Intervento introduttivo della giornata Ennio Macchi Dipartimento di Energia - Politecnico di Milano.

intervento introduttivo della giornata

Ennio Macchi

Dipartimento di Energia - Politecnico di Milano

Ennio Macchi – ATI/ANIMP 2010

Premessa

• Non sono temi nuovi: da sempre si trasporta l’energia e la si accumula, generalmente in modo smart

• uno spettro molto ampio e diversificato di applicazioni e di tecnologie (logica conseguenza del tema scelto): • Fonti energetiche (fossili e rinnovabili)• Vettori energetici (“puliti” e non)• Gas clima-alteranti• Utilizzi (civili, terziari, industriali, mobilità)• Trasporto (grandi distanze e quantità) e distribuzione (capillare,

piccole distanze)• Stoccaggio (annuale, stagionale, giornaliero, minuti, secondi, ma

anche > 1000 anni, per CCS) di ogni dimensione

Impossibile fare una sintesi in 20 minuti, la giornata si preannuncia varia e interessante, con scenari e idee che sembrano prospettare una futura rivoluzione tecnologica

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Perché non parlo solo di rinnovabili:I consumi di energia italiani ripartiti per fonte

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Ruolo prevalente dei combustibili fossili : ≈ 85%Fonte prevalente: petrolio: 41%Ruolo marginale del carbone: 7.4%Rinnovabili: ≈ 10%, in crescita (… se piove)Importazione significativa di energia elettrica: ≈ 5%


4Perché non parlo di rinnovabili:Previsioni IEA per il futuro (scenario “di riferimento”)

Differenze rispetto all’Italia: > carbone

presenza nucleare

< gas


Non sono temi nuovi: da sempre si trasporta l’energia e la si accumula

• Le fonti energetiche di gran lunga più importanti, quelle su cui si è basato (e continuerà a basarsi, per molti decenni) lo sviluppo dell’umanità, i combustibili fossili, sono “facili” da trasportare e accumulare: vero per solidi e liquidi, un po’ meno vero per il gas naturale

• Ricordo solo:• tre acronimi fondamentali per la valorizzazione dei giacimenti quando

non è attraente la soluzione gasdotto (LNG, CNG, GTL)

• La difficoltà del GN a competere con i derivati del petrolio nel settore della mobilità, nonostante gli indubbi vantaggi

• l’importanza strategica degli accumuli di GN (il diagramma di consumo “a vasca di bagno”)

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Dal sito STOGIT6


Non sono temi nuovi: da sempre si trasporta l’energia e la si accumula

• La fonte rinnovabile più importante (l’idroelettrica) si presta ad essere accumulata, ma non si trasporta (purtroppo, questo comporta formidabili sprechi: progetto INGA...). • Non solo per accumuli “naturali (della fonte idrica)”, ma del vettore

energia elettrica, con sistemi di pompaggio-turbinaggio

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terzo mercoledì del mese di dicembre (TERNA)esempio di uso smart dell’accumulo idro

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CAES:un possibile concorrente ai sistemi di pompaggio

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L’elettricità e il calore prodotto da biomassa sono pregiati, perché è energia “dispacciabile”

• La seconda fonte rinnovabile per importanza (biomassa) si trasporta e si accumula, meno facilmente dei combustibili fossili (e non sempre è razionale farlo, meglio utilizzarle in loco, filiera corta), può essere convertita in vettori energetici (elettricità, calore, biocombustibili)

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Diversamente dai combustibili fossili, dalle biomasse, dall’energia idroelettrica, dall’energia geotermica…

• Le altre fonti rinnovabili importanti (eolico, solare) non possono essere né trasportate, né accumulate direttamente. E’ possibile trasportarle e accumularle tramite vettori energetici (elettricità, fluidi termovettori, combustibili sintetici) • Ad oggi, il ruolo fondamentale nell’accumulo e nel trasporto

dell’energia elettrica prodotta da sole e vento è svolto dalla rete elettrica e dalle centrali “dispacciabili”.

• Come noto, non solo l’elettricità prodotta da sole e vento non viene penalizzata economicamente per questa necessità di “aiuto”, ma gode anzi di tariffe fort(issimament)e incentivate

Da questo punto di vista, l’utilizzo di sistemi termici e termodinamici presenta importanti vantaggi rispetto ai sistemi fotovoltaici, perché è molto più facile accumulare calore rispetto all’energia elettrica

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Accumulo termico ad alta temperatura (impianto Archimede)

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Perché sono oggi e soprattutto saranno in futuro così importanti il trasporto e l’accumulo dell’energia?

• Per il ruolo sempre crescente delle fonti rinnovabili non programmabili (sole e vento) (quando il loro contributo cresce percentualmente …tutto diventa più difficile)

• Per il possibile graduale passaggio verso la DG (Distributed Generation) (rinnovabili e non)

• Perché con l’avvento dei mercati elettrici competitivi, l’energia elettrica ha un valore molto variabile nel tempo, conviene accumulare l’elettricità quando vale poco e cederla quando vale molto

• Perché l’uso razionale degli accumuli può consentire importanti risparmi energetici (in particolare nella climatizzazione)

IN SINTESI:

PERCHE’ L’UNICA VERA RISPOSTA A LUNGO TERMINE ALL’AUMENTO DI CONCENTRAZIONE DI CO2 SONO I SISTEMI A EMISSIONE (QUASI) NULLA

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Sottostazioni

Utenze Commerciali

Utenze Industriali

Utenze CommercialiUtenti residenziali

MOTORI

MOTORI

Fuel cellMotori

TG

VolaniBATTERIE

FUEL CELLTurbina a Gas

Sottostazioni

Utenze Commerciali

Utenze Industriali

Utenze CommercialiUtenti residenziali

MOTORI

MOTORI

Fuel cellMotori

TG

VolaniBATTERIE

FUEL CELLTurbina a Gas

Micro-tri-cogenerazione da GN (idrogeno) + fonti rinnovabili DISTRIBUITA

Un possibile scenario futuro:la generazione distribuita


Un prototipo da 30 kWel installato nel nuovo laboratorio MCG del Dipartimento di Energia del Politecnico di Milano

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Un possibile scenario futuro:autovetture “ZEV” per la “mobilità sostenibile “?

• Se le auto elettriche avessero una diffusione significativa, aumenterebbe la domanda elettrica

• Se le auto a idrogeno avessero una diffusione significativa, servirebbe un’infrastruttura dell’idrogeno

• In Italia il consumo di prodotti petroliferi per la mobilità è enorme (la potenza media, su 8760 ore/anno) 55.000 MW

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Le fonti rinnovabili non si trasportano (l’elettricità sì) e sono più economiche in siti lontani dall’utenza

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EGS = Enhanced/Engineered Geothermal Systems


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Sleipner A

Sleipner T

Utsir aFor mation

Heimdal Formation

Sleipner ØstProduction and Injection Wells

CO 2

CO 2 Injection Well1000m

2000m

2500m

0

500m

1500m

1000m

0 500m

1500m

Soltanto l’acquifero salino Utsira, sotto al Mare del Nord può ospitare 600 miliardi di tonn. CO2: tutte le emissioni del Nord Europa di 300 anni di produzione di energia elettrica (da IEA, www.ieagreen.org.uk)

CCS: Gli accumuli futuri di più grande capacità?

Grazie dell’attenzione e buon lavoro


Le otto domande. nel 2020, in Italia, vedremo:

1. …. cantieri operativi nella realizzazione di centrali elettronucleari?

2. …. moderne centrali a carbone “pulito” (oltre a Torvaldaliga ) e carbone “sostenibile” (con CCS)?

3. …. una significativa quota di energia elettrica importata da impianti solari termodinamici nei deserti africani?

4. …..qualche (quale?) tecnologia da fonte rinnovabile raggiungere la competitività economica e non richiedere quindi incentivi?

5. … il rendimento medio annuo delle centrali a ciclo combinato raggiungere il 60%?

6. …..un’applicazione diffusa delle celle a combustibile?

7. ….centinaia di migliaia di microcogeneratori operativi nelle cucine italiane?

8. …..un impatto significativo sul settore elettrico delle nuove tecnologie per la “mobilità sostenibile “?

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