediante delle grandezze fisiche si deve tenere a mente che queste non sono indici di misura dell’energia in quanto tale, bensì delle sue manifestazioni.
Secondo il primo principio della termodinamica infatti l'energia di un sistema
termodinamico isolato non si crea né si distrugge, ma si trasforma, passando da una forma a un'altra. Quello che è possibile misurare in realtà sono le varie forme che l’energia può assumere, di cui le principali sono: la somma dell’energia cinetica e dell’energia potenziale attinenti ad uno stesso sistema (Energia Meccanica), l’energia che viene assorbita e liberata nelle trasformazioni chimiche (Energia Chimica), l’energia posseduta da qualsiasi corpo che abbia una temperatura superiore allo zero assoluto (Energia Termica), l’energia costituita dalla somma delle energie associate al campo magnetico e al campo elettrico (Energia Elettromagnetica), l’energia derivante da trasformazioni nei nuclei atomici (Energia Nucleare) e tutte le altre forme da queste derivate.
1.2 Fonti di energia
All’interno del “sistema Terra” la presenza di energia è assicurata dalle cosiddette sorgenti energetiche, ovvero sorgenti dalle quali l’energia, in diverse forme, promana. Queste fonti di energia possono essere classificate in due gruppi in funzione della propria capacità di rigenerazione nel tempo: fonti non rinnovabili e fonti rinnovabili. Le fonti non rinnovabili sono risorse suscettibili all’esaurimento nella scala dei tempi umani, in quanto la loro costituzione, avviene nel corso di ere geologiche non
permettendo un possibile ripristino in tempi utili all’uomo. Ad oggi le risorse non rinnovabili maggiormente impiegate risultano essere i combustibili fossili, ovvero trasformazioni per carbogenesi di sostanze organiche in forme molecolari più stabili e ricche di carbonio quali il petrolio, il gas naturale ed il carbone.
Nel corso del XX° secolo si è iniziato a sfruttare a fine energetico anche materiabili fissibili quali il Torio e l’Uranio all’interno di processi nucleari di fissione e fusione. In entrambi i casi al problema dell’esaurimento delle risorse si aggiunge un’ulteriore
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criticità, la presenza di elementi di scarto potenzialmente dannosi sia per l’uomo che per l’ambiente.
L’utilizzo delle risorse fossili infatti libera massicce dosi gas serra come biossido di carbonio (CO2), anidride solforosa (SO2), ossidi d’azoto (NOx) oltre al fatto che a seguito
della combustione sono dissipati nell’ambiente molti elementi tossici come Arsenico, Berillio, Litio, Selenio, Torio e Vanadio. Il ricorso all’energia atomica invece produce residui ad elevata radioattività (Uranio, Plutonio, Torio, etc), il cui smaltimento può richiedere tempi molto lunghi, sono necessari fino a milioni di anni per gli elementi meno radiotossici affinché il processo di decadimento radioattivo sia completo. A causa della veloce esauribilità, non coniugabile con i recenti ritmi di consumo energetico, e dei rilevanti impatti ambientali che l’utilizzo delle fonti non rinnovabili comporta, l’attenzione di molti governi si è spostata sulle fonti alternative di
approvvigionamento energetico, le fonti rinnovabili. Sono definite rinnovabili le risorse che per loro natura possono essere considerate virtualmente inesauribili. Le sorgenti che rispondono a questa definizione si rigenerano alla stessa velocità con la quale vengono consumate, non si esauriscono nella scala dei tempi umani, il loro impiego non pregiudica l’utilizzo delle stesse per le future generazioni e vantano un costo ambientale derivante dal proprio sfruttamento nullo o molto basso. Sono da
considerarsi rinnovabili l’energia solare, geotermica, eolica, idraulica, moto ondoso e bioenergie.
L’energia solare è l’energia associata alla radiazione solare, le reazioni termonucleari che avvengono nel nucleo solare convertono la massa di idrogeno in elio trasferendo energia, sotto forma di onde elettromagnetiche, dirette verso la superficie e quindi lo spazio aperto. La superficie terreste viene investita annualmente da un energia stimata di circa 90.000 TWh, un’entità 15.000 vote superiore al fabbisogno energetico mondiale. La metà di tale energia viene trasformata in calore sulla superficie terrestre e negli oceani mentre il restante alimenta il flusso delle altre fonti rinnovabili: eolica, idrica e biomasse. In particolare circa 40.000 TWh vengono assorbite attraverso il ciclo idrologico, 400 TWh vengono convertite in energia di spostamento d’aria ed il restante viene assorbito dal processo di fotosintesi clorofilliana.
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1.3 Produzione elettrica da fonte rinnovabile
Le sorgenti rinnovabili mettono a diposizione grandi quantità di potenziale energetico sotto forma, ad esempio, di energia cinetica o termica; Il bisogno di impiegare queste risorse per alimentare le reti di approvvigionamento energetico ha posto il problema di convertire le naturali manifestazioni di energia in forme facilmente gestibili e
trasferibili come l’energia elettrica.
A tal fine è stato necessario predisporre delle tecnologie che consentissero la raccolta e la trasformazione delle varie manifestazioni energetiche in forme più facilmente gestibili, come ad esempio l’elettricità. E’ possibile suddividere queste tecnologie in funzione della loro entrata nel panorama energetico mondiale. Le fonti tradizionali corrispondono alla prima generazione di applicazioni di sfruttamento delle risorse non fossili e sono rappresentate principalmente da energia idroelettrica e geotermica. Esse sono state le prime ad essere utilizzate su vasta scala e ad oggi preservano un ruolo di rilievo in termini di diffusione raggiunta e produttività.
Idroelettrico. Per energia idroelettrica si intende la conversione dell’energia cinetica di una portata o di un salto d’acqua in energia elettrica, mediante l’uso di una turbina collegata ad un generatore. Quindi, se Q chiamiamo la portata in metri cubici al secondo, H il salto in metri, g l’accelerazione della gravità e assumiamo un rendimento medio dell’85% è possibile approssimare il valore della potenza installata misurata ai morsetti dell’alternatore:
𝑃 = 9,78 ∙ 𝑄 ∙ 𝐻 ∙ 0,85
Dal punto di vista architettonico, un impianto idroelettrico è costituito da opere civili, idrauliche ed elettromeccaniche, quali un’opera di sbarramento, un sistema di presa, una o più condotte forzate, una vasca di carico, dei canali di convogliamento e un edificio dove sono alloggiate le turbine ed il generatore elettrico. Gli impianti idroelettrici possono essere classificati in funzione del salto (H), della portata (Q) e dell’utilizzazione dell’acqua. Proprio in base a quest’ultimo criterio possiamo distinguere fra impianti a serbatoio, impianti a bacino e impianti ad acqua fluente.
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massa d’acqua in un invaso poste a monte di un’opera di sbarramento. Tendenzialmente la durata di invaso è maggiore o uguale di 400 ore. Questa tipologia di impianto è utilizzata per sopperire ai fabbisogni di energia elettrica nei momenti di maggior domanda.
Gli Impianti a bacino sfruttano la caduta di masse d’acqua provenienti da un bacino localizzato più in alto rispetto alle turbine; analogamente agli impianti a serbatoio, la produzione di energia elettrica è condizionata dagli andamenti della domanda energetica, infatti l’impianto viene sfruttato in corrispondenza di forte richieste, come nelle ore diurne mentre nei momenti di flessione della domanda i livelli di acqua nei bacini di accumulo vengono ripristinati attraverso il pompaggio. La durata di invaso oscilla dalle due alle quattrocento ore. Gli impianti ad acqua fluente utilizzano generalmente forti portate con salti modesti, vincolando la produttività di energia alle condizioni di efflusso del corso d’acqua.
L’acqua viene quindi convogliata direttamente alle turbine attraverso dei canali e restituita a valle attraverso un condotto diffusore. Non sono previsti serbatoi se non di piccola taglia (tempo di invaso inferiore alle due ore). La stessa tecnologia può essere applicata per le installazioni su canali di bonifica e negli acquedotti.
Il rendimento (η) di un generico impianto idroelettrico può essere definito come il rapporto fra la potenza effettiva (Pe) e la produzione di potenza nel
caso ideale in cui le perdite sono assenti(P0). Con P0 = g · H0 · ρ · Q e Pe = P0 – le perdite dell’impianto Pp.
Geotermia. L’energia geotermica è una forma di energia derivante dal calore endogeno della terra. Tale energia in relazione ai tempi di vita umani può essere ritenuta virtualmente inesauribile in quanto disponibile in enormi quantità (l’energia termica della terra è stimata in 12,6·1024 MJ) e alimentata
da razioni di decadimento di alcuni isotopi radioattivi come Torio e Uranio. Questo immenso potenziale energetico perviene alla crosta terrestre attraverso conduzione del calore tra gli strati più interni del pianeta verso quegli più esterni o per convenzione, mediante gas e vapore acqueo. Un impianto
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geotermoelettrico trasforma l’energia geotermica in energia elettrica, sfruttando bacini di raccolta caratterizzati da temperature di oltre 150° e profondità variabili dalle decine alle migliaia di metri. Un impianto è costituito da un sistema di raccolta (tubazioni di trasporto, pozzi, sistemi di separazione acqua-vapore), un sistema di produzione elettrica (turbina e generatore), un sistema di trattamento del vapore esausto (condensatore, torre di
raffreddamento) e sistema di reiniezione dell’acqua nel bacino geotermico. In funzione della temperatura di lavoro all’interno del sistema si distinguono tre tipologie di impianti: ad alta entalpia (temperature del fluido superiore ai 225 °C), a bassa entalpia (temperature del fluido sotto i 125 °C) e a media entalpia (temperature del fluido a livelli intermedi). Gli impianti a bassa entalpia sono utilizzati per usi diretti e sono installabili nella maggior parte dei terreni e bacini idrologici mentre gli impianti ad alta e media entalpia sono impiegati nella produzione elettrica; la loro installazione è però vincolata alla localizzazione di zone caratterizzate da intensa attività geologica (es Larderello, Toscana). Le nuove fonti di energia rinnovabile (NFER) rappresentano le nuove forme di
sfruttamento delle risorse naturali non esauribili e sono costituite principalmente da eolico, bioenergie e fotovoltaico.
Eolico. La produzione di energia elettrica da fonte eolica sfrutta l’energia cinetica delle correnti d’aria. Le radiazioni solari provocano differenze di
pressione atmosferica sulla superficie terrestre; infatti l’aria sovrastante le zone irraggiate diventa più leggera e si dilata diminuendo localmente la pressione, conseguentemente le masse d’aria circostanti, più fredde, convergono
formando il vento. L’energia associata al moto di un determinato flusso d’aria avente massa m e velocità v su una pala di area A è data da:
𝐸 = 1
2∙ 𝐴ℎ𝜌𝑣
2
mentre la potenza del flusso (ΔEΔt) diventa: 𝑃 = 1
2𝐴𝜌𝑣
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Quindi la potenza dipende dall’ampiezza dell’area delle pale ma soprattutto dal cubo della velocità del vento. Da questo se ne deduce che l’efficacia di una
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tecnologia eolica dipenda in massima parte dalle caratteristiche anemologiche del sito d’installazione.
La tecnologia di sfruttamento eolico prende il nome di aerogeneratore; si distinguono due tipologie di macchine eoliche in funzione della configurazione del rotore: ad asse orizzontale e ad asse verticale. Gli aeromotori ad asse orizzontale si compongono generalmente di una torre di supporto di altezza variabile (10 – 120 metri), un rotore meccanico dotato di pale posizionato parallelamente alla direzione del vento, un numero variabile di pale poste perpendicolarmente al rispetto al rotore e una navicella al cui interno è collocato il sistema di trasformazione, il moltiplicatore di giri e il generatore elettrico. Questa soluzione rimane la più diffusa in virtù degli alti rendimenti assicurati, nonostante ciò presenta tre fattori di criticità:
- Necessità di includere complessi sistemi controllo.
- Le pale possono sfruttare il vento in una sola direzione e quindi necessitano di un sistema di orientamento.
- L’impianto è molto sensibile all’intensità del flusso, il sistema non riesce a sfruttare venti con velocità inferiore ai 3-5 m/s (cut-in) e per motivi di sicurezza l’aerogeneratore deve essere bloccato dall’impianto frenante a velocità troppo sostenute 20-25 m/s (cut-off).
Negli aeromotori ad asse verticale il rotore risulta essere posizionato
perpendicolarmente alla direzione del vento. La soluzione classica prevede una struttura semplice composta da due o tre pale di forma curva che ruotano attorno ad un perno verticale alla cui base è posto un generatore. Nonostante siano meno diffuse a causa dell’inferiore rendimento queste applicazioni assicurano alcuni vantaggi, ad esempio l’indipendenza dalla direzione del vento, impianti meno complessi sotto il profilo costruttivi, facilità di manutenzione.
Bioenergie. Con il termine bioenergia si fa comunemente riferimento all’energia ricavata dai processi di conversione dei combustibili derivanti da materia vivente. I biocombustibili, che possono manifestarsi a livello solido (biomassa), liquido (bioliquidi) e gassoso (biogas), sono prodotti derivati dalla
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fotosintesi clorofilliana, il processo mediante il quale i vegetali sfruttando l’energia solare sintetizzano, carbonio, idrogeno e ossigeno dall’anidride carbonica e dall’acqua producendo glucosio
𝑛(𝐶𝑂2) + 𝑛(𝐻2𝑂) + 𝑙𝑢𝑐𝑒 → (𝐶𝐻2𝑂)𝑛+ 𝑛(𝑂2)
Sfruttando l’interazione con l’ossigeno ad esempio mediante combustione o digestione è possibile scatenare una reazione inversa: si consuma ossigeno e glucosio per ottenere anidride carbonica, acqua ed energia termica.
(𝐶𝐻2𝑂)𝑛+ 𝑛(𝑂2) → 𝑛(𝐶𝑂2) + 𝑛(𝐻2𝑂) + 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑒 La biomassa solida è biomateriale di origine legnosa quali scarti di falegnamerie, residui di aziende agricole o lavorazione del legno, manutenzione di boschi, parchi e verde urbano, coltivazione dedicata.
Generalmente la biomassa è commercializzata sotto forma di cippato, legno di bassa qualità sminuzzato in frammenti di pochi centimetri, o di pellet, cilindri di 30 – 40 mm di lunghezza e 6 – mm di diametro ottenuti mediante lavorazione ad alta pressione delle segatura.
Il biogas è il prodotto della demolizione anaerobica delle sostanze organiche ad opera di batteri. Il gas così ottenuto risulta composto da una miscela di metano, anidride carbonica, ossigeno e una quantità variabile di impurezze (ammoniaca, fluoruri e silicati).
I bioliquidi sono biocarburanti ricavati da oli vegetali (derivanti da colza, soia, girasole, palma etc..) tramite processi di esterificazione.
Coerentemente all’alto numero di biocarburanti diversi esistenti anche gli impianti di conversione in bioenergie sono caratterizzati da tecnologie di conversione differenti. Generalmente comunque un impianto termoelettrico alimentato a biocombustibile sfrutta l’energia termica del biocarburante per produrre energia meccanica e conseguentemente energia elettrica. Proprio il lungo processo di conversione coniugato al basso valore energetico dei
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di produttività, rendendo le bioenergie una fra le risorse rinnovabili meno efficenti.
Fotovoltaico. L’energia solare si trasmette alla crosta terrestre tramite onde elettromagnetiche che occupano determinate lunghezze d’onda. L’energia associata ad una generica lunghezza d’onda è quantificabile tramite la relazione di Plank secondo la quale l’energia E è pari al rapporto tra h · c e λ dove h rappresenta la costante di Plank (6,625·10-34 J·s) c la velocità della luce e λ la
frequenza della radiazione misurata in Hz. Le onde elettromagnetiche irraggiate occupano le lunghezze d’onda comprese tra 0.15 µm (micrometri) e 4 µm; la porzione compresa tra 0.4 e 0.74 µm, equivalente alle radiazioni blu-violette, verdi, gialle e rosse-arancioni, rappresenta la parte visibile dello spettro, mentre le zone che vanno da 0.15 µm a 0.4 µm e 0.74 µm a 4 µm
rappresentano la parte invisibile dello spettro, rispettivamente l’ultravioletto e l’infrarosso. Sulla crosta terrestre la radiazione efficacemente utilizzabile dall’uomo è costituita dalle lunghezze d’onda incluse nell’intervallo 0.29 µm –
2.5 µm, le quali possono essere impiegate nei processi di trasformazione in
energia elettrica.
La tecnologia fotovoltaica consente di convertire l’energia associata alla radiazione solare direttamente in energia elettrica; ciò è possibile grazie all’effetto fotovoltaico, ovvero il processo di interazione delle onde
elettromagnetiche con gli elettroni di valenza dei materiali semiconduttori. Quando un fotone dotato di sufficiente energia viene assorbito dalla superficie semiconduttrice, nella stessa, si crea una coppia di cariche elettriche di segno opposto, l’elettrone, di carica negativa e la lacuna, di carica positiva; in questa situazione si rendono disponibili dei portatori di carica, che possono essere sfruttati per generare energia elettrica. Per consentire un flusso di corrente è necessario alterare il semiconduttore affinché presenti una zona caricata positivamente (catione) ed una caricata negativamente (anione); Ciò è reso possibile dal “drogaggio”, inserendo atomi di boro e di fosforo si ottiene una struttura con eccesso di lacune ed una con eccesso di elettroni. Quando il materiale trattato è sottoposto a irraggiamento il campo elettromagnetico così
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creato crea un flusso di elettroni che si sposta dalla zona a potenziale maggiore alla zona a potenziale minore.
Un impianto fotovoltaico si compone essenzialmente di due componenti fondamentali, le celle e l’inverter, a cui si aggiunge un sistema di batterie negli impianti isolati.
Le celle sono le unità elementari del sistema, composte da materiali semiconduttori, catturano la radiazione solare e la convertono in energia elettrica; più celle collegate assieme formano un modulo, il componente base commercialmente disponibile, più moduli connessi in serie formano una sezione.
L’inverter è l’elemento che trasforma la corrente continua in corrente alternata. Il generatore fotovoltaico immette nel sistema corrente continua mentre la rete elettrica, così come le apparecchiature elettromeccaniche, funzionano a corrente alternata. L’inverter ha quindi il compito di convertire la corrente continua in uscita dalle celle in corrente alternata riversabile in rete o utilizzabile direttamente dall’utenza.
Spesso all’inverter può essere associato un trasformatore il cui compito è quello di adattare la tensione a quella della rete elettrica nazionale; nelle installazioni di piccola taglia spesso viene fatto a meno del generatore risparmiando sugli spazi e sui costi, o viene posto prima dell’inverter con una soluzione che prende il nome di step-up.
Le batterie rappresentano l’elemento “variabile” del sistema. Negli impianti “isolati (Stand-Alone) che non possono usufruire dell’allaccio alla rete si rende necessaria la presenza di un ulteriore componente, l’accumulatore di carica. L’accumulatore di carica non è altro che un banco di batterie, dimensionato in maniera tale da rendere l’intero sistema autosufficiente. La batteria ad oggi più utilizzata e quella al piombo-acido, che risulta essere efficiente dal punto di vista funzionale ed economicamente vantaggiosa.
Gli impianti fotovoltaici possono essere distinti in base alla tecnologia di conversione della radiazione solare, ovvero dalla composizione delle celle fotovoltaiche; attualmente sono in commercio tre alternative: silicio cristallino, thin film e celle multigiunzione. A differenti tecnologie corrispondono diverse
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capacità di conversione e costi. Il silicio cristallino rappresenta la tecnologia più matura e maggiormente sfruttata; questa si basa sulle proprietà conduttrici di due particolari configurazioni molecolari della silice (SiO2), mono e
policristallina. Nella struttura monocristallina gli atomi di silicio sono orientati nello stesso verso e legati gli uni agli altri nella stessa maniere, mentre nel caso del policristallino questi sono aggregati in maniera disordinata. La principale differenza fra le due alternative è l’efficienza di conversione (14 – 17% per il monocristallino e 12 – 14% per il policristallino).
La seconda tecnologia è il cosiddetto thin film (film sottile), una sottile pellicola di silicio amorfo poggiato sopra ad un supporto plastico. Si parla di silicio amorfo perché sono utilizzati due composti di silicio e idrogeno quali il silano
(SiH4) e il disilano (Si2H6). L’efficienza assicurata attraverso questa composti è
decisamente inferiore (7 – 8%) rispetto al silicio, a causa dell’orientamento casuale degli atomi nel film. Un’alternativa valida per sopperire ai bassi
rendimenti è lo sfruttamento di diversi composti conduttori al posto del silicio come il diselenurio di indio e rame o il telleruro di cadmio che assicurano una percentuale di conversione attorno all’11%.
Ancora non sostenibili dal punto di vista economico risultano essere composti quali l’arseniuro di gallio (GaAs) e l’arseniuro di gallio e alluminio (GaAlAs) che in prove di laboratorio raggiungono picchi di efficienza del 30%.
Da ultimo, le celle multigiunzione; un applicazione tecnica che si basa sulla sovrapposizione di materiali differenti. Ogni strato è chimicamente trattato per aumentare la sensibilità a diverse lunghezze d’onda della radiazione solare. Le tipologie più diffuse sono la cella tandem, costituita da una sola giunzione che combina una cella ad alto gap energetico con una cella a basso gap energetico. Le celle che raggiungono maggiore efficienza sono quelle a tripla giunzione che associando tre materiali raggiungono in condizioni ottimali il 40%.
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1.4 La Generazione Distribuita
Tradizionalmente il sistema elettrico Italiano si appoggia al “modello classico” di produzione elettrica, altresì chiamato sistema centralizzato. Tale modello demanda la produzione di energia elettrica alla capacità di generazione di pochi grandi impianti (potenza efficiente lorda ≥ 20 MW) allacciati direttamente alla rete elettrica nazionale di trasmissione. L’energia viene poi trasferita per mezzo di “cabine primarie” dalla rete di trasmissione, che opera in alta tensione, alla rete di distribuzione, caratterizzata da un livello di tensione inferiore, per poi essere ceduta all’utenza pubblica e privata. Tale modello implica una rigidità intrinseca evidente, infatti il flusso di corrente è
unidirezionale, dal produttore (centrale) al consumatore (utenza), che riveste un ruolo passivo, inoltre la lunghezza del sistema di smistamento genera delle perdite di rete sistematiche con conseguente perdita di efficienza per l’intero sistema.
Dal 1992 il bisogno di riformare l’intero paradigma di approvvigionamento e distribuzione di energia elettrica ha avviato un percorso di riforme per la
liberalizzazione del mercato, superando di fatto l’antecedente monopolio statale dell’energia. Oltre a questo il processo di smantellamento delle vecchie centrali elettriche a favore di nuclei produttivi più contenuti ha contribuito a cambiare il volto del sistema elettrico Italiano; si è passati da una generazione centralizzata ad una distribuita. La generazione distribuita rappresenta quindi un’evoluzione nel modo di pensare e gestire la rete elettrica. La produzione è affidata a molti impianti di piccola e media taglia alleggerendo la dipendenza dalle grandi centrali termoelettriche. Di conseguenza anche la distribuzione si è dovuta adeguare, infatti gli impianti di piccole dimensioni generano corrente a bassa o media tensione e per questo non possono allacciarsi alla rete di trasmissione ma sono connesse direttamente alla rete di distribuzione. Le linee periferiche sono così soggette da un flusso di energia a duplice dimensione, dal sistema centrale e dai vari nuclei produttivi ai quali sono connesse. Un modello con tali caratteristiche consente di massimizzare l’efficienza produttiva (le centrali di grandi dimensioni hanno rendimenti di inferiori rispetto a quelle di piccole-medie dimensioni) e ridurre i costi di distribuzione in quanto un dislocamento
omogeneo sul territorio riduce la prossimità fra unità produttive e utenze finali.
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sopperendo a problematiche diffuse come ad esempio i disservizi di alimentazione. Le tecnologie di sfruttamento delle energie rinnovabili si muovono esattamente in questa direzione creando delle evidenti sinergie con un apparato di approvvigionamento decentrato. Le fonti alternative infatti oltre ad avere caratteristiche compatibili con tale sistema quali dimensioni e costi di investimento, offrono la possibilità di
alleggerire la dipendenza dai combustibili fossili con rilevanti benefici dal punto di vista ambientale ed economico (l’Italia è un importatore netto di gas naturale e petrolio) e permettono un micro-decentramento interessando anche le utenze di piccola e piccolissima dimensione.
1.5 Promozione e incentivazione delle fonti rinnovabili
La “questione ambientale” in merito alla necessità di ridurre le emissioni inquinanti e di creare nuove prospettive di sviluppo sostenibile, ha assunto rilievo internazionale con l’adesione da parte della maggioranza dei governi mondiali al protocollo di Kyoto, l’11 dicembre 1997.
Contestualmente in Europa veniva fatta un’importante proposta dal punto di vista economico - ambientale con l’emanazione del Libro Bianco del 1997 in cui si
riconosceva il ruolo strategico delle fonti rinnovabili e si fissavano obiettivi comuni di sviluppo e diffusione delle stesse. Il pacchetto “Clima – Energia 2008” ha confermato la volontà di favorire la penetrazione delle FER nel territorio europeo; in particolare la direttiva 2009/28/Ce (anch’essa facente parte del pacchetto) ha definito il quadro strategico generale per garantire la copertura del 20% della domanda energetica UE attraverso le tecnologie rinnovabili per quanto riguarda il consumo finale lordo di energia elettrica, il riscaldamento e raffreddamento e i trasporti. Il parlamento europeo ha predisposto anche le traiettorie indicative che gli stati membri devono seguire per assicurare che gli obiettivi nazionali vengano raggiunti. Lo strumento fondamentale è l’adozione di un Piano d’azione nazionale e di energia da fonti rinnovabili (Pan). Al fine di promuovere la diffusione delle tecnologie FER gli stati membri hanno adottato diverse strategie di incentivazione, fra le più diffuse:
I. Feed in Tariff. È una tariffa prestabilita di ritiro dell’energia immessa in rete a un valore maggiore del prezzo di mercato. I soggetti preposti (enti pubblici o
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privati) al ritiro dell’energia generata da fonti FER, si fanno carico di acquisire tale energia a prezzi prestabiliti e a rivenderla sul mercato. Parte del costo dell’incentivo ricade sul consumatore finale tramite spesa in bolletta (in Italia componente A3).
II. Feed in Premium. Premio per l’energia prodotta; la remunerazione per la produzione di energia da FER si compone di due elementi: la vendita sul mercato dell’energia immessa in rete e un premio incentivante per l’energia prodotta.
III. Certificati Verdi. Come nel feed in premium esiste un doppio canale di
remunerazione: il mercato dell’energia ed il mercato dei certificati verdi dove si incontrano i produttori e la domanda obbligata creata per legge.
IV. Contributo in Conto Capitale. Somme erogate dallo stato per mezzo di enti a cittadini, imprese e pubblica amministrazione per la realizzazione degli impianti.
V. Incentivo Fiscale. Consiste nell’esenzione totale o parziale di specificate imposte di cui sono beneficiali i produttori o consumatori di energia FER. In Italia, a differenza della maggior parte dei paesi membri la cui politica di promozione delle FER elettriche si è concentrata su un unico sistema incentivante, si è preferito adottare una strategia più complessa predisponendo un elaborato sistema di incentivi che prevede meccanismi feed in premium, feed in tariff e certificati verdi. L’ente nazionale di riferimento lo sviluppo delle fonti rinnovabili è il Gestore dei Servizi Energetici (GSE) che regola i programmi di incentivo.
I. Certificati Verdi. Vengono introdotti condecreto legislativo 16 marzo 1999, n. 79, recependo la direttiva comunitaria96/92/CE del dicembre del 1996. I CV sono titoli negoziabili rilasciati dal GSE in modo proporzionale all’energia prodotta da un impianto con qualifica IAFR (impianto alimentato da fonti rinnovabili). Il sistema dei certificati verdi si compone di benefici offerti ai produttori da fonti rinnovabili e obblighi posti a carico dei produttori da fonti non rinnovabili, attraverso la creazione di un mercato dedicato. I produttori di energia rinnovabile ottengono ogni anno un Certificato Verde per ogni MWh prodotto che possono commercializzare sul mercato dei CV, mentre i
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produttori e importatori di energia non rinnovabile devono acquistare CV fino al raggiungimento di quote prefissate. Possono accedere all’incentivo tutti gli impianti rinnovabili ad esclusione di fotovoltaico, solare termico, geotermico a basse temperature e biomasse per il solo riscaldamento.
Costo Indicativo annuo: 2.886,9 Mln. € Idraulica: 743,4 Mln. €
Eolica: 1.256,3 Mln. € Geotermia: 119,5 Mln. € Bioenergie: 767,7 Mln. €
II. Tariffa Omnicomprensiva. E’ un meccanismo incentivante di tipo Feed in Tariffs alternativo al mercato dei Certificai Verdi. L’incentivo si concretizza con un esborso monetario, differenziato per fonte, che viene concesso per valorizzare l’energia elettrica netta immessa in rete da impianti IAFR. Il programma TO ha come obiettivo la promozione di impianti di piccola dimensione (con potenza nominale media che va da 1 KW a 1 MW) ad eccezione del fotovoltaico. Le tariffe sono erogate per ogni KWh immesso in rete al netto degli auto consumi. Costo indicativo annuo: 1.437,6
Idraulica: 213,3 Mln. € Eolica: 5,0 Mln. € Bioenergie: 1219,2 €
Conto Energia. E’ un programma di incentivi ad uso esclusivo della tecnologia fotovoltaica, introdotto dal Decreto Legislativo n. 387 del 29 dicembre 2003, diventando operativo in seguito all’entrata in vigore dei Decreti Attuativi del 28 luglio 2005 e 6 febbraio 2006 dal Ministero dello Sviluppo Economico e del Ministero dell’Ambiente e della Tutela del Territorio e del Mare. Il Conto Energia prevede il riconoscimento di una tariffa incentivante, costante nel tempo per l’energia prodotta da impianti fotovoltaici. Sostanzialmente si tratta di un contributo economico addizionale che valorizza la produzione per un periodo di venti anni dall’entrata in esercizio. Tale sistema è stato profondamente rivisto tanto che esistono cinque versioni del Conto Energia, l’ultima delle quali è
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terminata nel 2013 con il raggiungimento della quota massima di incentivazione di 6.7 miliardi di euro.
Primo Conto Energia: 95.158.698 € Secondo Conto Energia: 3.270.071.753 € Terzo Conto Energia: 648.924.689 € Quarto Conto Energia: 2.468.976.287 € Quinto Conto Energia: 216.877.095 €
1.6 Glossario
Bioenergie: l’insieme di Biomasse (Rifiuti urbani biodegradabili e altre Biomasse),
Biogas e Bioliquidi Le biomasse in normativa vengono definite come la “Frazione biodegradabile dei prodotti, rifiuti e residui di origine biologica proveniente
dall’agricoltura (comprendente sostanze vegetali e animali) dalla silvicoltura e dalle industrie connesse, comprese la pesca e l’acquacoltura, gli sfalci e le potature provenienti dal verde pubblico e privato, nonché la parte biodegradabile dei rifiuti industriali e urbani” (Decreto Legislativo 28/2011).
Bioliquidi: “combustibili liquidi per scopi energetici diversi dal trasporto, compresi
l’elettricità, il riscaldamento ed il raffreddamento, prodotti dalla biomassa” (Decreto Legislativo 28/2011).
Consumo Interno Lordo di energia elettrica (CIL): E’ pari alla produzione lorda di
energia elettrica al netto della produzione da pompaggi, più il saldo scambi con l’estero (o tra le Regioni). Il CIL equivale al Consumo Finale Lordo di energia elettrica introdotto dalla Direttiva Europea 28/2009/CE.
Consumo Finale Lordo di Energia (CFL): “ i prodotti energetici forniti a scopi energetici
all’industria, ai trasporti, alle famiglie, ai servizi, compresi i servizi pubblici,
all’agricoltura alla silvicoltura e alla pesca, ivi compreso il consumo di elettricità e di calore del settore elettrico per la produzione di elettricità e di calore, incluse le perdite di elettricità e di calore con la distribuzione e la trasmissione” (Decreto Legislativo 28/2011).
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Energia da Fonti Rinnovabili (FER): “Energia proveniente da fonti rinnovabili non fossili,
vale a dire energia eolica, solare, aerotermica, geotermica, idrotermica e oceanica, idraulica, biomassa, gas di discarica, gas residuati dai processi di depurazione e biogas” (Decreto Legislativo 28/2011).
Energia elettrica prodotta da un impianto fotovoltaico: è l’energia elettrica misurata
all’uscita del gruppo di conversione della corrente continua in corrente alternata (inverter), prima che essa sia resa disponibile alle utenze elettriche dell’utilizzatore e/o immessa nella rete elettrica.
Energia richiesta dalla rete: produzione destinata al consumo meno l’energia elettrica
esportata più l’energia elettrica importata. Equivale alla somma dei consumi di energia presso gli utilizzatori finali e delle perdite di trasmissione e distribuzione della rete.
Impianto da pompaggio: impianto di generazione idroelettrico a serbatoio esercibile in
maniera reversibile. Prelevando energia elettrica dalla rete può pompare acqua dal serbatoio a livello inferiore al serbatoio in quota, con conseguente stoccaggio di energia potenziale che in un periodo successivo può essere riconvertita in energia elettrica e rimessa in rete (Del. 175/05 AEEG). E’ definito di pompaggio puro se mancano apporti da producibilità naturale.
Ore equivalenti di utilizzazione: sono pari al rapporto tra la produzione e la potenza
(kWh/kW).
Potenza Efficiente: Massima potenza elettrica che può essere prodotta con continuità
durante un intervallo di tempo sufficientemente lungo, supponendo tutte le parti dell’impianto di produzione in funzione e in condizioni ottimali. E’ lorda se misurata ai morsetti dei generatori elettrici dell’impianto, netta se depurata della potenza
assorbita dai macchinari ausiliari e di quella perduta nei trasformatori necessari per l’immissione in rete.
Produzione: Processo di trasformazione di una fonte energetica in energia elettrica. In
analogia con la potenza, è lorda se misurata ai morsetti dei generatori elettrici, netta se depurata dell’energia assorbita dagli ausiliari e di quella perduta nei trasformatori elevatori.
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Produzione elettrica da rifiuti solidi urbani biodegradabili: E’ stata assunta pari al 50%
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2. Produzione e consumi energetici in Italia
Qualsiasi lavoro che pretenda un minimo di velleità scientifica non può prescindere, per postulare ipotesi ed elaborare argomenti, da un attenta indagine sui dati; la stesura di un tesi non fa ovviamente eccezione. In tal senso, la prima fase nella organizzazione di questo elaborato, antecedente a qualsiasi approfondimento di carattere tecnico e teorico, è stata la ricerca di informazioni di carattere quantitativo. Nei paragrafi seguenti verranno presentate in ordine: la metodica di
approvvigionamento dei dati, la presentazione degli stessi e l’individuazione delle serie storiche da utilizzare nella successiva analisi.
2.1 Fonti
La raccolta dati è stata caratterizzata da due criticità: cosa ricercare e dove ricercarlo. Il risultato ideale a soddisfare la prima problematica sarebbe stato il reperimento di una serie storica sufficientemente accurata ed estesa nel tempo che descrivesse il processo di diffusione di tecnologie rinnovabili da parte di privati.
Presa consapevolezza del fatto che questo migliore dei mondi possibile non fosse facilmente reperibile, almeno in forma gratuita, è stato considerato accettabile qualsiasi dato che riguardasse
processi di diffusione nel tempo di risorse rinnovabili su territorio Italiano come livelli di produzione, installazioni di impianti, consumi di energia da parte delle famiglie. La seconda problematica ha riguardato il dove ricercare queste informazioni ad un costo ragionevole in termini economici e di tempo. Considerati questi vincoli è stato scelto di eseguire l’indagine sfruttando le potenzialità del web, in particolare
attraverso l’uso di banche dati online e siti istituzionali di enti competenti in ambito energia:
Istat Eurostat Terna
GSE - Gestore dei Servizi Energetici
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Ministero dello Sviluppo Economico Ministero dell’Ambiente
ENEA
Dopo una attenta di valutazione delle fonti sono state identificate quali tra di esse fossero le più informative dal punto di vista statistico:
1. Istat. L’istituto Nazionale di Statistica, è un ente di ricerca pubblico il cui scopo è la produzione, raccolta, ed organizzazione di dati statistici sul territorio italiano. L’ Istat mette a disposizione degli utenti buona parte delle informazioni quantitative raccolte attraverso il sito internet. Al fine della ricerca gli strumenti utilizzati sono state le funzioni Banche dati e Microdati accessibili dal sito. Tramite Banche Dati è stato possibile accedere a Serie Storiche, archivi suddivisi per aree tematiche istituiti per il 150° anniversario dell’unificazione ed a I.Stat, il data warehouse delle statistiche prodotte dallo stesso Istat, organizzate per temi strutturati gerarchicamente. Microdati permette di accedere ad una serie di dati elementari, consultabili previa autorizzazione da parte dell’ente. L’uso di questi strumenti ha portato a collezionare dati sul bilancio elettrico italiano, sulla produzione da fonti rinnovabili, sui consumi di energia delle famiglie.
2) Eurostat. L’ Ufficio Statistico dell’Unione Europea è il massimo organo di raccolta, produzione e organizzazione di dati statistici a livello comunitario. Il ruolo principale dell’Ente, oltre a fungere da soggetto di riferimento per la statistica sul territorio europeo, è quello di armonizzare i dati provenienti da tutti i paesi comunitari e renderli omogenei e confrontabili fra di loro. Come l’Istat anche l’Eurostat mette a disposizione gran parte dei dati raccolti attraverso il portale internet, il quale prevede un’apposita sezione denominata Statistics in cui sono presentati i dati statistici distinti, per nove differenti macro-aree. Ogni macro-area presenta più voci, corrispondenti ad ambiti di ricerca più specifici, ai quali sono associati alcuni strumenti di indagine. Nella sezione Energy sono disponibili per il download tabelle, serie di dati e confronti fra paesi inerenti a livelli di produzione, consumo, diffusione delle fonti rinnovabile sui territori dell’EU-27.
3) GSE. Il Gestore dei servizi energetici è una società controllata del ministero dello sviluppo economico, attiva dal 1999 sotto il nome “Gestore Rete di Trasmissione
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Nazionale”, e dal 2005 con l’attuale denominazione. Lo scopo principale dell’ente è quello di informare, promuovere e incentivare la produzione di energia elettrica da fonte rinnovabile. Fanno parte dello stesso gruppo l’Acquirente Unico, il Gestore dei Mercati Energetici (GME), e Ricerca sul Sistema Energetico (RSE), anch’essi a vario titolo di competenza coinvolti nello sviluppo, monitoraggio e gestione del settore dell’energia rinnovabile.
Ai fini della divulgazione di informazioni e dati sul settore elettrico il sito del GSE mette a disposizione una serie di pubblicazioni e strumenti di ricerca dati:
Rapporti Statistici. Ogni pubblicazione contiene mappe e tabelle su numero, potenza e produzione degli impianti alimentati da fonte rinnovabile in esercizio in Italia ed un confronto degli indicatori nazionali con quelli dei Paesi dell’UE. Nei rapporti è possibile seguire l’evoluzione del target del settore elettricità che monitora la quota nazionale percentuale dei consumi soddisfatti attraverso l’utilizzo di fonti rinnovabili come indicato nel Piano di Azione Nazionale.
SIMERI. Il Sistema Italiano di Monitoraggio delle fonti Rinnovabili. Verifica il grado di raggiungimento dei target imposto dall’unione europea. SIMERI consente di conoscere l'evoluzione, nel corso degli anni, dei consumi energetici e la loro quota di copertura con le fonti rinnovabili, a livello nazionale e regionale.
Atlasole. Atlante geografico interattivo degli impianti fotovoltaici incentivati con il Conto. Attraverso Atlasole è possibile consultare in maniera interattiva gli impianti fotovoltaici installati sul territorio italiano, aggregati su base comunale, provinciale e regionale e raggruppati per classi di potenza e numerosità.
Atlavento. Raccoglie i principali dati sugli impianti eolici installati in Italia e censiti annualmente da TERNA e dal GSE nella «Rilevazione statistica sull’energia elettrica in Italia». Atlavento riporta la totalità degli impianti eolici installati sul territorio nazionale con informazioni sulla consistenza e sulla produzione. La web Pages del Gestore si è rivelata estremamente informativa, in quanto essendo il principale responsabile nel monitoraggio degli impianti rinnovabili sul territorio Italiano registra una serie di informazioni statistiche molto interessanti come la produzione, la potenza efficiente e la numerosità delle installazioni.
4) Terna. Trasmissione Elettrica Rete Nazionale (TERNA) è un operatore italiano di reti per la trasmissione dell'energia elettrica. Attraverso Terna Rete Italia, gestisce in
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sicurezza la Rete di Trasmissione Nazionale con oltre 63.500 km di linee in alta tensione. Mediante il proprio portale Terna rende disponibile lo storico dei dati
statistici sull’energia elettrica. Annualmente è reso pubblico il resoconto “Dati statistici sull’energia elettrica in Italia” nel quale sono raccolte le principali grandezze del
settore elettrico nazionale. In particolare dall’anno 2000 i dati sono articolati in nove sezioni: Rete elettrica, Impianti di Generazione, Carichi orari, Produzione, Consumi, Confronti Internazionali, Dati storici, Dati regionali.
5) AEEG. L’autorità per l’energia elettrica ed il gas è un organo indipendente, istituito nel 1995, con il compito di favorire lo sviluppo dei mercati concorrenziali nelle filiere elettriche e del gas naturale. Al pari degli altri organi l’AEEG, promuove la diffusione di dati statistici attraverso la pubblicazione di documenti consultabili sul proprio portale istituzionale, in particolare su bilancio elettrico, mercato, prezzi e confronti
internazionali.
Il risultato della fase di ricerca delle informazioni è riassunto nella tabella seguente in cui sono elencati tutti i documenti utilizzati nell’elaborazione della tesi. Nella colonna
Web è riportato l’ente che mette a disposizione il file; in Documento sono inseriti i
nomi dei file scaricati; in Fonte Dati viene evidenziata l’origine dei dati con cui il file è stato elaborato; in Topic viene presentato il problema studiato; in Ultimo Accesso si precisa l’ultima data in cui si è presa visione della disponibilità del file sul portale.
Web Documento Fonte Dati Topic Ultimo
Accesso
ISTAT Bilancio energia elettrica 1947 - 2011 MSE Bilancio elettrico 07/01/2014
ISTAT Bilanci energetici di Sintesi 1971 - 2011 MSE Bilancio elettrico 08/01/2014
ISTAT Consumo interno lordo di energia 1971 - 2011 MSE Consumi energia elettrica 09/01/2014
ISTAT Produzione lorda e consumo 1883 - 2011 Enel, GRTN, Terna Produzione e consumi energia 10/01/2014
ISTAT Produzione lorda da fonte rinnovabile 1991 - 2011 Enel, GRTN, Terna Produzione da fonte rinnovabile 11/01/2014
ISTAT Energia prodotta da fonti rinnovabili 1998-2011 Enel, GRTN, Terna Produzione da fonte rinnovabile 12/01/2014
ISTAT Rapporto annuale 2013 ISTAT Situazione Italia 2013 25/02/2014
GSE Impianti a fonte rinnovabile in Italia 2008 - 2012 Stime e dati Terna/GSE Stato dell'arte tecnologie FER 13/01/2014
GSE Rapporti statistici fonti rinnovabili 2008 - 2011 GSE/Dati Epia/Dati Terna Stato dell'arte tecnologie FER 14/01/2014
GSE Solare fotovoltaico, 2008-2011 GSE/Dati Epia/Dati Terna Stato dell'arte tecnologie FER 15/01/2014
GSE Eolico GSE/Dati Terna Stato dell'arte tecnologie FER 16/01/2014
GSE Geotermico GSE/Dati Terna Stato dell'arte tecnologie FER 17/01/2014
GSE Biomasse GSE/Dati Terna Stato dell'arte tecnologie FER 18/01/2014
GSE Fotovoltaici incentivati con conto energia GSE Risultati Incentivazione 19/01/2014
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GSE Evoluzione sistema incentivi GSE Dati incentivazione 04/03/2014
TERNA Note di sintesi energia elettrica in Italia 2012 Monitoraggio Terna Bilancio elettrico 20/01/2014
TERNA Dati 1997 - 2011 Monitoraggio Terna Bilancio elettrico 21/01/2014
TERNA Consumi energia per settore merceologico Monitoraggio Terna Bilancio elettrico 22/01/2014
TERNA Bilanci energia elettrica 1997 -2011 Monitoraggio Terna Bilancio elettrico 23/01/2014
TERNA Dati storici produzione e richiesta 1883 - 2012 Monitoraggio Terna Bilancio elettrico 24/01/2014
TERNA Confronti internazionali Dati ENERDATA Stato dell'arte Tecnologie FER EU 25/01/2014
AEEG Bilancio Dati GRTN/Terna Bilancio Elettrico 26/01/2014
AEEG Mercato Dati GRTN/Terna Mercato energia elettrica 27/01/2014
AEEG Confronti Internazionali Dati GRTN/Terna Confronti Italia/EU 28/01/2014
AEEG Report 2011 Dati GRTN/Terna Stato dell’arte energia elettrica 29/01/2014
EUROSTAT Renewable energies - dati e tabelle 2000-2011 Dati EUROSTAT Statp dell'arte FER in EU 29/01/2014
EUROSTAT Renewable energies - FV, Idroelettrico, Eolico Dati EUROSTAT Statp dell'arte FER in EU 30/01/2014
EUROSTAT Renewables and Waste Dati EUROSTAT Statp dell'arte FER in EU 31/01/2014
EUROSTAT Electricity generated from renewable energies Dati EUROSTAT Statp dell'arte FER in EU 01/02/2014
EUROSTAT Primary production of renewable energy Dati EUROSTAT Statp dell'arte FER in EU 02/02/2014
EUROSTAT Share of energy from renewable sources Dati EUROSTAT Statp dell'arte FER in EU 03/02/2014
EUROSTAT Electricity generated from renewable sources Dati EUROSTAT Statp dell'arte FER in EU 04/02/2014
Tab. 1 - Elenco fonti
2.2 Andamenti
La ricerca dati effettuata tramite siti istituzionali e banche dati online ha permesso di collezionare informazioni di carattere quantitativo molto eterogenee. Attraverso l’analisi delle serie storiche è stato possibile organizzare un database che prende in considerazione tre dimensioni: livelli di produzione, potenza efficiente lorda, e numerosità degli impianti. Le prime due variabili hanno permesso di delineare la dimensione del fenomeno in termini di portata, mentre la numerosità delle
installazioni ci ha consento di approfondire più nel dettaglio gli andamenti evolutivi delle tecnologie.
2.2.1 Produzione
La prima variabile utile a dare una dimensione del fenomeno “rinnovabile” è
l’andamento comparativo dei livelli di produzione delle tecnologie a fonte rinnovabile rispetto alla produzione “lorda” (da tutte le fonti). Tale dato è facilmente reperibile attraverso i bilanci elettrici del paese.
28 Anni Produzione lorda Produzione Termoelettrica Produzione Rinnovabile Saldo Commerciale Richiesta sulla rete Perdite di rete Consumi 1997 251.463 200.061 46.449 38.832 271.392 17.718 253.674 1998 259.786 206.741 46.894 40.732 279.317 18.508 260.809 1999 265.657 207.246 51.992 42.010 285.844 18.560 267.284 2000 276.629 218.549 51.386 44.347 298.510 19.191 279.320 2001 278.995 216.792 55.087 48.377 304.832 19.340 285.492 2002 284.401 227.646 49.012 50.597 310.726 19.766 290.960 2003 293.865 238.291 47.971 50.968 320.658 20.870 299.789 2004 303.321 240.488 55.669 45.635 325.357 20.868 304.490 2005 303.672 246.918 49.893 49.155 330.443 20.626 309.817 2006 314.090 255.420 52.239 44.985 337.459 19.926 317.533 2007 313.888 258.811 49.411 46.283 339.928 20.976 318.953 2008 319.130 253.806 59.720 40.034 339.481 20.444 319.037 2009 292.642 219.007 69.330 44.959 320.268 20.353 299.915 2010 302.062 221.808 76.964 44.160 330.455 20.570 309.885 2011 302.570 217.674 82.962 45.732 334.640 20.848 313.792 2012 299.276 205.075 92.222 43.103 328.220 21.000 307.219
Tab. 2 - Bilancio Elettrico Italiano MW (Fonte: AEEG)
La tabella 2 esprime l’andamento nel tempo di alcuni voci significative facenti parte il bilancio elettrico, utilizzando come unità di misura dell’energia prodotta il Giga wattora. Affinché la lettura del bilancio risulti il più informativa possibile è utile analizzare separatamente le sue componenti costitutive: domanda e offerta.
Il lato della domanda esprime il fabbisogno annuale di energia elettrica del paese. In particolare la voce energia richiesta, che nel 2012 risulta paria 328.220 GWh,
rappresenta l’ammontare di elettricità necessaria al funzionamento dell’intero sistema. Tale valore non viene tuttavia convertito interamente in consumi elettrici (307.219 GWh nel 2012, in calo del 2% rispetto all’anno precedente) dal momento che una piccola quota viene assorbita dalle cosiddette perdite di sistema (le quali pesano per il 6-7% annuo sul tutale), frutto dell’inefficienza della rete di trasmissione e distribuzione.
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Fig. 1 - Domanda elettrica Italia (Fonte: AEEG)
I 307.219 GWh di elettricità consumata, secondo i bilanci Terna, sono stati assorbiti dalle quattro aree di destinazione: industria, agricoltura, terziario e usi domestici: I consumi industriali rappresentano la spesa maggiore in termini di energia consumata 130.801 GWh (42,6% del totale) ripartiti tra manifattura di base (58.298 GWh),
manifattura non di base (54.195 GWh), costruzioni (1.446 GWh), acqua ed energia (16.862 GWh). I consumi del terziario si aggirano attorno ai 101.000 GWh di cui servizi vendibili (80.595 GWh) e servizi non vendibili (20.443 GWh). I consumi domestici sono la terza voce per quantità consumata 69.457 GWh (22,6%). Infine i consumi agricoli che non vanno oltre l’1,9% del totale con 5.924 GWh. L’offerta di energia elettrica, rappresenta invece il quantitativo di energia immessa in rete. Nel 2012 Il paese ha sostenuto l’offerta di elettricità quasi interamente attraverso la produzione nazionale (87%) mente il 13% del fabbisogno è stato colmato dalle importazioni da mercati esteri. In particolare, dei 299.276 GWh prodotti sul territorio oltre il 30% sono stati ricavati tramite l’utilizzo di tecnologie rinnovabili, confermando il trend positivo iniziato nel 2007 che ha portato il livello di energia verde prodotta da 49.411 GWh a 92.222 GWh, facendo dell’Italia il terzo paese in Europa per produzione lorda di energia elettrica.
L’analisi delle serie storiche sulla produttività lorda ci restituisce informazioni preziose sulla variazione quantitativa e qualitativa della produzione; è infatti possibile
0 200.000 400.000 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 Perdite di rete Consumi Richiesta sulla rete
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comprendere l’evoluzione dell’ammontare dei livelli di produzione e la tipologia di fonte, causa di queste variazioni.
Fig. 2 - Offerta elettrica Italiana (Fonte: AEEG)
Un dato analogo ci è fornito dal grafico seguente (Fig.3) il quale mostra sia la composizione quantitativa sia quella qualitativa. Gli istogrammi esprimo sinteticamente l’ammontare totale annuo della produzione distinguendo fra
produzione da fonte termoelettrica e produzione da fonte rinnovabile mentre la linea spezzata, rappresenta graficamente l’andamento nel tempo dell’impatto delle FER sul totale.
Il valore registra un valore di 18,5 punti percentuale in corrispondenza del 1997, anno di inizio della serie storica, e dopo un andamento alquanto altalenante ma
complessivamente decrescente raggiunge nel 2007 un punto di minimo, 15,7%. E’ proprio in corrispondenza del 2007 che il rapporto sperimenta un incremento continuo ininterrotto fino al 2012, anno in cui la quota delle FER raggiunge il 30,8%. Complessivamente le energie rinnovabili hanno fatto apprezzare un aumento di 12 punti percentuali. 100.000 200.000 300.000 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 Saldo Commerciale Produzione Rinnovabile Produzione Termoelettrica
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Fig. 3 - Produzione di energia elettrica (Fonte: AEEG)
Come già ampiamente discusso nel primo capitolo le fonti rinnovabili fanno capo a tecnologie e capacità produttive molto diverse fra loro. In questo senso, un importante aspetto da analizzare nel dettaglio è la scomposizione della voce Produzione da energie
rinnovabile al fine di comprendere quali siano le tecnologie che più di altre
contribuiscono all’incremento aggregato. La tabella 3 mostra quanto pesino le singole FER in termini di produttività.
Anno Rinnovabili Idroelettrico Eolico Fotovoltaico Geotermico Bioenergie 1997 46.449 41.600 118 6 3.905 820 1998 46.894 41.214 232 6 4.214 1.229 1999 51.992 45.358 403 6 4.403 1.822 2000 51.386 44.205 563 6 4.705 1.906 2001 55.087 46.810 1.179 5 4.506 2.587 2002 49.012 39.519 1.404 4 4.662 3.423 2003 47.971 36.674 1.458 5 5.341 4.493 2004 55.669 42.744 1.847 4 5.437 5.637 2005 49.893 36.067 2.343 4 5.325 6.155 2006 52.239 36.994 2.971 2 5.527 6.745 2007 49.411 32.815 4.034 39 5.569 6.954 2008 59.720 41.623 4.861 193 5.520 7.523 2009 69.330 49.138 6.543 677 5.342 7.631 2010 76.964 51.117 9.126 1.906 5.376 9.440 2011 82.962 45.823 9.856 10.796 5.654 10.832 2012 92.222 41.875 13.407 18.862 5.592 12.487
Tab. 3 - Produzione rinnovabile Italia (Fonte: AEEG)
0,0% 5,0% 10,0% 15,0% 20,0% 25,0% 30,0% 35,0% 0 50.000 100.000 150.000 200.000 250.000 300.000 350.000 1997199819992000200120022003200420052006200720082009201020112012 % FE R s u T o ta le G Wh Termoelettrico Rinnovabili
32
La componente rinnovabile tradizionale (idroelettrico e geotermico) nel 1997 esauriva quasi completamente (98%) il valore della produzione lorda da FER. L’energia da fonte idraulica è tradizionalmente la principale alternativa al termoelettrico e rimane ancora al 2012 la risorsa più importante in termini di quantità prodotta. Tuttavia, come si può apprezzare dai dati in tabella l’idroelettrico risulta essere una fonte estremamente instabile, essendo condizionato da una variabile mutevole e non prevedibile quale la disponibilità idrica. La tecnologia geotermica dopo una fase di incremento nel periodo 1997-2003 ha mantenuto un livello di produttività stabile, attorno ai 5.500 GWh annui. Una storia diversa raccontano invece i dati delle NFER (eolico, bioenergie e
fotovoltaico),infatti, sebbene all’inizio della serie rappresentino una quota minima sul totale di energia prodotta (circa il 2%), esse sono caratterizzate da ritmi di sviluppo molto superiori alle risorse tradizionali.
L’eolico sperimenta complessivamente un incremento del +11.261,86% passando da 118 GWh prodotte nel 1997 a 13.407 GWh nel 2012, le bioenergie hanno sostenuto un ritmo di sviluppo più contenuto + 1.422,8% arrivando da 820 GWh a 12.487 GWh. La realtà che stupisce maggiormente è quella fotovoltaica; questa praticamente assente nei primi dieci anni di osservazione (5 GWh prodotti mediamente in un anno), inizia nel 2007 un processo di evoluzione che porta la quota di energia elettrica
prodotta nel 2012 a 18.862 GWh. Incremento complessivo del + 943000%.
Fig. 4 - Produzione rinnovabile Italia (Fonte: AEEG)
0 20.000 40.000 60.000 80.000 100.000
33
In definitiva le NFER hanno ridisegnato il panorama energetico Italiano controbilanciando la riduzione di produttività idroelettrica dovuta al veloce cambiamento climatico e alleggerendo la forte dipendenza dalle risorse fossili. La figura 5, sottostante, trasporta queste considerazioni in ambiente grafico.
2.2.2 Potenza efficiente
La seconda classe di dati riguardano la Potenza Efficiente Lorda (P.E.L) delle tecnologie rinnovabili, ovvero (vedi glossario) la massima potenza che può essere prodotta con continuità da una installazione in un dato intervallo di tempo; La potenza installata è una dato doppiamente informativo in quanto fa mostra le caratteristiche di due aspetti:
i. Il primo riguarda il valore nel suo aggregato, il quale risulta efficace nel tracciare
l’evoluzione nel tempo nel tempo da un punto di vista quantitativo, in maniera analoga a quanto visto con i livelli di produzione. In particolare la variazione della potenza installata nel periodo di riferimento ricorda le dinamiche di crescita della produzione sia per quanto riguarda i livelli in aggregato, sia per la composizione.
Fig. 5 - Andamento Potenza Efficiente Lorda (Fonte:GSE)
Nel 2000 la P.E.L registrava un valore di 18.335 MW installati; nel 2012 il valore ha raggiunto 47.345 MW sperimentando un incremento medio annuo del 9%. I dati disaggregati mostrano che le componenti idroelettrico e geotermico che all’inizio della serie rappresentavano più del 90% della potenza installata totale, sono rimaste
0 5.000 10.000 15.000 20.000 25.000 30.000 35.000 40.000 45.000 50.000 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 Idroelettrico Geotermica Bioenergie Eolica Fotovoltaica
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sostanzialmente inalterate nel periodo di riferimento, + 1.736 MW. La crescita quindi risulta imputabile al solo sviluppo delle nuove fonti rinnovabili, dapprima sostenute dagli incrementi di eolico e bioenergie e successivamente dal contributo del
fotovoltaico, il quale ha trascinato le NFER a raggiungere nel 2012 la quota di 60% sul totale.
ii. Il secondo aspetto riguarda il dato disaggregato. Ad ogni installazione rinnovabile corrisponde una determinata potenza efficiente, dipendente dalla dimensione dell’impianto e dalla sua capacità di generare energia elettrica. E’ quindi possibile, attraverso il rapporto fra Potenza Efficiente Lorda totale di un tecnologia e numero di impianti installati, calcolare il valore della taglia media.
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 Idroelettrico 8,5 8,7 8,5 8,5 8,4 8,4 8,3 8,2 8,1 7,9 6,6 6,2 6,1 Geotermica 19,0 19,1 20,8 20,8 22,0 22,9 22,9 22,9 22,9 23,0 23,4 23,4 23,4 Bioenergie 3,8 3,7 4,0 4,2 4,5 4,3 4,1 4,3 4,4 4,8 3,5 2,3 1,7 Eolica 6,6 8,2 7,9 8,2 9,4 11,1 11,3 13,4 14,6 16,7 11,9 8,6 7,7 Fotovoltaica kW - - - - - - - 10,4 14,1 18,1 27,5 53,5 24,6 Taglia Media Tot. 8,2 8,4 8,2 8,2 8,2 8,3 5,3 2,2 0,7 0,4 0,2 0,1 0,1
Tab. 4 - Taglia media impianti (Fonte: GSE)
La taglia media totale, seppur trattandosi di un dato grezzo, è utile a comprendere l’evoluzione della dimensione media delle tecnologie rinnovabili. Nello fattispecie è possibile osservare (tabella 4) come la potenza efficiente media si sia ridotta
drasticamente durante il periodo di osservazione passando da 8,2 MW nel 2000 a 0,1 MW nel 2012. Un evidenza che sembrerebbe indicare una tendenza molto decisa in favore di una riduzione di taglia degli impianti; in realtà trattandosi di un valore aggregato è necessario considerarlo con le dovute cautele.
Le serie disaggregate in funzione della tipologia tecnologica restituiscono valori più rispondenti alla realtà del fenomeno consentendo di non cadere in conclusioni sommarie e poco veritiere. Eolico, idroelettrico e bioenergie sembrano infatti confermare la riduzione della dimensione media seppure in maniera decisamente meno netta ed uniforme. Il geotermico rappresenta l’unico dato in controtendenza ma visto la limitatezza del caso a livello di numerosità degli impianti (33 unità nel 2012
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installati tutti in Toscana) l’impatto sulla serie risulta poco significativo.
Particolare attenzione deve essere invece fatta alla tecnologia rinnovabile. Il dato aggregato taglia media infatti risente fortemente del suo impatto, essendo questa una soluzione tecnica caratterizzata da classi di potenza molto basse e una numerosità molto elevata come potremo apprezzare nel paragrafo successivo. In conclusione il dato sulla P.E.L sembra indicare una progressiva aumento di impianti FER di potenza ridotta a discapito delle grandi centrali di produzione caratteristiche del secolo scorso.
2.2.3 Investimenti annui in nuovi impianti FER
La collezione di dati più rilevante al fine di questo elaborato risulta essere quella sull’evoluzione della numerosità degli impianti a fonte rinnovabile, che mostra lo sviluppo delle installazioni nel periodo di riferimento. I dati ci sono forniti direttamente dal Gestore dei Servizi Energetici, e prendono in considerazioni gli ingressi in esercizio di tecnologie FER nell’intervallo di tempo compreso fra il primo gennaio 2000 e il 31 dicembre 2012.
All’inizio della serie l’ente contava a registro 2.232 impianti rinnovabili; un tasso di crescita annuale medio del 71% ha portato, alla fine del periodo di riferimento, il numero delle unità installate a 484.587.
Fig. 6 - Andamento installazioni FER
2.23 2 2.23 9 2.33 2 2.39 6 2.43 9 2.50 9 3.99 8 10.3 20 34.8 27 74.2 82 159. 895 335. 151 484. 587 2 0 0 0 2 0 0 1 2 0 0 2 2 0 0 3 2 0 0 4 2 0 0 5 2 0 0 6 2 0 0 7 2 0 0 8 2 0 0 9 2 0 1 0 2 0 1 1 2 0 1 2
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Gli istogrammi nella figura 4 rappresentano l’incremento annuale cumulato delle installazioni di tecnologie FER. Da questi è possibile osservare come la crescita rispecchi gli andamenti di produzione e potenza installata nello stesso periodo, precedentemente analizzati.
Infatti, anche il processo di adozione sperimenta due fasi di sviluppo distinte, la prima dal 2000 al 2006 caratterizzata da andamenti lieve entità, la seconda contraddistinta da incrementi molto accentuati. La curva tratteggiata esprime la media mobile; essa si presenta crescente, convessa e con una forma che ricorda un andamento di tipo esponenziale.
In questo tipo di rappresentazione grafica il valore è un aggregato che tiene conto della numerosità di tutte le fonti rinnovabili. Disaggregando il dato è possibile apprezzare il reale contributo che ciascuna tecnologia FER ha sull’andamento generale.
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 Idroelettrico 1.958 1.926 1.974 1.998 2.021 2.055 2.093 2.128 2.184 2.249 2.729 2.902 2.970 Geotermico 33 30 34 34 31 31 31 31 31 32 33 33 33 Eolico 55 81 99 107 120 148 169 203 242 294 487 807 1.054 Bioenergie 182 202 225 257 267 275 303 312 352 419 669 1.213 2.199 Fotovoltaico 0 0 0 0 0 0 0 7.646 32.018 71.288 155.977 330.196 478.331 Totale 2.232 2.239 2.332 2.396 2.439 2.509 3.998 10.321 34.827 74.282 159.895 335.151 484.587
Tab. 5 - Dato disaggregato installazioni cumulate annue (Fonti: GSE)
I dati sulla diffusione delle singole tecnologie (tabella 5) mostrano che fra di esse esistono comportamenti alquanto eterogenei per quanto concerne lo sviluppo. Le osservazioni più immediate riguardano geotermico e fotovoltaico. La numerosità degli impianti di sfruttamento geotermico è rimasta praticamente inalterata nel corso del periodo di riferimento. Questa singolarità è riconducibile alle particolari condizioni tecniche richieste da questa soluzione; essa infatti necessità di una molto precisa localizzazione sul territorio che consenta all’impianto di sfruttare l’energia termica della crosta terrestre. Una tale specificità ha escluso la possibilità di una diffusione rilevante sul territorio, confinando questa realtà alla sola regione Toscana.
