Uso efficiente dell’Energia e Rinnovabili per un ecosistema metropolitano locale

sostenibile

Riccardo Basosi* e Giuseppe Grazzini°

*Centro Studi Sistemi Complessi-Università di Siena

°Dipartimento di Energetica-Università di Firenze

Firenze – 27 Febbraio 2010

IL PROBLEMA ENERGETICO-AMBIENTALE

Fonte: Luca Lombroso - Convegno CasaKyoto®

Non esiste una energia pulita (l’unica energia pulita è quella che non si usa, cioè risparmiata)

L’energia sulla terra deriva o è derivata prevalentemente dal sole

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

1930 1970 2010 2050 2090

Mtoe

Year

Nuclear Energy

Coal

Gas

Oil

Data source: Oil, Gas, Colin Campbell/ASPO 2005Coal-, Nuclear Scenario, LBST 2005

2005

Modified original from Massimo IppolitoJanuary 2007

?

Previsione disponibilità energia primaria mondiale (non rinn.)

Energy economistLynch, M.C. No visible peak

Major oil companyShell2025 or later

Energy consultantsCERAAfter 2020

DOE analysis/infoEIA nominal case 2016

Oil company geologistLaherrere, J. 2010-2020

NGOWorld Energy Council World After 2010

Oil company geologistCampbell, C.J.Around 2010

Vice Provost, Cal TechGoodstein, D.Before 2010

Oil company geologistDeffeyes, K.S.Before 2005

Petroleum journal Editor Skrebowski, C. After 2007

Investment bankerSimmons, M.R.2007-2009

Iranian Oil ExecutiveBakhitari, A.M.S.2006-2007

BackgroundSorgente della proiezioneData del picco

Energy economistLynch, M.C. No visible peak

Major oil companyShell2025 or later

Energy consultantsCERAAfter 2020

DOE analysis/infoEIA nominal case 2016

Oil company geologistLaherrere, J. 2010-2020

NGOWorld Energy Council World After 2010

Oil company geologistCampbell, C.J.Around 2010

Vice Provost, Cal TechGoodstein, D.Before 2010

Oil company geologistDeffeyes, K.S.Before 2005

Petroleum journal Editor Skrebowski, C. After 2007

Investment bankerSimmons, M.R.2007-2009

Iranian Oil ExecutiveBakhitari, A.M.S.2006-2007

BackgroundSorgente della proiezioneData del picco

Accordo e disaccordo sul picco di produzione energia fossile

RISERVE ACCERTATE (MILIARDI TEP)

CONSUMO ATTUALE (MILIARDI TEP)

DURATA RISERVE (ANNI)*

PETROLIO 135 3.242

GAS NATURALE 120 1.8 67

CARBONE540 2.3

235

URANIO 28 0.6 40

LE RISERVE ENERGETICHE DI NATURA FOSSILE O

FISSILE

0102030405060708090

100110120130140150160170180190200

1955 1965 1975 1985 1995 2005

Mte

p -

%

Totale fonti energetiche

Consumi

Elettricità

%Elet./Consumi

Consumi di energia primaria, consumi finali ed energia elettrica in Italia

Consumi finali pro-capite

90

100

110

120

130

140

150

1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004

GJ

/ab

ita

nte

Italia

Toscana

Comb. Solidi5%

Petroliferi41%

Gas nat.34%

Rinnovabili1%

E. Elettrica19%

Consumi finali per fonti Toscana

BILANCIO ENERGETICO ITALIANO 2008 (AL NETTO DEI BUNKERAGGI)

Calore a bassa T, 25%

Calore a media T, 6%

Calore ad alta T, 20%

Energia Elettrica (usi obbligati, 19%)

Combustibili, 34 %

Residenziale, 34%

Commercio, 4%

Industria, 30%

Agricoltura, 2%

Trasporti, 30 %

Distribuzione Domanda/Offerta dell’Energia in funzione della qualità degli Usi Finali

L’elettricità è associata convenzionalmente a T > 1000 C°

P

P

Petrolio Carbone Gas

Centrali termoelettriche

Usi finali

Domanda di energia primaria (100% T)

Energia elettrica prodotta (40% T)

Energia persa in centrale (60% T)

Energia elettrica persa negli usi (50%, 20%T))

Energia utilizzata

(50%, 20%T)

LE PERDITE ENERGETICHE DEL SISTEMA ELETTRICO ITALIANO

Georeferenziazione del fabbisogno termico

LA DIFFUSIONE DEGLI SCALDABAGNO

Elettrico 7.000.000 Gas 3.000.000

Gas Centralizzato 1.500.000

Solare Termico 50.000-100.000

EVOLUZIONE DEI CONSUMI SPECIFICI ELETTRODOMESTICI

EVOLUZIONE DEI CONSUMI SPECIFICI PER RISCALDAMENTO DOMESTICO

Dalla classe G alla classe A in 10 mosse

Le 10 mosse sono:

1. Diagnosi dell’edificio e monitoraggio strumentale2. Isolamento termico delle pareti e della copertura3. Isolamento del pavimento e degli impianti termoidraulici4. Isolamento delle finestre5. Isolamento dei vetri6. La ventilazione meccanica controllata7. Solare termico8. Pompa di calore e geotermia9. Fotovoltaico10.Domotica

Dalla classe G alla classe A in 10 mosse

Risultato:Una casa certificata, calda e silenziosa.

Firenze 2004Agricoltura.

0.03%

Domestico. 31.59%

Terziario. 17.30%Industria.

4.94%

Trasporti . 46.14%

Consumi finali per settori, Firenze 2004

Previsioni di richiesta nel PIER

0.0

500.0

1 000.0

1 500.0

2 000.0

2 500.0

3 000.0

3 500.0

4 000.0

4 500.0

5 000.0

1995 2000 2005 2010 2015 2020

kte

p

Solidi

Liquidi

Gassosi

Parametri significativi, Provincia di Firenzee Regione Toscana

Tabella 1.1 Parametri significativi Provincia di Firenze e Regione Toscana al 2007

Provincia Regione Quota % media della Provincia su totale

regionale

Quota % della Provincia su totale

regionale

Superficie [kmq] 3 514 22 992 15.28% Popolazione residente 970 414 363 8211 26.67%

PIL [in milioni di euro] 29 819 85 409 34.91%

Consumi di energia elettrica [in milioni di kWh]

4 461 20 897 21.35%

Vendita carburanti [kilo in tonnellate] 269.922 1 002 26.94%

Emissioni di CO2 [milioni di t/ anno] 8.3 36 23.06%

~25.00%

AREA DI STUDIO RETICOLO IDROGRAFICO SEMPLIFICATO

PEAP Firenze Energia Idroelettrica

RISULTATI

IL POTENZIALE LORDO INSTALLABILE NEI BACINI DELLA PROVINCIA DI FIRENZE È DI CIRCA 43.6 MW, CORRISPONDENTE AD UNA CAPACITÀ DI PRODUZIONE LORDA PARI A CIRCA 83.7 GWh ANNUI.

PER COMPLETARE L’ANALISI DELLA POTENZIALITÀ IDROENERGETICA DELLA PROVINCIA DI FIRENZE, OCCORRE TENERE CONTO DELLA CAPACITÀ PRODUTTIVA DELL’ASTA DELL’ARNO NEL TRATTO FIORENTINO. A TALE SCOPO SI FA RIFERIMENTO AL PIANO ENERGETICO AMBIENTALE COMUNALE DI FIRENZE (PEAC) CHE, CON UNA METODOLOGIA DI LAVORO DIFFERENTE DA QUELLA ADOTTATA NEL PRESENTE STUDIO, HA VALUTATO UN POTENZIALE IDROENERGETICO LORDO INSTALLABILE DI CIRCA 3.5 MW, PER UNA PRODUZIONE IDROENERGETICA POTENZIALE LORDA ANNUA PARI A CIRCA 20.2 GWh.

Elsa

Sieve

Pesa

Greve

Egola

Orme

Marina

Sieci

Resco

Mugnone

Vingone

Fosso Reale

Marnia

Cesto di Lucolena

Chiesimone

Vicano di S.Ellero

Marinella

Vicano di Pelago

Fosso delle Lame

Santerno

Lamone

Senio

< 500500 - 10001001 - 50005001 - 9999> 10000

PRODUZIONE IDROELETTRICA POTENZIALE [MWh/anno]

PEAP Firenze Energia Idroelettrica

Individuazione e georeferenziazione delle aree a “vocazione eolica”

Tematismi georeferenziati utilizzati

- Aree inopportune allo sviluppo di siti eolici (linee guida regione toscana)

- Aree protette nazionali e regionali, sir, sic, zps

- Uso del suolo e pendenze

- Carte tecniche regionali ed ortofoto

- Viabilità

- Reti di trasporto dell’energia elettrica

Vincoli utilizzati per la definizione delle aree:

- Zone con eccessiva pendenza

- Zone con copertura ad alto fusto

- Zone con eccessiva distanza dalle strade

- Zone con eccessiva distanza da elettrodotti at e mt

- Zone vicine ad agglomerati urbani o case isolate

Valutazione delle Potenzialità della Risorsa Eolica nel territorio della Provincia di Firenze

Dati anemologici utilizzati

- ZONE CON VELOCITÀ MEDIE ANNUE DEL VENTO >5 m/s A 77 m S.L.S. RICOSTRUITE DAL la.M.M.A. (Laboratorio meteorologico e di modellistica ambientale della regione toscana) sulla base delle stime ottenute attraverso i modelli rams-calmet

PEAP Firenze Energia Eolica

29 aree con potenziale da

430 a 536 MW

FIRENZUOLA

MARRADI

VICCHIO

FIRENZE

REGGELLO

VINCI

GREVE IN CHIANTI

MONTAIONE

LONDA

EMPOLI

PONTASSIEVE

VAGLIA

MONTESPERTOLI

CERTALDO

SCARPERIA

SAN GODENZO

PELAGO

BORGO SAN LORENZO

CALENZANO

RUFINA

DICOMANO

FUCECCHIO

SCANDICCI

BARBERINO DI MUGELLO

FIESOLE

GAMBASSI TERME

BAGNO A RIPOLI

PALAZZUOLO SUL SENIO

IMPRUNETA

FIGLINE VALDARNO

SAN CASCIANO IN VAL DI PESA

CASTELFIORENTINO

CERRETO GUIDI

SIGNA

BARBERINO VAL D'ELSA

LASTRA A SIGNA RIGNANO SULL'ARNO

SESTO FIORENTINO

TAVARNELLE VAL DI PESA

SAN PIERO A SIEVE

CAMPI BISENZIO

INCISA IN VAL D'ARNO

MONTELUPO FIORENTINO

Legenda

E > 1000

750 < E < 1000

500 < E < 750

250 < E < 500

E < 250

PRODUZIONE SOLARE FOTOVOLTAICA TEORICA NETTA [Mwh/anno] NELLO SCENARIO 2

LE VALUTAZIONI INDICANO UNA POTENZIALITÀ DI INSTALLAZIONE DI IMPIANTI FOTOVOLTAICI, NEI DUE SCENARI, RISPETTIVAMENTE DI 214.2 MW (77.1 MW SU EDIFICI CIVILI E 137.1 MW SU EDIFICI INDUSTRIALI) E DI 21.4 MW (7.7 MW SU EDIFICI CIVILI E 13.7 MW SU EDIFICI INDUSTRIALI), PER UNA PRODUCIBILITÀ POTENZIALE ALL’ANNO RISPETTIVAMENTE DI CIRCA 250 GWh E 25 GWh.

PEAP Firenze Energia Solare

PRODUZIONE SOLARE TERMICA TEORICA NETTA [Mwh/anno] NELLO

SCENARIO 2

LE VALUTAZIONI INDICANO UNA POTENZIALITÀ DI INSTALLAZIONE DI IMPIANTI SOLARI TERMICI, NEI DUE SCENARI, DI 286.6 MW (180.0 MW SU EDIFICI CIVILI E 106.6 MW SU EDIFICI INDUSTRIALI) E DI CIRCA 28.6 MW (18.0 MW SU EDIFICI CIVILI E 10.6 MW SU EDIFICI INDUSTRIALI) PER UNA PRODUCIBILITÀ POTENZIALE ALL’ANNO RISPETTIVAMENTE DI 335.3 GWh E DI 33,5 GWh.

FIRENZUOLA

MARRADI

VICCHIO

FIRENZE

REGGELLO

VINCI

GREVE IN CHIANTI

MONTAIONE

LONDA

EMPOLI

PONTASSIEVE

VAGLIA

MONTESPERTOLI

CERTALDO

SCARPERIA

SAN GODENZO

PELAGO

BORGO SAN LORENZO

CALENZANO

RUFINA

DICOMANO

FUCECCHIO

SCANDICCI

BARBERINO DI MUGELLO

FIESOLE

GAMBASSI TERME

BAGNO A RIPOLI

PALAZZUOLO SUL SENIO

IMPRUNETA

FIGLINE VALDARNO

SAN CASCIANO IN VAL DI PESA

CASTELFIORENTINO

CERRETO GUIDI

SIGNA

BARBERINO VAL D'ELSA

LASTRA A SIGNA RIGNANO SULL'ARNO

SESTO FIORENTINO

TAVARNELLE VAL DI PESA

SAN PIERO A SIEVE

CAMPI BISENZIO

INCISA IN VAL D'ARNO

MONTELUPO FIORENTINO

Legenda

E > 1000

750 < E < 1000

500 < E < 750

250 < E < 500

E < 250

PEAP Firenze Energia Solare

(termica)

Potenze installabili da Biomasse Forestali e coltivazioni arboree in Provincia di Firenze, e nelle Comunità Montane

Tabella 3.9 Potenze termiche ed elettriche installabile nei diversi contesti provinciali

Bacino

Potenza elettrica minima[MWe]

Potenza termicaminima[MWt]

Potenza elettrica con ipotesi SRF

[MWe]

Potenza termica con SFR[MWt]

Provincia Firenze 11.5 19.2 17.9 29.8

CM Mugello 3.9 6.4 6.0 10.0

CM Montagna Fiorentina 2.3 3.9 3.6 6.0

Area Chianti 3.1 5.2 4.9 8.1

Potenzialità delle Rinnovabili in Provincia di Fi

Potenza installata, installabile eintervalli di potenzialità per le FER

ATTUALE INSTALLATO PROVINCIA FI

OBIETTIVI PIER

REGIONALI

OBIETTIVI PIER SU PROVINCIA FI

(quota 25%)

SCOSTAMENTO PROVINCIA FI

RISPETTO OBIETTIVI PIER

(quota 25%)Potenza installata per Energia elettrica da eolico (Mwe) 0,00 301,800 75,45 75,45 450 536Potenza installata per Energia elettrica da idroelettrico (Mwe)

14,90 417,900 104,48 89,58 47,1 47,1Potenza installata per Energia elettrica da fotovoltaico (Mwe)

1,45 151,3 37,83 36,38 21,4 214Potenza installata per Energia elettrica da biomasse e biogas (Mwe) 0,00 171,800 42,95 42,95 11,80 18,00Potenza installata per Energia elettrica da geotermia (Mwe)

0,00 911,000 227,75 227,75 0 0,00

totali 16,35 1042,80 260,70 244,35 530,30 815,10

POTENZIALITà PREVISTE DA PEAP FI (VALORE MINIMO E

VALORE MAX)

LINEE GUIDA di un possibile PIANO ENERGETICO nel settore TRASPORTI

Orientamento su 7 obiettivi strategiciOrientamento su 7 obiettivi strategici

ridurre l'intensità di energia a pari condizioni di mobilità ridurre l'intensità di trasporto a pari condizioni di crescita economica ridurre la crescita della domanda di trasporto sostituire la mobilità con l'accessibilità sostituire l'offerta di trasporto ecovora (vorace di ambiente ed energia)

con quella più eco-compatibile combinare i processi di dematerializzazione (dell'economia e del

trasporto) e la carrying capacity (sostenibilità) dell'ambiente incorporare la dimensione ambientale nelle politiche di trasporto

locali e regionali

Trasporti Firenze 2003

merci. 32.0%

treni. 0.2%

auto privata. 52.3%

moto. 6.7%

collettivo. 4.4%

aereo. 4.5%

Distribuzione dei consumi energetici tra i vari vettori; Firenze 2003

Veicoli di trasporto a Firenze• Il rapporto veicoli/popolazione nella Provincia di Firenze è di circa 0.76 veicoli per

abitante. I veicoli immatricolati nella Provincia sono così ripartiti:• Automobili: 615 177• Ciclomotori: 64 150 e Motocicli: 82 118• Autobus: 1 741, di cui circa 1 300 sono utilizzati per il trasporto pubblico urbano ed

extraurbano nell’aera metropolitana di Firenze.• Veicoli merci: 70 043

Il traffico stradale annuale nell’area fiorentina è costituito da due macro-categorie: a) il traffico intra-comunale, causato da tutti gli spostamenti che hanno origine e destinazione all’interno dei territori comunali, e b) il traffico inter-comunale, dovuto invece agli spostamenti, sia in entrata ed in uscita, tra le aeree esterne ai confini dei vari comuni. Chiaramente il traffico inter-comunale di maggiore entità è costituito dagli spostamenti da e per la città di Firenze. A loro volta queste due macrocategorie possono essere divise in spostamenti sistematici ed in spostamenti erratici.

Auto private e Fattore di Occupazione

• il fattore di occupazione (LF) delle auto a Firenze è limitato a 1,3 persona per veicolo, contro l’ 1,4 che rappresenta invece il dato medio nazionale per il traffico urbano.

• Questa situazione non fa altro che aumentare il già alto impatto ambientale delle automobili.

Un semplice esempio può rendere più lampante questa considerazione.• Attualmente lo spostamento di 12 persone nella Provincia di Firenze,

richiede l’utilizzo di 9 automobili, con un consumo chilometrico per persona trasportata di circa 2,29 MJ (vedi tabella Energia Locale). Se l’LF venisse portato a 2, questo comporterebbe una riduzione del 47% dell’energia necessaria per la movimentazione delle persone con una riduzione del 47% delle quantità di emissioni prodotte.

Mobilità e Informazione

Una risposta univoca alla attuale motivazione che spinge la richiesta di mobilità non c'è. Tuttavia molti spostamenti sono di tipo sistematico e dovuti ad esigenze di lavoro e per ottemperare a pratiche burocratiche che potrebbero essere drasticamente ridotte attraverso un uso spinto delle reti telematiche, tramite il telelavoro e la certificazione delle trasmissioni per via elettronica. Ciò avrebbe anche una ricaduta economica spingendo lo sviluppo di aziende legate alla loro realizzazione, manutenzione e gestione.

Sviluppo delle reti infrastrutturali della piana e della loro interconnessione

•Favorire in ogni modo l’uso della bicicletta potenziando la rete di piste ciclabili •Realizzazione di linee tramviarie intercomunali e integrazione con le linee ferroviarie esistenti•Possibile sviluppo di collegamenti tra le reti con l'uso di filobus bimodali

L'abbattimento delle emissioni di sostanze inquinanti calcolabile in base alla differenza di emissioni tra un autobus nuovo ( Euro 4) a gasolio ed i nuovi tipi bimodali è superiore al 30%

Vantaggi conseguibili

• l’energia elettrica può essere generata a partire da fonti rinnovabili o in cogenerazione;

• si annullano le emissioni inquinanti in loco; • riduzione dei costi di manutenzione rispetto al motore diesel

convenzionale.

• si rende possibile il recupero energetico in frenata e in discesa;• il consumo energetico specifico, secondo dati del Comune di Milano e di ENEA, è uguale per

il filobus e per il tram;• le emissioni e i consumi energetici evitati sono quindi uguali a quelli del tram;• i filobus sono i mezzi di trasporto collettivo più silenziosi in assoluto.• nelle realizzazioni bimodali (oggi predominanti) si può evitare la linea aerea di captazione

elettrica nelle zone di alto pregio architettonico;• i filobus ha inoltre una maggior libertà di spostamento in tutte quelle situazioni (sorpassi,

lavori in corso etc.) in cui l’alimentazione soltanto dalla linea bloccherebbe il mezzo. Si hanno le prestazioni in salita e in frenata dei mezzi su gomma (rampe più corte nei sottoattraversamenti – minore necessità di confinare la linea rispetto ai pedoni)

Grado di avanzamento nello sviluppo

di azioni di sostenibilità energetica