Università degli Studi di PerugiaFacoltà di Ingegneria

Corsi di laurea specialistica in Ingegneria Meccanica e per l’Ambiente e il Territorio

Corso di Impatto ambientale Modulo b) Aspetti energetici

prof. ing. Francesco Asdrubalia.a. 2007/08

Introduzione al corsoRisorse, consumi

Scenari energetici

Impatto ambientale Modulo b) Aspetti energetici (CFU 5)

• OBIETTIVI:• Fornire i principi base in materia di energetica.

Descrivere i principali indicatori energetici ed inquadrare la situazione energetica a livello mondiale e nazionale. Descrivere le caratteristiche delle risorse energetiche convenzionali rinnovabili ed alternative. Fornire criteri di valutazione tecnico-economica dei principali processi di conversione energetica. Descrivere i principali impieghi dell’energia nei diversi settori ed i relativi interventi di risparmio energetico.

Impatto ambientale Modulo b) Aspetti energetici (CFU 5)

• CONTENUTI:• Definizione delle grandezze e degli indicatori energetici. Il panorama

energetico mondiale e nazionale: stime, riserve, scenari futuri. • Combustibili fossili: carbone, petrolio, gas naturale. Combustibili

nucleari. La centralizzazione dell’energia: reti elettriche e curve di carico; costo, valore e prezzo dell’energia; produzione e distribuzione centralizzata di calore.

• Cogenerazione e teleriscaldamento. Impianti motori termici e nucleari: schemi di impianto, tecnologie, dimensionamento, cicli e rendimenti termodinamici. Idrogeno e celle a combustibile.

• Impieghi civili dell’energia. Impiego dell'energia nel settore dei trasporti. Interventi di risparmio energetico e di uso razionale dell’energia.

• Fonti energetiche rinnovabili: classificazione, valutazione, tecnologia (idroelettrico, geotermico, solare, eolico, biomasse, rifiuti).

• PREREQUISITI:• Nozioni di termodinamica applicata e di trasmissione del calore.• E’ pertanto necessario avere sostenuto gli esami di Fisica tecnica 1 e 2

(meccanici) e Fisica tecnica (Ambiente e territorio).

• TESTI CONSIGLIATI:• G. COMINI, G. CORTELLA, G. CROCE, Energetica generale, IV edizione,

SGE Editoriali, Padova 2005• F. ASDRUBALI, Fonti Energetiche Rinnovabili, Editore Morlacchi, Perugia,

2005.

• (A. SPENA, Fondamenti di energetica, Vol.I, Edizioni CEDAM, Roma 1992)

• Rapporti nazionali e internazionali su Energia e Ambiente• Altri testi integrativi messi a disposizione dal docente

• MODALITÀ DI VERIFICA DEL PROFITTO:• La verifica del profitto consiste in un colloquio orale della durata di circa 30’.

Consumo mondiale di energia per fonti, anno 2004 (IEA)

11 059 Mtep

Gas naturale; 20,90%

Nucleare; 6,50%

Idroelettrico; 2,20%

Biomasse e RSU; 10,60%

Altro**; 0,40%

Carbone; 25,10%

P etrolio; 34,30%

Consumo mondiale di energia per aree

geografiche, anno 2004 (IEA) 11 059 Mtep

China; 14,70%

Asia**; 11,70%

America Latina; 4,40%

Ex Unione Sovietica; 8,90%

OECD; 49,80%

Medio-Oriente; 4,30%

Europa-non OECD; 0,90%

Africa; 5,30%

Indicatori energetici

• Consumo di energia pro capite all’anno (kWh/persona anno)

• Intensità energetica (tep/$)

• Intensità elettrica (tep/$)

• Intensità petrolifera (tep/$)

• Penetrazione elettrica (%)

• Rapporto riserve/produzione R/P (anni)

Il problema della stima delle riserve

Il rapporto riserve/produzione

L’attendibilità delle previsioni

Negozi

Chmica

Cemento

Deforestazione

Suoli agricoli; 1

Automobili

Abitazioni

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1

Aereiacqua di scaricodiscaricheRiso e altroBestiame e concime Suoli agricoliEnergia per agricolturaDeforestazioneEstrazione altra energiaEstrazione e raffinazioneMiniere di carboneAltre IndustrieCementoChmicaCarta e StampaMacchinariMetalliAcciaioAltre combustioniNegoziAbitazioniTreni e naviAutomobili

LE CAUSE DELL’ EFFETTO SERRALE CAUSE DELL’ EFFETTO SERRA

Scenari futuri

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

1900 1950 2000 2050 2100

°C

1 2 3 4

1- Scenario Stabile1- Scenario Stabile

Emissioni costanti pari a quelle emesse nel 2000

2- Tecnologie pulite2- Tecnologie pulite

Scenario con crescita demografica zero e sviluppo economia e servizi e impiego di tecnologie pulite

3 – Mix di fonti energetiche3 – Mix di fonti energetiche

Rapida crescita demografica ed economica, impiego di tecnologie più efficienti e pulite, equilibrio nell’ impiego fra diverse fonti energetiche

4. Differenziazione tra le regioni4. Differenziazione tra le regioni

Drastica differenziazione tra lo sviluppo demografico ed economico delle diverse regioni

SCENARI FUTURI - RISCALDAMENTO GLOBALESCENARI FUTURI - RISCALDAMENTO GLOBALE

SCENARI FUTURI IEA World Energy Outlook 2007SCENARI FUTURI IEA World Energy Outlook 2007

• scenario di riferimento per il 2030• di qui al 2030 saranno necessari 270 miliardi di dollari, dei quali il 70/80 % nel settore

della produzione energetica,• tra il 2005 e il 2030 la domanda di energia crescerà del 50 % rispetto a quella attuale

(70 % di richiesta dai soli Paesi in via di sviluppo);• l’emissione di CO2 crescerà dell’1,7 % all’anno, raggiungendo i 40 miliardi di

tonnellate nel 2030, cioé il 55 % in più delle emissioni del 2005;• i combustibili fossili mantengono le loro posizioni ed il consumo di petrolio passa da

84 milioni di barili/giorno del 2005 a 116 milioni nel 2030 • cresce il consumo di carbone, ma più lentamente di quello del gas naturale.

Aumenterà fortemente la quantità di gas liquefatto trasportato via mare, anziché con oleodotti ed il gas liquefatto rappresenterà nel 2030 il 15 % del mercato totale del gas.

• le energie rinnovabili crescono rapidamente, ma rappresentano sempre una percentuale modesta sul totale (diverse, com’è noto, le previsioni dell’Unione Europea),

• resta quasi costante il mercato delle biomasse;• per il biofuel sono attualmente (2005) coltivati 14 milioni di ettari, pari all’1 % del

terreno coltivabile in tutto il mondo. La percentuale diverrà il 2 % nel 2030• l’energia nucleare passa da 368 GW nel 2005 a 416 GW nel 2030.

SCENARI FUTURI IEA World Energy Outlook 2007SCENARI FUTURI IEA World Energy Outlook 2007

• scenario alternativo (Alternative Policy Scenario ecologically drived):

• gli investimenti necessari saranno di 516 miliardi di dollari in meno;• il consumo di petrolio al 2030 è di 103 miliardi di b/d anziché i 116

del precedente scenario e il 60 % di tale risparmio è dovuto al biofuel;

• calano del 16 % le emissioni di CO2, dovute soprattutto all’aumento dell’efficienza energetica (equivale all’attuale livello di emissione di Stati Uniti e Canada insieme);

• i terreni coltivati a biocarburanti aumentano non al 2 % ma al 3,5 % di terreni coltivabili in tutto il mondo;

• l’energia nucleare al 2030 è di 519 GW invece dei previsti 416; lo sviluppo è previsto maggiormente in Asia, ma anche USA ed Europa contribuiranno.

Consumi di energia per fonti in Italia, anno 2005

Gas Naturale ; 36,00%

Fonti rinnovabili; 7,00%

Combustibili solidi; 9,00%

P rodotti petroliferi; 43,00%

Importazioni nette energia elettrica; 5,00%

Consumo di energia per settori in Italia, anno 2005

(Mtep)

usi non energetici e bunkeraggi; 8,00%

trasporti; 30,00%

agricoltura; 2,00%

residenziale e terziario; 32,00%

industria; 28,00%

Consumo di energia per settore in Italia, anni 1995 e 2002

1995

Petrolio54%

Gas26%

Rinnovabili8%

Solidi7%

Energia elettrica (import.)

5%

2002

Petrolio48%

Gas30%

Rinnovabili9%

Solidi7%

Energia elettrica (import.)

5%

ENEA: Rapporto Energia e Ambiente (Aprile 2007)

LO STATO ATTUALE IN ITALIALO STATO ATTUALE IN ITALIA

QUADRO ENERGETICO QUADRO ENERGETICO

ENEA: Rapporto Energia e Ambiente (Aprile 2007)

LO STATO ATTUALE IN ITALIALO STATO ATTUALE IN ITALIA

GSE – Gestore Sistema Elettrico (Aprile 2007)

Andamento nel tempo della produzione di energia primaria

da fonti rinnovabili in Italia

1

10

100

1000

10000

1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002

anno

En

erg

ia p

rim

ari

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kte

p]

Biocombustibili,biomasse e rifiuti Idraulica Eolica Geotermica Solare

Flussi netti di energia elettrica sulla rete italiana