ENERGIE RINNOVABILI NUOVE PROSPETTIVE ENERGETICHE ED ECONOMICHE Roberto Cipollone Professore di...

ENERGIE RINNOVABILINUOVE PROSPETTIVE ENERGETICHE ED

ECONOMICHE

Roberto CipolloneProfessore di Interazione fra le Macchine e l’Ambiente

Università degli Studi dell’ Aquila, L’Aquila,[email protected]

2/31Prof. Roberto CipolloneDipartimento di Ingegneria Meccanica, Energetica e GestionaleUniversità degli Studi dell’Aquila

• Un nuovo ragionamento di politica energetica• Le risorse rinnovabili: la democrazia energetica

per le generazioni attuali e future• La risorsa solare: l’unica che abbiamo• Il solare termodinamico a concentrazione (CSP):

potenzialità e interesse industriale ed economico più ampio

• Una eccellenza di studio per gran parte italiana• Conclusioni

ContenutiContenuti

Un nuovo ragionamento di politica energetica

Vantaggi e limiti del paradigma energetico moderno

Vantaggi e limiti delle fonti rinnovabili

Le ragioni forti per un cambiamento

La transizione energetica condivisa: uno sguardo al passato

La tecnologia della concentrazione dell’energia solare

La superiorità del CSP

Tecnologie vincenti

La concentrazione dell’energia solare

CSP: nuove integrazioni con le fonti fossili

CSP & Sostenibilità reale

Conclusioni



• Il XXI secolo sarà quello della transizione energetica e consegnerà il futuro dell’umanità a prospettive che non vedranno più la scarsità, l’impatto sull’ambiente, l’imperfezione dei mercati, le difficoltà di accesso;

• Un mondo senza limiti energetici sarà sicuramente un mondo più giusto e solidale;

• I limiti ideologici delle fonti fossili: – infinita sostituibilità;– inesauribile tecnologica

sono i limiti del pensiero scientifico corrente • Alla ricerca di un nuovo rapporto Uomo-Scienza-Natura

Contenuti








Tecnologie vincenti




Conclusioni


• Le fonti fossili sono quello che un tecnico vorrebbe: potenza, versatilità, facilità nei trasporti, concentrazione dell’offerta;

• Incredibile livello tecnologico che ha riverberato conoscenza in tutti i settori della scienza;

• Le fonti fossili creano entusiasmo nel fare in quanto partecipano a quella positiva sfida tra Uomo e Natura

• Determinano un conto economico (tradizionale) di forte interesse

• Sono in sinergia con il PIL.

I vantaggi del paradigma energetico modernoContenuti








Tecnologie vincenti




Conclusioni


I limiti del paradigma energetico moderno• Energetici:

– Domanda energetica del Pianeta troppo concentrata su poche fonti;– Visione “centralizzata”;

• Economici:– Forte finanziarizzazione dei mercati– Ragioni di disuguaglianza– Apertura alle speculazioni– Mercato caratterizzato da monopoli– Economia ingombrante

• Ambientali:– Prelievo di risorse– Modifiche irreversibili degli ecosistemi

• Sociali:– Domanda ed offerta politicamente e culturalmente troppo distanti;– L’energia come elemento di revanche socio politica– Senso di ingiustizia– Insicurezza e rischio nella cultura diffusa

Contenuti








Tecnologie vincenti




Conclusioni


I limiti delle fonti rinnovabili

• Bassa densità di potenza• Necessità di diverse tecnologie• Dispersione sul territorio• Mancanza di motivazioni ed interessi forti• Discontinuità nell’offerta• Valore economico basso• Non sia adattano all’attuale struttura

delle reti di trasmissione

Contenuti








Tecnologie vincenti




Conclusioni


I vantaggi delle fonti rinnovabili

• Proprietà delle fonti condivisa;• Nuova funzione del territorio e nuove economie;• Consentono un approccio bottom up che

presuppone la condivisione e la partecipazione;• Motivazione soft rispetto a quelle hard

dell’economia fossile;• Inventano un altro settore economico che è quello

della Green Economy;• Partecipano alla contrazione volontaria della

domanda• Sorgenti quantitativamente illimitate

Contenuti








Tecnologie vincenti




Conclusioni


Le ragioni forti per un cambiamentoContenuti








Tecnologie vincenti




Conclusioni



Fonte

Contenuto in carbonio

(Milioni di ton di C/1018J)

Riserve provate al 2010 TEP (tonnellate equivalenti

di petrolio)

Anni all’esaurimento (riserve

provate/produzione)

Aumento CO2 alla

completa utilizzazione PPM

Petrolio 20.8 190 Miliardi 46.2 39.0

Gas 14.5 226 Miliardi 58.6 32.5

Carbone 25,2 602 Miliardi 118 150

Contenuti








Tecnologie vincenti




Conclusioni


Necessità di un modello di transizione

• La complessità del percorso verso una transizione energetica richiede la partecipazione in primis degli attuali attori energetici attuali;

• Gioco ideologico del tutto privo di significato quello di contrapporre l’economia fossile a quella del rinnovabile;

• Tanti passaggi di tale partecipazione congiunta sono da ancora da scoprire e meritano approfondimenti e ragionamenti di settore;

• La nuova era energetica dovrà essere in continuità e contiguità di sviluppo con quella precedente.

Contenuti








Tecnologie vincenti




Conclusioni

Prof. Roberto CipolloneDipartimento di Ingegneria Meccanica, Energetica e GestionaleUniversità degli Studi dell’Aquila


11/31

Contenuti








Tecnologie vincenti




Conclusioni


La fonte solare

• In circa 6 minuti il Sole invia sulla Terra l’energia che viene annualmente prodotta;

• Le maggiori intensità energetiche riguardano le aree desertiche: limitando l’interesse geografico a tali aree, l’intervallo di tempo sale a 6 ore;

Il problema non è se fare o meno ma come fare

12/31

Contenuti








Tecnologie vincenti




Conclusioni


La tecnologia della concentrazione dell’energia solare (CSP)

13/31

Contenuti








Tecnologie vincenti




Conclusioni



• Fonti fossili– 1kg di combustibile: 40 MJ (40 MW/kg/s)– Temperatura di disponibilità: 2000 °C

• Caratteristica energetica della fonte: bassa entropia

• Anche il solare termodinamico a concentrazione è a bassa entropia– Alta densità di potenza– Temperatura di disponibilità: elevata (1000 °C)

CSP vs Fonti fossili: ipotesi di sostituibilità

sT

QS

14/31

Contenuti








Tecnologie vincenti




Conclusioni


Tecnologie vincenti

Oli diatermici (400°C)

Sali fusi (250 – 550°C)

Gas (…°C)

Integrazione con fonti

fossili

15/31

Contenuti








Tecnologie vincenti




Conclusioni


Tecnologie vincenti

16/31

Contenuti








Tecnologie vincenti




Conclusioni


La concentrazione dell’energia solarePotenziale sfruttabile

Regione geograficaPotenzialità produttiva

(TWh/anno)

Produzione su consumo anno

2010

Africa 1.459.370 73

Australia 697.600 35

Asia centrale caucasica 15.193 0.75

Cina 125.835 6.3

America centrale e meridionale 123992 6.3

India 10.928 0.55

Medio Oriente 290.639 14.5

Messico 40.675 2

Paesi emergenti asiatici 75.561 3.8

Europa dell’est 21 1

EU + 27 2.409 0.12

USA 103.704 5.2

TOTALE 2.945.927 148.5

17/31

Contenuti








Tecnologie vincenti




Conclusioni



18/31

Contenuti








Tecnologie vincenti




Conclusioni


La concentrazione dell’energia solareUno scenario realizzabile

1. IEA, World Energy Outlook 20102 Global Concentrating Solar Power, Outlook 09. Why renewable Energy is Hot - IEA Solar Paces, Greenpeace International, ESTELA, 20093 IEA, Technology Roadmap Concentrating Solar Power, 20104 PriceWaterHouse Cooper “Delivering on Earth’s Solar Potential. Concentrating Solar thermal power as a solution to the world’s Energy challenges, Settembre 2009

AnnoEuropa

(27)Economie di transizione

Nord America

America centrale e

sud America

Asia India ChinaMedio

OrienteAfrica

OECD Pacifico

2020 11290 474 29598 2298 2441 3179 8650 15949 4764 9000

2030 40312 2027 106806 12542 9655 21491 44410 56333 31238 17500

Scenario “avanzato”

2015 2020 2030

MW installati 29419 84336 342301

TWh prodotti 116 355 1499

19/31

Contenuti








Tecnologie vincenti




Conclusioni


La concentrazione dell’energia solareLe prospettive industriali

Componenti 2015 2020 2030

Parabole (in milioni) 1,15 2,15 10,00

Tubi solari (in milioni) 3,45 6,40 30,25

Connessioni tra parabole adiacenti (in milioni)

1,15 2,15 10,00

Sistemi di tenuta rotanti (in migliaia) 200. 375. 1750.

Sistemi di accumulo (energia media accumulata pari a 2000 M Wh)

160 300 1400

20/31

Contenuti








Tecnologie vincenti




Conclusioni


La concentrazione dell’energia solareI costi

• Costi di impianto:– I dati attuali riferiscono un costo di 4000-5000 Euro 2010/kW

– Al 2050 si prevedono 1,2,3,4 : 2000 Euro 2010/kW

• Costi del kWh prodotto:– I dati attuali riferiscono un costo pari a 10-15 centesimi di Euro2010 al

kWh e – Al 2030 si prevedono: 5-6 centesimi di Euro2010 al kWh 1,2,3,4

• Raggiungimento dei target di costo: condivisione a livello internazionale di una strategia energetica alternativa a quella fossile.

1 Sandia National Laboratories, USA, 2010 – 2 Department of Energy, USA, 2009 – 3 Concentrating Solar Power Oulook 2009 Green Paces, IEA, Estela – 4 World Bank, Climate Investment Funds, Gennaio 2010

21/31

Contenuti








Tecnologie vincenti




Conclusioni


La concentrazione dell’energia solare Un vanto per buona parte italiano

• Ente Nazionale Energia Alternative– Revamping della tecnologia– Deciso miglioramento tecnologico con l’uso dei sali fusi come

fluido termo-vettore e dello spattering superficiale dei tubi solari

– Sperimentazione di impianti pilota e produttivi– Un driver della transizione

• Il ruolo scientifico del Prof. Carlo Rubbia nel breve passato per la definizione delle potenzialità e nel recente per il trasporto dell’energia elettrica a distanza (IASS, Potsdam)

• Il ruolo dell’industria nazionale

22/31

Contenuti








Tecnologie vincenti




Conclusioni



• Archimede Solar Energy S.P.A. del gruppo Angelantoni Industrie S.p.A. Massa Martana, Umbria, PG:– Industrializzazione dei tubi solari, il cuore della tecnologia,

risolvendo problemi di grande complessità, soprattutto per produzioni di massa:• Aumento temperatura operativa del tubo solare;• Aumento della proprietà di assorbimento alla luce solare e

diminuzione di quelle di re-irraggiamento nell’infrarosso• Tubi solari che operano a dieci milionesi di atmosfera

nell’intercapedine tubo metallico, tubo in vetro borosilicato;

– Partnership industriale con la Siemens (GE) per integrazione impianti solare concentrazione ed impianti ed combinati gas vapore.

23/31

Contenuti








Tecnologie vincenti




Conclusioni



Archimede Solar Energy S.P.A. del gruppo Angelantoni Industrie S.p.A. Massa Martana, Umbria, PG:

24/31

Contenuti








Tecnologie vincenti




Conclusioni



• Meccanotecnica Umbra S.P.A. , Campello sul Clitunno, Umbria, PG– Industrializzazione sistemi di tenuta tra gruppi

adiacenti di parabole che si muovono in moto sincrono con diversi sistemi di attuazione;

– Sistemi di connessione rapida tra parabole adiacenti (insieme a Advanced Research Consulting s.r.l., Torino) in fase di sperimentazione

– Integrazione con sistemi di monitoraggio delle perdite

25/31

Contenuti








Tecnologie vincenti




Conclusioni



• Meccanotecnica Umbra S.P.A. , Campello sul Clitunno, Umbria, PG

Giunto solare rotante Connettore

solare

26/31

Contenuti








Tecnologie vincenti




Conclusioni



SUPERFICIE IRRAGGIATA

int

1

ShRconvettiva

SUPERFICIE IRRAGGIATA

Ak

wRconduttiva

Advanced Research Consulting s.r.l., Torino Brevetto su tubi solari specifici per gas come fluido termo-vettore e per altre applicazioni non energetiche (reforming metano- idrogeno, produzione di idrogeno, dissalazione, etc…)

27/31

Contenuti








Tecnologie vincenti




Conclusioni


EC C C E E

R

SolarPlant

DESP: Discrete Ericsson Solar Power cycle Ericsson Solar Cycle: the highest efficiency


Università degli Studi dell’Aquila

“Uso del gas come fluido termo vettore e come fluido di lavoro nella conversione in energia meccanica”

28/31

Contenuti








Tecnologie vincenti




Conclusioni

ARC Advanced Research Consulting



Produzione energia elettrica

Dissalazione dell’acqua

Produzione miscele metano-idrogeno

Produzione di idrogeno

Elementi che favoriranno l’integrazione con il territorio e la proprietà condivisa

29/31

Contenuti








Tecnologie vincenti




Conclusioni


Conclusioni

30/31

Contenuti








Tecnologie vincenti




Conclusioni

Transizione energetica nel secolo corrente;Phase in delle fonti rinnovabili, phase out delle fonti fossili;Ragioni di opportunità ambientale ma anche socio politica;La transizione dovrà essere supportata dalle tecnologie fossili soprattutto quelle legate al gas;Solare termodinamico a concentrazione: una grande opportunità anche industriale

ENERGIE RINNOVABILINUOVE PROSPETTIVE ENERGETICHE ED

ECONOMICHE

Roberto CipolloneProfessore di Interazione fra le Macchine e l’Ambiente

Università degli Studi dell’ Aquila, L’Aquila,[email protected]

ENERGIE RINNOVABILI NUOVE PROSPETTIVE ENERGETICHE ED ECONOMICHE Roberto Cipollone Professore di...

Documents

Transcript of ENERGIE RINNOVABILI NUOVE PROSPETTIVE ENERGETICHE ED ECONOMICHE Roberto Cipollone Professore di...