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LIFE CYCLE ASSESSMENT DI UN IMPIANTO AD ENERGIA EOLICA PER LA STIMA DEI COSTI
ESTERNIIL CASO DEL PARCO EOLICO DI CAIRO MONTENOTTE(SV)
Relatore:Prof.Augusto NinniCorrelatore:Ing.Paolo Neri
Ente per le nuove tecnologie, l’energia e l’ambiente
Laureanda:Rita Virginia D’Avino
SCOPO DELLA TESI
• Le esternalità“benefici e costi che emergono quando le attività sociali ed economiche di un
gruppo di persone hanno effetto su un altro gruppo e quando questo fallisce a risarcire l’altro per il danno arrecato”(EC,1994)
• Esempi: R&D, lavoro, inquinamento• Per efficienza economica e sociale: internalizzazione
(conteggio + imputazione)• Obiettivo di questa tesi: Valutazione costi esterni della
produzione di elettricità• Problematicità individuazione esternalità strumento
Life Cycle Assessment• Altri studi di riferimento: Progetto EC ExternE
ITER DELL’ANALISI
• Strumento LCA• Oggetto analisi: produzione elettrica del parco
Eolico “Valbormida” di FERAs.r.l., mediante un impianto Enercon
• Prove di sensibilità• valutazione monetaria• CONFRONTO tra eolico e altre fonti elettriche
Metodo LCA e caso studio
VALUTAZIONEVALUTAZIONE DEL DANNO AMBIENTALE ISO 14044ISO 14044
NORMALIZZAZIONECARATTERIZZAZIONE VALUTAZIONE
DEL DANNO
CLASSIFICAZIONE
OBIETTIVOOBIETTIVOUNITA’ FUNZIONALEUNITA’ FUNZIONALE
FUNZIONE DEL SISTEMAFUNZIONE DEL SISTEMACONFINI DEL SISTEMA CONFINI DEL SISTEMA
ISO 14040ISO 14040
INVENTARIOISO 14040
EMISSIONI E RISORSE
ENERGIE
MATERIALI
PROCESSI
ANALISI DI SENSIBILITA’ E VALUTAZIONEVALUTAZIONE DEI MIGLIORAMENTI ISO 14044
LCA (Life Cycle Assessment) – ISO 14040
• Obiettivo dello studioÈ la valutazione dell’impatto ambientale e del COSTO esterno della produzione di
energia elettrica dal vento
• Unità funzionaleÈ l’elettricità prodotta dall’impianto Enercon di potenza 1500kW, del parco
Valbormida della ditta FREA s.r.l., durante la vita stimata di 20 anni e una disponibilità di vento di 2500 ore annue (74250000kWh totali).
I risultati sono presentati per l’unità di prodotto (1kWh).
• La funzione del sistemaÈ la produzione industriale di energia elettrica da distribuire in rete
• Confini del sistema(Costruzione- Esercizio-Fine vita). Dalla raccolta delle materie prime per la
costruzione, al riciclo o smaltimento.
• Qualità dei datiI dati sono in parte rilevazioni sul posto di FERA s.r.l., in parte da uno studio reale
EDF, raccolto nella banca dati ECLIPSE, in parte dalla banca dati del codice usato per lo studio SimaPro7.5.1
VALUTAZIONEVALUTAZIONE DEL DANNO AMBIENTALE ISO 14044ISO 14044
NORMALIZZAZIONECARATTERIZZAZIONE VALUTAZIONE
DEL DANNO
CLASSIFICAZIONE
OBIETTIVOOBIETTIVOUNITA’ FUNZIONALEUNITA’ FUNZIONALE
FUNZIONE DEL SISTEMAFUNZIONE DEL SISTEMACONFINI DEL SISTEMA CONFINI DEL SISTEMA
ISO 14040ISO 14040
INVENTARIOISO 14040
EMISSIONI E RISORSE
ENERGIE
MATERIALI
PROCESSI
ANALISI DI SENSIBILITA’ E VALUTAZIONE VALUTAZIONE DEI MIGLIORAMENTI ISO 14044
LCA (Life Cycle Assessment) – ISO 14040
Competenze: INGEGNERIA, ECONOMIA, FISICA, SC. AMBIENTALI,
SC. NATURALI, BIOLOGIA, ARCHITETTURA, CHIMICA,
MEDICINA, STORIA,
Materiali energia
Materiali energia
Costruzione
Esercizio
Fine vita
Generatore
Torre
Resto della navicella
Pala
Basamento
Sollevamento componenti
Connessione alla rete
Montaggio impianto/connes
Trasporto torre
Trasporto materiali
Trasporto altre parti mobili
Sostituzione dei componenti
Manutenzione
Smaltimento/Riciclo
Rimozione impianto
CICLO DI VITA IMPIANTO ENERCON
VALUTAZIONEVALUTAZIONE DEL DANNO AMBIENTALE ISO 14044
NORMALIZZAZIONECARATTERIZZAZIONE VALUTAZIONE
DEL DANNO
CLASSIFICAZIONE
OBIETTIVOOBIETTIVOUNITA’ FUNZIONALEUNITA’ FUNZIONALE
FUNZIONE DEL SISTEMAFUNZIONE DEL SISTEMACONFINI DEL SISTEMA CONFINI DEL SISTEMA
ISO 14040ISO 14040
INVENTARIOISO 14040
EMISSIONI E RISORSE
ENERGIE
MATERIALI
PROCESSI
ANALISI DI SENSIBILITA’SENSIBILITA’ E VALUTAZIONE DEI MIGLIORAMENTI ISO 14044
LCA (Life Cycle Assessment) – ISO 14044
Metodi ECO-INDICATOR 99, IMPACT 2002+, EPS 2000 ed EDIP 03
METODI DI VALUTAZIONE
Eco-Indicator 99
Impact 2002+
EPS 2000
EDIP 2003
•Sviluppatore: Prè su commissione del Min.Ambiente olandese•Uno dei più diffusi a livello europeo•Valutazione attraverso un valore sintetico, basato su 3 categorie di danno a loro volta ripartite in categorie di impatto(approccio midpoint)organizza le informazioni semplifica l’interpretazione dei risultati•Categorie di danno: Human helath, Ecosystem Quality, Resources- saranno utili per la valutazione monetaria
Sviluppatore: governo danese in collaborazione con imprese privateValutazione: approccio midpoint (si basa su categorie di impatto disaggregate, anche se sommabili con unità di misura Pt). Le risorse vengono trattate in un metodo a sé stante (EDIP 97 Only Resources)
•Sviluppatore: Swiss Federal Institute of Technology•Valutazione: Il metodo è l’evoluzione di EcoIndicator 99. Ne differisce soprattutto per la categoria Climate Change (in Kg CO2 eq).
•Le unità di misura degli indicatori scaturiscono dal confronto con sostanze di riferimento (sostanze equivalenti)
Paesi bassi
Danimarca
Svizzera
Svezia•Sviluppatore: Swedish Environmental Research Institute•Valutazione del danno in termini di “disponibilità a pagare”.•L’unità di misura del danno complessivo è l’ELU (Environmental Load Unit) che restituisce direttamente il valore monetario del danno
Risultati dell’analisi• Rendimento ed efficienza• Impatti ambientali• I processi e le fasi • I costi esterni per l’eolico• Analisi di sensibilità• I costi esterni a confronto per fonte elettrica
Efficienza• Energia non rinnovabile impiagata per la vita dell’impianto: 0,25588 MJeq- fossile0,062439 MJeq- nucleareTotale in kWh: 0,088kW per kW da eolico• Efficienza: ammontare dell’energia non rinnovabile richiesta per
l’erogazione di 1 kWh da eolico:1/0,088=11,25 nettamente efficiente
RISULTATI DELL’ANALISI – efficienza energetica e rendimento
Rendimento• Ammontare dell’energia del vento richiesta per l’erogazione di 3,6 MJeq
da eolico:• 18 MJeq• Rendimento turbina: 3,6/18=0,2 rendimento del 20% (turbine da
fonte non rinnovabile: 35%)
RISULTATI DELL’ANALISI – gli impatti ambientali
•Il danno totale vale 0,0036392 pt
•Ed è dovuto principalmente ad Ecotoxicity, Minerals e Respiratory inorganics
•Il danno totale vale 1,1713E-5 pt
•La categoria più impattante è Respiratory inorganics
Eco-Indicator99
Impact 2002+
RISULTATI DELL’ANALISI – gli impatti ambientali
•Il danno totale vale 0,22634 pt
•L’unica categoria impattante è Depletion of reserves
•Il danno totale vale 0,002926 pt
•La categoria impattante è Human toxicity
EDIP 2003
EPS 2000
RISULTATI DELL’ANALISI – i processi e le fasi
•si ripropone lo stesso schema• i processi più impattanti sono:
• torre• generatore e • connessione alla rete
•Costruzione VS esercizio (differentemente dalle altre fonti elettriche)
Eco-Indicator99
Impact 2002+
Costruzione
Fine vita
Esercizio
Costruzione
Fine vita
14%
17%
34,5%
26%
31%
31%Esercizio
RISULTATI DELL’ANALISI – i processi e le fasi
EDIP 2003
EPS 2000•Per EPS si profila uno schema simile ai 2 precedenti
•Il valore è influenzato dalla valutazione delle risorse
•In EDIP l’intero danno dipende dal basamento
•Costruzione VS manutenzione•Fine vita
Costruzione
Fine vita
Esercizio
Costruzione
Fine vita
Esercizio94%
25%30%
44%
Eco-Indicator99
Impact 2002+
ANALISI DI SENSIBILITA’
Cfr taglia aerogeneratore:•Enercon 1500kW •Enercon 800kW
Rapporto tra i danni dei due processi(D1500/D800):•Eco-Indicator99: 2,331•Impact 2002+: 3,56
0,0015611
0,0036392
4,9679E-6
1,1713E-5
EDIP 2003
8,7586E-5
0,0029261
ANALISI DI SENSIBILITA’EPS 2000
0,12707
0,22634
EDIP 2003 senza iron nel suolo
8,7586E-5 0,00016974
Rapporto tra i danni dei due processi(D1500/D800):•EPS 2000: 2,331•EDIP 2003: 33,409•EDIP 2003 senza iron nel suolo: 1,9838
Il valor medio è 2,403
Quindi il danno è proporzionale alla dimensione e alla potenza della macchina
Valutazione monetaria
COSTI INTERNI E COSTI ESTERNIPremessa - il costo unitario è funzione principalmente dei costi di investimento e della ventosità del sito:
•L’81% del costo risiede nell’impianto (c.a. 1milione € per macchina) •All’aumentare delle ore vento si ammortizzano gli investimenti
Costo interno: 9 €cent/ kWh
Fonte: RISOE
Fonte: EWEA
Confronto tra produzioni: Fonte Carbone Gas Idro Nucleare Petrolio Eolico
€cent/kWh 3 3,6 7 2,1 3,1 9…e i costi esterni?
IPOTESI DI STIMA DEI COSTI A PARTIRE DALLA VALUTAZIONE DELL’IMPATTO AMBIENTALE sulle principali aree di interesse:
-Salute Umana: tutti gli esseri umani, nel presente e nel futuro, saranno esenti da malattie, invalidità o morti premature causate dall’ambiente circostante-Qualità degli ecosistemi: le specie animali e vegetali non soffrano dei cambiamenti indotti dall’uomo (alterazione popolazione e distribuzione geografica)-Stock di risorse disponibili: Stock di risorse disponibili: scorte di sostanze essenziali per lo sviluppo della società e in quale misura possa essere o meno disponibile anche per le generazioni future.-Ecosystem Production capacity: capacità dell’ambiente di fornire input produttivi
2 METODI:
DAL DANNO AL COSTO
Come? in base alla buona volontà a pagare (willingness to pay) per evitare che il processo studiato possa comportare un peggioramento comparti di interesse.
Come? in base alla valutazione del corrispettivo monetario per il risanamento del danno sull’ambiente dovuto al processo studiato.
EPS
Eco Indicator
Risultato•Per kWh•Per cittadino europeo
Risultato•Per kWh•Riferimento: pianeta
DAL DANNO AL COSTO
Cat.dannoEPS€cent/kWh
Eco-indicator 99€cent/kWh
Human Health 0,74629 0,18853
Biodiversity/ Ecosystem Quality 0,017123 0,0056058
Abiotic stock resource / Resources
21,895 0,084843
Ecosystem production capacity 0,086133
Totale 22,744 0,279
Analisi di sensibilità
1500kW800kW
0,078554
0,002336
0,035351
0,116
Fonti considerate(da banca dati Ecoinvent):•Carbone•Gas naturale•Idroelettrico•Nucleare•Petrolio•Eolico (Enercon 1500kW)•Eolico (Enercon 800kW)
CONFRONTO EOLICO – ALTRE FONTI
Fonte Carbone Gas naturale Idroelettrico Nucleare Petrolio EolicoEnercon
Danni (€c) 2,97 0,75 0,0249 0,12 2,88 0,19
0,02 0,000365 0,000026 0,00062 0,03 0,00561
1,74 1,85 0,0042 0,0000 2,16 0,08
Costo totale
€cent/kWh 4,7 2,6 0,03 0,118 5,08 0,280,116
Potenza:1500kWPotenza:800kW
94%
91%
95%
CONFRONTO EOLICO – ALTRE FONTI
Metodo ExternE(range)
Metodo Eco-Indicator 99
€cent/kWh €cent/kWhCarbone 2 - 15 4,72Petrolio 3 - 11 5,08Nucleare 0,2 - 0,7 2,6Gas naturale 1 - 3 0,117Idroelettrico 0,1 - 1 0,03Eolico Enercon 1500kW
0,05 - 1,15 0,28Eolico Enercon 800kW 0,116
•valori simili all’analisi a quelli ottenuti con Eco-Indicator 99 (stesso ordine di grandezza)
•Differiscono per il nucleare,
CONFRONTO EOLICO – ALTRE FONTI - ExternE
CONFRONTO COSTI INTERNI E COSTI ESTERNI
Fonte Carbone Gas naturale IdroelettrIco Nucleare Petrolio Eolico
costi interni 3 3,6 7 2,1 3,1 9
costi esterni 4,7 2,6 0,03 0,118 5,08 0,116
Totale 7,7 6,2 7,03 2,218 8,18 9,116
INTERNALIZZAZIONE COSTI ESTERNI
…YES, WIND CAN!
•Caso Danese: 20% fabbisogno elettrico soddisfatto con eolico•Sistema di previsione metereologica
•Sistema di incentivazione che sprona l’efficienza
Conclusioni
• Efficienza energetica come fonte rinnovabile;• Basso impatto ambientale (processi non caratterizzanti)• Buona efficienza da punto di vista ambientale – costi
esterni (assenza di combustione, fonte pulita);• Riscontro con risultati ExternE;• Scarsa efficienza economica – costi interni (assenza di
combustione, fonte incostante);• ANALISI LCA applicato alla stima delle ESTERNALITà:
identifica tecnicamente il beneficio per la collettività dalla SCELTA di una produzione verdeaffianca il decisore politico nella scelta di spronare la competitività delle produzioni “verdi”.
PRODUZIONE DI ENERGIA EOLICA:
Grazie per l’attenzione!