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!