FONTI RINNOVABILI PER LA PRODUZIONE DI ELETTRICITÀ, Stato

A G E N Z I A I N T E R N A Z I O N A L E P E R L’ E N E R G I A
RIASSUNTO
FONTI RINNOVABILI
P ER LA P ROD UZIONE
D I ELETTRICITÀ
Sta to a ttu a le e p ro s p e ttive
AGENZIA INTERNAZIONALE PER L’ENERGIA
Il Riassunto che segue è la traduzione italiana
dell’ Executive Summary della pubblicazione originale
dell’OCSE/AIE, intitolata in inglese
RENEWABLES FOR
POWER G ENERATION
Status & Prospects
© OECD/IEA, 2003
La traduzione e’ stata realizzata su iniziativa
della Rappresentanza Permanente
d’Italia presso l’OCSE a Parigi
ORGANIZZAZIONE PER LA COOPERAZIONE E LO SVILUPPO ECONOMICO
3
RIASSUNTO
Le fonti rinnovabili costituiscono la seconda fonte principale utilizzata per
la produzione mondiale di energia elettrica. Nel 2000, hanno rappresentato
il 19% della generazione di energia, dopo il carbone (39%), ma prima del
nucleare (17%), del gas naturale (17%) e del petrolio (8%). Gran parte
dell’energia generata dalle fonti rinnovabili proviene dalle centrali idriche
(92%), seguita dai combustibili rinnovabili e dai rifiuti (5%) e dalle “nuove”
fonti rinnovabili (3%), ivi comprese l’energia geotermica, l’energia solare,
l’energia eolica, l’energia mareomotrice e altre fonti.
Nonostante il modesto contributo fornito alla produzione mondiale di
energia elettrica, le “nuove” fonti rinnovabili hanno registrato notevoli
progressi durante gli ultimi decenni, con una crescita media annuale del
9,3% nel periodo 1971-2000. Questi tassi di crescita riflettono un incremento
annuale del 52% per l’energia eolica, del 32,5% per l’energia solare e
dell’8,8% per l’energia geotermica registrato per il periodo di riferimento —
sebbene a partire da una base molto bassa, secondo le “Renewables
Information 2002” dell’A IE.
Tuttavia, le “nuove” fonti rinnovabili non sono ancora completamente
integrate nel settore energetico. Per giungere a un uso più esteso le fonti
rinnovabili continueranno a dipendere da un assetto di politiche di sostegno,
da consistenti investimenti nella R&S e da migliori procedure di gestione
della rete elettrica da parte degli enti erogatori.
Fonti rinnovabili per la produzione di elettricità 2003:Stato attuale e prospettive
presenta per la prima volta i dati tecnici e i costi disponibili per le sei
tecnologie più dinamiche di energia rinnovabile per la generazione
di energia elettrica (energia eolica, energia geotermica, bioenergia, energia
solare a concentrazione, energia solare fotovoltaica e mini-centrali
idroelettriche). Grazie a questo studio internazionale comparato, è possibile
ottenere una valutazione realistica della riduzione dei costi e del potenziale
di sviluppo tecnologico di tali tecnologie e delle possibilità d’espansione
del mercato nei prossimi anni. La presente pubblicazione intende aiutare i
responsabili dell’elaborazione delle politiche energetiche, fornendo una
visione accurata ed esauriente delle tecnologie più promettenti delle energie
rinnovabili e delle loro prospettive d’integrazione nel settore energetico.
RIASSUNTO
4
Dinamica del progresso tecnologico e
crescita del mercato
Per instaurare un assetto efficace di interventi atto a favorire l’integrazione
delle fonti rinnovabili nel settore energetico, i responsabili delle politiche
energetiche devono riconoscere che lo sviluppo tecnologico e l’esperienza
del mercato sono strettamente connessi e che si articolano in un “ciclo
virtuoso” (Figura 1). Il ciclo virtuoso tiene conto dei rapporti positivi e
sinergici fra tecnologia e Ricerca e Sviluppo (R&S), dei progressi realizzati
nella produzione e delle lezioni tratte dalle esperienze di mercato che
possono essere rafforzate dal contesto delle politiche energetiche. Le
politiche di sostegno saranno più efficaci stimolando contemporaneamente
il ciclo dello sviluppo tecnologico e quello legato all’esperienza maturata nel
mercato, specie se i costi delle fonti rinnovabili sono attraenti.
Figura 1
Ciclo virtuoso in un ambito di politiche di sostegno
L’aumento delle vendite
fa alzare la domanda –
Una migliore utilizzazione permette
un maggiore feedback
I miglioramenti portano
alla riduzione dei costi,
all’aumento dell’efficienza e
all’incremento dell’applicabilità
Ciclo
tecnologico
La stimolazione
della produzione
si traduce in
un aumento
della quantità e
in un miglioramento
della qualità
I prodotti meno costosi,
migliori e nuovi consentono
di espandere i mercati e
aprono nuovi segmenti
La tecnologia progredisce
grazie all’innovazione,
il feedback e l‘investimento
nella R&S
SVILUPPO
T E CN OLOG ICO
Ciclo del
mercato
SVILUPPO
IN D UST R IA LE
D IF F USION E
N E L M E R CA T O
Fonte: N ET Ltd. Svizzera in base a A IE/O CSE (2000).
Tale ciclo virtuoso opera in maniera diversa per ciascuna tecnologia di
energia rinnovabile, dipendendo dalla specifica maturità della tecnologia e
dal suo progresso sui mercati. Tali differenze fra le sei tecnologie di energia
rinnovabile sono fondamentali. E’ importante sottolineare che l’energia
eolica si distingue dall’energia geotermica che, a sua volta, si distingue
RIASSUNTO
X
5
dall’energia solare fotovoltaica, e così via. Ogni tecnologia ha un suo
specifico ruolo commerciale con propri costi e benefici. Pertanto, i
responsabili delle politiche energetiche dovrebbero riconoscere gli aspetti
generali che accomunano tutte le energie rinnovabili, ma, al tempo stesso,
capire che per incidere sulla crescita del mercato e sulla competitività, sarà
necessario considerare ogni specifica tecnologia tenendo conto delle
condizioni locali. La comprensione del ciclo virtuoso comune a tutte le fonti
energetiche rinnovabili e delle caratteristiche proprie a ciascuna tecnologia
rispetto alle altre opzioni di energia sostenibile, consentirà di sviluppare un
più efficiente ed efficace assetto di interventi.
Tecnologia e sviluppo tecnologico
Alcune tecnologie di produzione di elettricità a partire da fonti rinnovabili
di energia hanno già ottenuto un’apprezzabile quota di mercato e la loro
industria è relativamente matura. Tuttavia, queste tecnologie hanno ancora
una lunga strada da percorrere prima di sviluppare il loro potenziale a livello
mondiale. Ad esempio, le mini-centrali di energia idroelettrica sono ben
affermate, al pari di alcuni segmenti dell’industria della biomassa. In base
alle definizioni più comuni, nel 2000, la potenza installata a livello mondiale
era rispettivamente di 32 GW e 37 GW. L’energia geotermica (8 GW di
potenza installata nel 2000) produce, con ottimi risultati, energia elettrica in
zone privilegiate da quasi un secolo e riguadagna terreno anche nei Paesi
in via di sviluppo. L’energia eolica è in una fase di vigoroso sviluppo
tecnologico e commerciale e ha raggiunto una potenza installata di 30 GW
nel 2002, principalmente in Germania (12 GW), negli Stati Uniti (4,7 GW), in
Spagna (4,1 GW), in Danimarca (2,9 GW) e in India (1,7 GW). In paragone, il
mercato dell’energia solare fotovoltaica, con una potenza installata di 1.1 GW
nel 2000, è ancora limitato, ma ha triplicato il proprio volume nel corso
degli ultimi quattro anni. Nonostante il successo tecnologico della prima
esperienza commerciale alla fine degli anni Ottanta, la tecnologia
dell’energia solare a concentrazione (Concentrating solar power — CSP), non
è riuscita a mantenere il proprio mercato a causa dell’interruzione delle
politiche di sostegno. Il recente sviluppo tecnologico, abbinato a un rinnovato
interesse governativo, fa sperare in una nuova ripresa.
Lo sviluppo tecnologico ha contribuito a un maggiore progresso innovativo
nei materiali, nei processi, nei progetti e nei prodotti. Nella figura 2,
l’illustrazione in alto mostra l’aumento della dimensione del diametro del
rotore e della capacità delle turbine eoliche, dimostrando graficamente il
RIASSUNTO
6
progresso di questa tecnologia. L’illustrazione in basso mostra le diverse
tipologie delle celle fotovoltaiche con gli svariati progressi dello sviluppo
della tecnologia, ivi compresi l’efficienza e i costi. Gli sviluppi tecnologici
sono fondamentali per il futuro di ciascuna tecnologia di energia rinnovabile
discussa nel presente studio.
Figura 2
Illustrazioni dello sviluppo tecnologico
2002:
1395 kW
Energia eolica
1999:
919 kW
1995:
473 kW
1990:
170 kW
1985:
20 kW
Energia fotovoltaica
200 - 500
100 - 200
500 - 700
700 - 1500
Prezzo per Wp $1999
10
mono-Si
Prezzo
per area
Tecnologia
multi-Si
5
film sottile
nuovi
concetti
mc
OECO
EFG
a-Si
0
n+pp+
CTS
CIS
Celle solari
nanocristalline
5
50
10
100
15
150
20 Efficienza
200 Rendimento
per area [W/m2]
Fonti: NET Ltd. Svizzera, in base a dati indicativi della Durstewitz (1999),
Systèmes Solaires/EurObserv’ER (2003); e Hoffmann / RWE Schott Solar GmbH.
RIASSUNTO
X
7
Tabella 1
Punti chiave delle politiche di intervento nelle tecnologie delle fonti rinnovabili
di energia
Opportunità per
il mig lioramento
Ricerca
della performance fondamentale
tecnica ed
economica
Sviluppo di nuovi
componenti e
di integrazione
di sistemi atti
a fornire lo
stesso servizio
a costi inferiori
Riduzione
dei costi
mediante
la R&S
Incremento
della
performance
Ricerca
applicata
Introduzione
sul mercato
Interventi
sul mercato
Implementazione
dei componenti
e dell’integrazione
di sistemi
A mpliamento
del servizio più
efficiente
Ottimizzazione
dei componenti e
dell’integrazione
di sistemi atti
a fornire lo
stesso servizio
a costi inferiori
Sviluppo di
Ottimizzazione
componenti migliori dei componenti
e dell’integrazione e dell’integrazione
di sistemi atti a
di sistemi atti a
fornire un servizio fornire un servizio
più efficiente
più efficiente
Sviluppo di nuovi
Ottimizzazione
Implementazione
Economia
progetti, processi
di nuovi progetti,
di nuovi progetti,
di scala I
e materiali
processi e materiali processi e materiali
per componenti
per componenti
per componenti
(dimensione
di maggiori
di maggiori
di maggiori
dei componenti)
dimensioni
dimensioni
dimensioni
Economia
di scala II
(volume di
produzione)
Sviluppo di nuovi
processi produttivi
adeguabili per
la realizzazione
di economie
di scala
Fonte: NET Ltd. Svizzera
RIASSUNTO
Costruzione di
una migliore
piattaforma
produttiva per
aumentare
la produzione
Ottimizzazione
Implementazione
dei componenti
dei componenti
importanti per
importanti per
il potenziamento
il potenziamento
degli impianti di
degli impianti di
produzione di energia produzione di energia
Economia
di scala III
(dimensione
dell’impianto)
Economia
derivante
dal sistema
di mercato
Ottimizzazione
di processi
produttivi nuovi
o perfezionati ed
adeguabili per
la realizzazione di
economie di scala
Sinergie derivanti
dallo scambio
di know how e
di competenze
e dall’utilizzo
dell’infrastruttura
comune
Sinergie derivanti
dallo scambio
di know how e
di competenze
e dall’utilizzo
dell’infrastruttura
comune
Miglioramenti
derivanti dalle
sperimentazioni
pilota
P otenziamento
della piattaforma
produttiva
per migliorare
la produzione
P otenziamento
degli impianti
di produzione
d’energia
per aumentarne
l’efficienza
Miglioramenti
derivanti
dal feedback
del consumatore
e del fornitore
di servizi
8
Opportunità di riduzione dei costi
La riduzione dei costi attraverso lo sviluppo tecnologico dovrebbe
focalizzarsi sulla specifica situazione di ciascuna tecnologia e applicazione di
energia rinnovabile. Identificando gli ambiti specifici per operare la riduzione
dei costi (Tabella 1) e tenendo conto del “ciclo virtuoso” più ampio, i responsabili
politici possono mantenere a livelli minimi i costi legati all’entrata sul mercato
e all’apprendimento della tecnologia.
Le “curve di apprendimento” della tecnologia presentate nello studio
illustrano i complessi rapporti esistenti fra tecnologia, industria e mercato
rappresentandoli con una curva di costi decrescenti. Tuttavia, le curve di
apprendimento si limitano ad interpretare l’input e l’output del sistema di
apprendimento, senza spiegarne il processo interno. La curva di esperienza,
applicata e interpretata correttamente, aiuta a individuare elementi critici al
di là delle pure e semplici relazioni che descrive. Inoltre, essendo basata su
ipotesi di crescita del mercato, la riduzione dei costi può essere stimata in
quadri temporali specifici. In generale, possono essere identificati tre livelli
di potenziale riduzione globale dei costi delle tecnologie di fonti rinnovabili
per la produzione di energia elettrica.
Il potenziale più elevato di riduzione dei costi nell’ambito delle tecnologie
di produzione di energia elettrica ricavata dalle fonti rinnovabili, è
caratterizzato da fonti costose e di recente sviluppo. Tali fonti tendono
ad avere una curva di apprendimento vertiginosa con un tasso di
progressione di circa l’80%. Ciò significa che ad ogni raddoppiamento del
volume prodotto corrisponde una riduzione dei costi di circa il 20%. A
livello mondiale, le tecnologie solari dovrebbero registrare una riduzione
dei costi compresa fra il 30% e il 50% nel corso dei prossimi due decenni,
a seguito dell’apprendimento e della crescita del mercato.
Il potenziale medio di riduzione dei costi si può registrare nelle tecnologie
comprese nella fascia medio bassa di costo e in quelle di sviluppo relativamente recente. Tali fonti tendono ad avere una curva di apprendimento
con un tasso di progressione di circa il 90%. Ciò significa che ad ogni
raddoppiamento del volume prodotto corrisponde una riduzione dei costi
di circa il 10%. A livello mondiale, su questa base l’energia eolica ridurrà i
propri costi di circa il 25% nel corso dei prossimi due decenni e si prevede
una riduzione del 10%-25% durante il prossimo periodo.
Il potenziale minore di riduzione dei costi riguarda le tecnologie più
mature. La curva di apprendimento per queste tecnologie e le loro
componenti è piuttosto piatta. A livello mondiale, lo sviluppo tecnologico
per le mini-centrali idroelettriche e la biomassa è notevolmente inferiore,
RIASSUNTO
X
9
probabilmente del 5%-10% nel corso dei prossimi due decenni. In
maniera specifica, gli elementi convenzionali (opere civili, turbine)
offrono un potenziale modesto di riduzione dei costi, compreso fra il
5% e il 10% per i prossimi due decenni.
Struttura dei costi, costi di investimento e di generazione d’energia
L’energia rinnovabile è caratterizzata da un’ampia gamma di costi legati agli
investimenti e alla generazione. La Tabella 2 presenta le tipologie di costi
d’investimento e di generazione per il 2002 e le proiezioni per il 2010. Tali tipi
di costi riflettono la varietà di tecnologie per ogni fonte di energia rinnovabile,
il grande numero di applicazioni possibili e la molteplicità delle fonti. I costi
dell’energia rinnovabile dipendono dalla natura fisica e geografica, dal
sistema di definizione e dal contesto delle politiche energetiche. Gli indicatori
medi dei costi di generazione di energia da fonti rinnovabili non sono
pertanto strumenti adeguati per illustrare la competitività di tali energie in un
determinato paese o sistema, sia per il mercato degli impianti non collegati
alla rete che per quello degli impianti in rete.
Tabella 2
Tipi di costi d’investimento e di generazione nel 2002 e nel 2010
Bassi costi di Alti costi di
investimento investimento
$/kW
$/kW
Bassi costi di
generazione
cents$/kWh
Alti Costi di
generazione
cents$/kWh
2002 2010 2002 2010
2002 2010 2002 2010
Mini centrali
idroelettriche
1000
Energia solare
fotovoltaica
4500 3000 7000 4500
18-20 10-15 25-80 18-40
Energia solare
a concentrazione
3000 2000 6000 4000
10-15
6-8
Bioenergia
500
400
4000 3000
2-3
2
10-15
8-12
Energia
geotermica
1200
1000
5000 3500
2-5
2-3
6-12
5-10
Energia eolica
850
700
1700 1300
3-5
2-4
10-12
6-9
950
5000 4500
2-3
2
9-15
8-13
20-25 10-12
Nota: il tasso di sconto è del 6% per tutte le tecnologie; il periodo di ammortamento è di 15-25 anni e i costi
operativi e di manutenzione sono specifici per ciascuna tecnologia.
Fonte: NET Ltd. Svizzera.
RIASSUNTO
10
Tutte le tecnologie di energia rinnovabile esaminate nella presente
pubblicazione presentano elevati costi iniziali di investimento. Il deprezzamento
del costo del capitale e il costo degli interessi sono pertanto i fattori principali che
incidono sui costi di generazione. Ad eccezione della biomassa non vi sono costi
di combustibile. I costi operativi e i costi di manutenzione sono generalmente
bassi rispetto alla generazione di energia convenzionale, mentre esistono
marcate differenze fra le diverse tecnologie nel settore della manutenzione.
Competitività dei costi
Sebbene i costi medi dell’energia elettrica da fonti rinnovabili non siano
molto competitivi rispetto ai prezzi dell’elettricità all’ingrosso, le fonti
rinnovabili possono offrire elettricità e servizi elettrici a tassi competitivi in
un’ampia gamma di situazioni o applicazioni in rete o fuori rete.
La Figura 3 indica l’intervallo dei costi dell’energia rinnovabile. Per
identificare e sfruttare le reali opportunità di mercato è necessario valutare
la competitività delle applicazioni e dei servizi specifici nelle specifiche
situazioni locali. Sarà possibile creare un mercato vigoroso e sostenuto
dell’energia elettrica rinnovabile, solo se si riesce a trarre vantaggio dalla
specificità di tali situazioni, siano esse applicazioni su larga scala in rete,
nicchie di mercato non collegate alla rete, o specifiche situazioni nazionali.
Figura 3
Competitività dei costi di alcune tecnologie di energia rinnovabile
Prezzo
dell’energia
elettrica
all’ingrosso
Prezzo dell’energia
elettrica
al dettaglio per
il consumatore
Mini centrali
idroelettriche
Energia solare
fotovoltaica
Energia solare
a concentrazione
Biomasse
Energia
geotermica
Energia eolica
10
20
30
40
50
Costi di generazione energetica in cents$/kWh
Nota: Il calcolo dei costi è basato sugli investimenti necessari per l’impianto (il costo del capitale si basa su un tasso
di sconto del 6% e il periodo di ammortamento della produzione di energia elettrica è di 15 - 25 anni) e sulla
produzione di energia elettrica. I livelli inferiori di costo si riferiscono a condizioni ottimali (tecnologia sperimentata,
ottimizzazione delle dimensioni e del design dell’impianto e alta utilizzabilità dell’impianto e delle risorse).
Fonte: NET Ltd. Svizzera.
RIASSUNTO
X
11
Molti dei casi migliori mostrano già che in condizioni ottimali — es. progetto
ottimizzato di impianto, sito e disponibilità delle fonti — è possibile produrre
elettricità a partire dalla biomassa, dalle mini-centrali idroelettriche,
dall’eolico e dalle centrali di energia geotermica a bassi costi (dai 2 ai
5 centesimi di dollaro americano per Kw/h). Si ottiene pertanto un’ottima
competitività dei costi, e l’energia rinnovabile — anche senza aggiungere il
valore ambientale o altri valori che possono essere attribuiti ad alcuni tipi di
generazione di elettricità da fonti rinnovabili — può competere sul mercato
dell’energia elettrica all’ingrosso.
Le tecnologie solari non sono ancora competitive rispetto all’elettricità
all’ingrosso, ma iniziano ad esserlo rispetto all’elettricità al dettaglio ove
siano state attuate le politiche di sostegno. Ad esempio, l’energia solare
fotovoltaica è competitiva nelle zone in cui l’alto livello di irradiazione solare
coincide con i picchi quotidiani della domanda e i costi elevati di energia
elettrica al dettaglio, in un contesto favorito da politiche di sostegno. La
California e altre aree sud-occidentali degli Stati Uniti sono esempi di tali
condizioni e queste regioni sono diventate importanti mercati commerciali.
Prospettive di mercato
In base agli attuali livelli del mercato e alle proiezioni della riduzione dei
costi, la crescita del mercato delle sei tecnologie di energia rinnovabile
prevista per il 2010 passerà da 95.5 GW a 257 GW pari al 10,4% l’anno.
Questa previsione parte dal presupposto della continuità del sostegno
governativo e dell’assenza di fattori esterni che potrebbero alterare, in modo
significativo, l’ambiente competitivo.
Tabella 3
Potenza installata attuale e prevista
Potenza installata
nel 2000 in GW
Potenza installata nel
2010 in GW (previsione)
Mini centrali idroelettriche
32
45
Energia solare fotovoltaica
1.1
11
Energia solare
a concentrazione
0.4
2
Bioenergia
37
55
Energia geotermica
8
14
Energia eolica
17
130
Fonte: NET Ltd. Svizzera.
RIASSUNTO
12
Le previsioni presentate in questa pubblicazione tengono conto dei
cambiamenti delle politiche in materia di energia rinnovabile intervenuti
in alcuni dei principali paesi emergenti, come la Cina, l’India, alcune aree
del sud-est asiatico e dell’America Latina, ma anche in alcuni paesi chiave
dell’OCSE. Nei Paesi emergenti, queste politiche riflettono la rapida crescita
della domanda di energia elettrica, che in situazioni particolari può essere
soddisfatta su una base competitiva in misura sempre maggiore dall’energia
rinnovabile. Nei Paesi dell’OCSE, la penetrazione crescente dell’energia
rinnovabile è anche una conseguenza dei cambiamenti delle politiche legati
alla riduzione dell’impatto ambientale e all’accrescersi della diversificazione
dell’offerta, nonché alla maggiore sicurezza energetica, e, ultimo aspetto ma
non meno importante, alla crescita mondiale dell’industria delle energie
rinnovabili. In alcuni Paesi dell’OCSE che presentano contesti favorevoli di
mercato, si osserva una crescita vigorosa delle tecnologie di energia
rinnovabile. Di conseguenza, alcuni degli attuali mercati secondari delle
energie rinnovabili, ad esempio l’eolico off-shore, svolgeranno probabilmente
un ruolo importante nel corso del prossimo decennio.
In breve, esistono tre tipologie di modelli di crescita:
Le tecnologie tradizionali che presentano una crescita sostenuta: le minicentrali idroelettriche, l’energia geotermica e la bioenergia sono state
realizzate nella maggior parte dei casi laddove esisteva un impianto di
energia elettrica gestito da un ente erogatore. I livelli annuali di crescita
di queste energie continueranno probabilmente a progredire fra l’1% e il
9%. La soppressione delle barriere commerciali e l’attuazione di politiche
di sostegno potrebbero mantenere alta questa tendenza, soprattutto nei
Paesi in via di sviluppo.
Le nuove tecnologie che presentano una crescita vigorosa: lo sviluppo
dell’energia eolica e dell’energia solare fotovoltaica risale solo ad alcuni
decenni. Nel corso degli ultimi cinque, sei anni, tali tecnologie hanno
registrato livelli di crescita fra il 20% e 40%, una tendenza che si protrarrà
probabilmente fino al 2010 se gli attuali incentivi e investimenti R&S sono
mantenuti.
Le nuove tecnologie che non si sono ancora sviluppate: l’energia elettrica
ricavata dall’energia solare a concentrazione è stata lanciata venti anni fa,
ma per oltre un decennio non si è affermata dal punto di vista
commerciale. Oltre ventiquattro progetti in tutto il mondo, sono in fase
di elaborazione, inclusi i progetti che usano il sistema dei collettori
parabolici lineari e gli impianti a torre. Se questi progetti saranno
realizzati, l’energia solare a concentrazione quintuplicherà entro il 2010,
ma sarà in grado di fornire un contributo decisivo alla generazione di
elettricità solo fra due, tre decenni.
RIASSUNTO
X
13
Intermittenza e affidabilità
Oltre al costo, l’intermittenza e l’affidabilità sono due aspetti importanti
da considerare nella crescita delle fonti rinnovabili. Tali aspetti sono
strettamente interconnessi. La sovrabbondanza o la scarsità di energia
offerta da queste risorse incide sull’affidabilità della rete. Poiché le fonti
rinnovabili non possono accumulare energia in maniera economica, non
sono in grado di distribuire energia in base alla domanda. Diverse fonti
rinnovabili riflettono tale problematica a vari livelli. Alcune energie sono
altamente intermittenti, come l’energia eolica e l’energia solare, altre sono di
natura stagionale, come le mini centrali idroelettriche e la bioenergia. Solo
l’energia geotermica ha capacità simili ai sistemi energetici convenzionali.
Poiché gli enti erogatori devono fornire energia in base alla domanda,
l’intermittenza può limitare la potenza di tecnologie altamente intermittenti
da incorporare nel mix energetico.
Le soluzioni tecniche, le attività economiche e le prassi di regolarità possono
estendere la penetrazione delle fonti rinnovabili entro un certo limite,
sebbene ciò implichi un ulteriore sviluppo attraverso la R&S e le pratiche
innovative di gestione. Le soluzioni variano a seconda delle risorse
rinnovabili e si diversificano in funzione dei mercati in rete e degli impianti
non collegati alla stessa. Ad esempio, le centrali di energia eolica e le centrali
basate sulla bioenergia CH P sono le due tecnologie di fonti rinnovabili per
cui i livelli di penetrazione sulla rete hanno causato problemi tecnici. In
Danimarca, Spagna e Germania settentrionale, sono stati osservati livelli di
penetrazione dell’energia eolica superiori al 15% con picchi fino al 50%. Solo
in alcuni casi si sono verificati problemi di rete, mentre in altre circostanze si
è cercato di incrementare la produzione di energia eolica per ridurre la
produzione ricavata dalle centrali di carbone. Tuttavia l’energia eolica non è
sempre disponibile. Ad esempio, durante la grande ondata di caldo
dell’estate 2003 in Europa, l’energia eolica prodotta nella Germania
settentrionale è stata di appena il 7% rispetto alla capacità prevista.
Fortunatamente, questa particolare circostanza non è stata fonte di
problemi, poiché il periodo non ha coinciso con una domanda elevata. Fra le
strategie a breve termine attuate per far fronte all’intermittenza del vento
sulla rete elettrica, figurano il miglioramento delle previsioni del vento, l’uso
di rotori a velocità variabile, i controlli del flusso elettrico e la generazione
supplementare di energia. Una migliore qualità energetica richiede
miglioramenti tecnici per far fronte alla distorsione armonica.
L’intermittenza di un impianto di energia rinnovabile può essere compensata
da un numero maggiore di tali impianti in una regione più estesa, oppure
attraverso la generazione di energia alternativa proveniente da altri impianti
RIASSUNTO
14
rinnovabili. Il miglioramento dell’efficacia degli impianti non collegati alla
rete implica “l’ibridizzazione” delle turbine eoliche, con un generatore più
flessibile o aggiungendo l’accumulo di energia in una batteria.
Sebbene l’energia solare non abbia raggiunto lo stesso livello elevato
di penetrazione rispetto all’energia eolica, i limiti e le soluzioni teoriche
dovrebbero seguire lo stesso modello. Tuttavia l’energia fotovoltaica entrerà
nel mercato degli enti erogatori, attraverso un modello più distribuito
laddove saranno diffusi i piccoli impianti sui tetti degli edifici. Dato che gran
parte dell’energia sarà consumata sul posto, gli enti erogatori saranno
probabilmente in grado di gestire i problemi legati all’equilibrio dei flussi
energetici della rete finché non si sarà in presenza di elevati livelli di
penetrazione.
Le altre fonti energetiche rinnovabili discusse nella presente pubblicazione,
quali la bioenergia, le mini-centrali idroelettriche e l’energia geotermica, non
presentano questo problema. L’affidabilità della bioenergia e delle mini
centrali idroelettriche dipende dalla gestione delle risorse, dall’anticipazione
dei periodi di siccità, oppure dalla gestione della disponibilità delle biorisorse.
Come ridurre il costo delle politiche di sostegno
a favore delle fonti rinnovabili
La sfida che i governi devono affrontare è quella di incoraggiare il progresso
tecnologico e la crescita del mercato, riducendo nello stesso tempo i costi
pubblici e le spese dei consumatori. Questo obiettivo è realizzabile
orientando lo sviluppo delle fonti rinnovabili verso quei settori di mercato
in cui esse hanno maggiore competitività economica. Questo sviluppo
deve tenere conto delle condizioni locali e specifiche al sito della risorsa
rinnovabile e dei costi delle alternative convenzionali. Tale approccio deve
fondarsi sulla maggiore disponibilità della risorsa e sui costi più bassi del
ciclo di vita. Qui appresso è proposta una sintesi dei percorsi più competitivi
per le tecnologie delle fonti rinnovabili descritte nella presente pubblicazione,
insieme alle nicchie più competitive. Sebbene possa sembrare palese, la
strategia descritta rimane un efficace punto di riferimento per evitare costi
inutili e individuare mercati per i quali una determinata risorsa rinnovabile
non è ancora competitiva o è inadeguata alle condizioni delle risorse locali.
In alcune regioni del mondo esistono zone adeguate allo sviluppo delle
mini centrali idroelettriche (aree montagnose per le centrali ad alta
pressione, fiumi per le centrali a bassa pressione e varie combinazioni
RIASSUNTO
X
15
energetiche). Sono queste le zone tipiche in cui le mini centrali
idroelettriche possono contribuire alla distribuzione di energia a costi
competitivi, nei casi in cui esista un accesso alla rete o una domanda
locale. In tali condizioni ottimali, è possibile avere costi molto bassi
(3 centesimi di dollaro americano per kW/h). Dopo avere ammortizzato i
costi di capitale anticipati (generalmente un periodo di 15 o 20 anni), la
centrale può fornire energia anche a livelli di costo inferiori, poiché questi
impianti funzionano frequentemente, senza comportare costi di
sostituzione importanti, per un periodo equivalente o superiore ai 50 anni.
Le mini-centrali idroelettriche hanno una durata di vita particolarmente
lunga e bassi costi operativi e di manutenzione, sebbene molte centrali
costruite nel secolo scorso siano oggi in fase di ristrutturazione. E’
opportuno aiutare i Paesi in via di sviluppo a sfruttare le mini centrali
idroelettriche dove queste risorse possono rappresentare un’opzione
energetica a basso costo.
L’energia solare fotovoltaica è allo stadio iniziale di sviluppo, ma può
essere ancora competitiva nei mercati isolati non collegati alla rete e nelle
aree circoscritte, in cui i livelli elevati di irradiazione coincidono con le
punte della domanda quotidiana di energia. Per quest’ultimo mercato, i
costi dell’energia solare fotovoltaica rientrano nella media dei costi degli
enti erogatori di energia elettrica al dettaglio (20 centesimi di dollaro
americano per kW/h). In tali circostanze, come ad esempio in California,
l’energia fotovoltaica è diventata competitiva rispetto all’elettricità al
dettaglio, almeno come l’energia di riserva e nelle “building-integrated
applications” (B IPV). Nelle aree più soleggiate d’Europa, la popolarità
dell’energia solare fotovoltaica a breve e medio termine continua a
dipendere dagli incentivi. In Giappone, potrebbe essere raggiunto un
livello di costo dell’impianto di 3.000 dollari americani nel corso dei
prossimi quattro-sei anni, a “docking point” (competitivo con l’energia
elettrica al dettaglio) per i mercati autosufficienti. Di particolare interesse
sono in Giappone gli impianti solari integrati agli edifici, installati sul punto
di allacciamento dell’energia elettrica con pannelli di facile allestimento. Un
altro mercato importante per l’energia solare fotovoltaica è quello delle
zone rurali non collegate alla rete, che includono gli usi industriali ed
agricoli nei paesi industrializzati e gli impianti rurali nei Paesi in via di
sviluppo. La sfida legata all’erogazione di energia a costi accessibili nei
Paesi in via di sviluppo è immensa. In tali circostanze sarebbe opportuno
concentrarsi principalmente sugli “impieghi produttivi” per le attività che
possono essere redditizie, quali il pompaggio dell’acqua, la refrigerazione,
l’illuminazione e altri utilizzi che possano migliorare il benessere economico
delle comunità rurali.
RIASSUNTO
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L’energia solare a concentrazione presenta un potenziale di
competitività di mercato limitato alle zone aride e semiaride con un forte
“guadagno diretto” dalla radiazione solare. Il costo dell’energia solare
a concentrazione generata con tecnologie avanzate oscilla dai 10 ai
15 centesimi di dollaro americano per kW/h, con un buon potenziale di
riduzione dei costi a lungo termine. Le centrali di energia elettrica a
concentrazione possono essere inoltre “ibridizzate” in combinazione con
un generatore termico per migliorarne la commerciabilità (la parte solare
della centrale energetica) e la capacità di distribuzione (produzione di
energia su richiesta).
Laddove abbondano le materie prime biologiche con requisiti di
pretrattamento limitati, si possono ottenere costi molto bassi per la
bioenergia: 3 centesimi di dollaro americano per kW/h da centrali
con tecnologie e approcci di conversione comprovati (es. co-firing negli
Stati Uniti o CHP in Finlandia). Ad esempio, la bioelettricità è molto
commerciale in Finlandia dove le materie prime ricavate da vaste aree
boschive e dall’industria della pasta di legno e della carta rendono la
produzione di bioelettricità competitiva al punto che nel 2001 quest’ultima
ha rappresentato il 17,4% della produzione di energia elettrica.
L’energia geotermica può raggiungere il massimo livello di competitività
dei costi in zone caratterizzate da un’elevata entalpia (un indicatore per
l’energia geotermica potenziale), costi di esplorazione e d’installazione
bassi, attraverso l’utilizzo di tecnologie geotermiche sperimentate. In
molte regioni del mondo, le nuove centrali possono produrre energia a
5 centesimi di dollaro americano per kW/h o ad un costo inferiore.
I redditi aggiuntivi derivanti dal calore o dai minerali estratti dall’acqua
salina sotterranea possono accrescerne la competitività.
I costi relativi alla generazione di energia eolica sono già inferiori a
4 centesimi di dollaro americano in molte zone con venti forti e regolari,
facilmente accessibili per la costruzione della centrale e per la realizzazione
dei collegamenti alla rete. La chiave di volta per aprire nuove centrali ad
alto rendimento, come in Scozia e negli Stati Uniti, consiste nell’installare
ulteriori linee di trasmissione. A seguito della saturazione dei siti on
shore, in particolare in Europa, i nuovi progetti hanno suscitato la
contestazione del pubblico, preoccupato dalla vicinanza delle eliche ai
centri abitati (NIMBY). Si tratta pertanto, di identificare luoghi ritenuti
adeguati dalla società civile, per l’installazione degli impianti. I siti offshore sono in fase di sviluppo, sebbene fra questi, alcuni abbiano
suscitato preoccupazioni nella popolazione. La tecnologia necessaria per
RIASSUNTO
X
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l’installazione e il collegamento degli impianti eolici off-shore è ancora
allo stadio iniziale. Il successo a medio termine dell’energia eolica
dipenderà dai seguenti fattori: (a) l’aumento del numero dei paesi che
investono nei mercati dell’energia eolica oltre alla Germania, la
Danimarca, la Spagna e gli Stati Uniti, (b) la riduzione dei costi relativi alle
centrali off-shore, (c) l’attuazione di soluzioni in termini di gestione e di
tecnologie al problema dell’intermittenza.
Occorre insistere nuovamente sull’importanza dell’impatto positivo
dell’esperienza di mercato sullo sviluppo tecnologico. In molti casi, i progetti
e i prototipi esistevano già da diversi anni (ad esempio: grandi turbine
eoliche), ma la mancanza di esperienza in materia di mercato ha ostacolato
il buon esito delle applicazioni. L’apprendimento, mediante gli investimenti
(learning investment), in un contesto di mercati in crescita ha contribuito a
fare di questi prototipi dei prodotti competitivi. L’identificazione e lo
sfruttamento di tali opportunità di mercato, grazie alle quali le fonti
rinnovabili si avvicinano maggiormente alle condizioni di competitività,
riveste un’importanza capitale per dare il via a ulteriori miglioramenti
derivati dall’apprendimento nel mercato.
RIASSUNTO
Il Riassunto è stato preparato con la collaborazione della Sezione Linguistica
Italiana dell’OCSE per la traduzione e dell’Ufficio Pubblicazioni dell’AIE per
la concezione grafica.
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