Efficienza energetica e ecosostenibilità, Sintesi del corso di Economia

Scarica Efficienza energetica e ecosostenibilità e più Sintesi del corso in PDF di Economia solo su Docsity! 1 EFFICIENZA ENERGETICA E ECOSOSTENIBILI TA’ Capitolo 1- La politica energetica La materia energetica Il concetto di energia Con definizione fisica, l’energia è intesa come “capacità di compiere lavoro”; il lavoro a sua volta può essere definito l’applicazione di energia al fine di ottenere un determinato risultato. La quantità di lavoro L compiuto da una forza costante F che sposta n oggetto di un tratto S lungo la direzione di un’azione della forza stessa è dato dalla formula: L=FxS Occorre tuttavia precisare che si può ottenere non solo lavoro meccanico ma anche calore, elettricità e si possono condurre reazioni chimiche. Per il principio della conservazione l’energia non si consuma, ma si può solo trasformare da una forma a un’altra. Essa esiste in natura sotto forme diverse, non possiamo né crearla né distruggerla, ma solo convertirla. Caratteristica principale dell’energia è quindi quella di essere trasformata. Le varie forme di energia: L’energia meccanica, potenziale o cinetica: rappresenta l’energia posseduta dai corpi in movimento o posti a una certa altezza. Energia termica o calore: si intende quella data dal movimento delle molecole all’interno dei corpi (aumenta all’aumentare della temperatura). Altre forme di energia sono: L’energia chimica, l’energia radiante (energia che si trasmettono nello spazio attraverso le onde elettromagnetiche) e l’energia nucleare che è quella immagazzinata nel nucleo degli atomi. Secondo il sistema internazionale, l’unità di misura fondamentale dell’energia è il Joule 1 , comunemente è impiegata la chilocaloria kcal . La kcal rappresenta la quantità di calore che occorre a un grammo di acqua per aumentare la temperatura di un grado centigrado. Per alcune fonti d’energia sono spesso usate altre unità di misura: tonnellate equivalenti di petrolio (Tep) e, tonnellate equivalenti di carbone (tec). Nei paesi Anglosassoni è ancora in uso la British Thermal Unit (Btu). Nel settore elettrico si utilizzano i multipli di potenza elettrica watt: il chilowatt (KW), il megawatt (MW) e il gigawatt (GW); queste sigle si usano spesso con una “e” finale (MWe), perché indicano la potenza elettrica. L’energia sviluppata o assorbita dalla potenza di 1 watt per il tempo di un’ora si indica come wattora (Wh) e i suoi multipli sono: 1KWh, 1MWh, 1Gwh. Il rendimento, l’efficienza e il risparmio energetico (importante): 1 Joule(J), esprime il lavoro compiuto dalla forza di un Newton quando il suo punto di applicazione viene spostato di un metro nella direzione e nel verso della forza agente. 2 aggiunto. Tale imposta può avere aliquota ordinaria del 20% o un’aliquota del 10%. L’aliquota agevolata del 10% è riferibile a utilizzi civili, essa si applica sui primi 480 metri cubi annui di consumo. Solo per i consumi eccedenti questo limite vale l’aliquota IVA ordinaria del 20%. Per gli usi industriali la normativa prevede l’aliquota agevolata. Sull’uso domestico di elettricità grava l’aliquota Iva standard del 10%. Le imposte complessive rappresentano circa il 39% della bolletta finale. Le variazioni dei prezzi energetici: I dati forniti dall’Autorità per l’energia e il gas (AEG) evidenziano per le famiglie italiane una spesa superiore alla media europea. Dall’elaborazione dei dati Istat e autorità Gas ed Energia, in Italia una famiglia spende 396,70 Euro di elettricità l’anno comprensivo di tasse ed imposte; a parità di tassazione, la media europea è di 284,97. L’elevato costo dell’energia elettrica in Italia si riflette negativamente sulla competitività del sistema economico industriale. Il trend del 2012 sembra confermare, che nonostante la crisi e le riduzioni dei consumi, il costo della bolletta elettrica italiana è sempre più onerosa; le variabili che pesano di più sono: la forte dipendenza dai combustibili fossili, un mercato del gas e dell’elettricità con prezzi più alti rispetto alla concorrenza e l’eccessivo peso fiscale. Il piano energetico nazionale Le fonti di energia nel sistema economico: L’uomo primitivo riuscì a utilizzare per la prima volta il fuoco osservando gli effetti dei fulmini che colpivano gli alberi. Il fuoco permise la conversione dell’energia, da energia chimica a energia termica. Nel 1707 si costruì il primo esemplare di pompa a vapore per miniera che fu perfezionata nel 1765 da James Watt. La macchina a vapore, così come il fuoco, permise una conversione qualitativa dell’energia. Essa consentì agli uomini di poter utilizzare per la prima volta una nuova e più potente fonte di energia motrice: quella dei combustibili fissili. Tra le fonti fossili d’energia il carbone è quello più abbondante. Il ruolo svolto dal carbone come fonte primaria, vide un rallentamento dalla prima guerra mondiale. Una causa di questa diminuzione può essere ricercata nell’uso di una nuova fonte primaria di energia il petrolio. Il petrolio presentava i minori costi di estrazione, maggiore facilità di trasporto in termini fisici ed economici e la molteplicità dei prodotti derivati (benzina, nafte, prodotti chimici). Il sistema energetico degli anni 70, è quindi, dominato dagli idrocarburi quali petrolio, gas naturale, carbone e solo in modo marginale dalle fonti rinnovabili. Tuttavia, nel 1972- 1973 esplode in Europa la prima cisi petrolifera “quella del 1973”. Nella seconda metà del 1973 l’OPEC 3sospende le forniture e fissa il prezzo del greggio, che aumenta dai 3 dollari ai 15 dollari al barile; è proprio il 1973 a segnare l’inizio di una presa di coscienza che le risorse naturali non possono essere sfruttate in maniera illimitata, perché soggette ad esaurimento. In questo periodo (1973) per la prima volta si parlare di crisi energetica. In seguito il mondo assiste ad una seconda crisi “quella del 1973-1980”. Il prezzo del petrolio sale a 30-35 dollari al barile. Le due crisi hanno evidenziato la necessità di politiche di risparmio energetico e di diversificazione delle fonti. 3 Organizzazione dei paesi esportatori di petrolio 5 L’Italia, che dipende dai combustibili fossili reagisce alle crisi energetiche con l’emanazione di un piano energetico. Il primo Piano Energetico Nazionale (PEN) risale al 1975 ed è stato più volte aggiornato fino al 1980. Il piano energetico aveva come obiettivo, la riduzione della dipendenza dal petrolio. Questo Piano Energetico che prevedeva anche lo sfruttamento dell’energia nucleare; è stato abbandonato in seguito al referendum popolare del 1987. L’ultimo Piano Energetico definito nell’Agosto del 1988 anch’esso aggiornato fino al 1991, individuava cinque obiettivi da perseguire. 1. Il risparmio di energia; 2. La protezione dell’ambiente; 3. Lo sviluppo e la promozione delle fonti rinnovabili; 4. La diversificazione delle fonti energetiche e delle provenienze geopolitiche; 5. La competitività del sistema produttivo. Esso prevedeva anche, agevolazioni e incentivi, per il contenimento dei consumi energetici e misure per il risparmio energetico. Diversificazione, sicurezza e competitività delle fonti energetiche : Nel passato alla politica energetica italiana è mancata una visione di lungo termine per lo sviluppo del settore, questa situazione è cambiata a seguito dell’introduzione della legge 99/2009. La legge n° 99/2009 ha fornito la base normativa per la formulazione di una politica energetica necessaria a raggiungere i seguenti obiettivi:  Diversificazione delle fonti energetiche e delle aree geografiche di approvvigionamento;  Miglioramento della competitività del sistema energetico nazionale e, sviluppo delle infrastrutture nel mercato unico europeo.  Promozione delle fonti di energia rinnovabile e dell’efficienza energetica;  Costruzione d’impianti di produzione nucleare sul territorio italiano e, sviluppo della ricerca nucleare da fissioni e fusione;  Investimenti in ricerca e sviluppo nel settore energetico e sviluppo dell’innovazione tecnologica;  Garanzie di adeguati livelli di protezione sanitaria della popolazione e dei lavoratori. Il governo italiano ha avuto fino al 30 Giugno 2009 la possibilità di sistemare norme che riguardavano tre obiettivi: - La costruzione sul territorio nazionale d’impianti elettrici nucleari di terza generazione; - L’individuazione dei siti per le scorie radioattive; - L’adozione di misure compensative da corrispondere alle popolazioni interessate. Tuttavia, i programmi italiani sul nucleare, sono per la seconda volta nella storia, destinati a infrangersi. A seguito del disastro nucleare che colpì il Giappone nel 2011, gli italiani il 12 e 13 Giugno dello stesso anno chiamati alle urne per esprimere il loro voto sull’abolizione di norme che riguardano le costruzioni di centrali nucleari, faranno uscire l’Italia definitivamente da ogni programma nucleare internazionale. 6 Le politiche del governo italiano negli ultimi anni hanno sempre così continuato a perseguire gli obiettivi della sicurezza degli approvvigionamenti, della sostenibilità ambientale e, della competitività attraverso il contenimento dei prezzi dell’energia. A tal riguardo sono stati predisposti, diversi strumenti di pianificazione e indirizzo in materia energetica. Si fa riferimento in particolare: - Piano d’azione nazionale per le energie rinnovabili; - Piano d’azione nazionale per l’efficienza energetica; - Sicurezza degli approvvigionamenti e delle reti. 1. Il piano d’azione nazionale per le energie rinnovabili: il 30 Giugno 2010 il governo italiano ha presentato il piano d’azione nazionale per le energie rinnovabili (PAN) che prevede che al 2020 le rinnovabili soddisfino:  Il 10,14% del consumo energetico associato ai trasporti;  Il 26,39% dei consumi elettrici;  Il 17,9 dei consumi di climatizzazione, mediante azioni di sviluppo delle reti di teleriscaldamento. 2. Piano d’azione nazionale per l’efficienza energetica: Il miglioramento dell’efficienza energetica è uno degli strumenti importanti per raggiungere una riduzione dei consumi di energia primaria del 20% entro il 2020. Il piano prevede di raggiungere un obiettivo di risparmio energetico del 9% entro il 2016, attraverso l’adozione di standard minimi di prestazione energetica del settore terziario. 3. Sicurezza degli approvvigionamenti e delle reti: L’unione europea ha individuato fra i cardini della politica energetica la necessità di un rafforzamento delle integrazioni delle reti di trasporto dell’energia e di un potenziamento e diversificazione delle reti del gas. Nel caso del gas esistono programmi per incrementare la capacità d’importazione (via gasdotto e via terminali di RI gassificazione). Il processo di RI-gassificazione anche definito GNL (gas naturale liquefatto). La liquefazione del gas metano è un processo che porta la temperatura del gas a -162° e ne determina una riduzione di volume di 600 volte. La tecnologia del GNL consente di superare il vincolo dei tradizionali gasdotti e di collegare mercati lontani e luoghi di produzione del gas, rendendo disponibili via nave risorse energetiche che altrimenti non sarebbero accessibili. Oggi il GNL rappresenta circa il 25% degli scambi internazionali di gas. In Italia, il GNL rappresenta il 5% del gas importato. L’Italia il 20 Ottobre 2009 ha inaugurato il primo rigassificatore offshore “Adriatic LNG” presso il terminale di Porto Viro a Rovigo. Il terminale GNL è in grado di RI gassificare otto miliardi di metri cubi di gas l’anno, comprendo il 10% del fabbisogno nazionale di gas. Sul fronte della sicurezza degli approvvigionamenti e della compatibilità ambientale, il governo italiano è riuscito a realizzare nuovi investimenti in programma di ricerca sviluppo e di dimostrazione della cattura e dello stoccaggio del carbonio (CCS) e del trattamento del carbone pulito. 7 Harem Brundtland Presidente della commissione mondiale per lo sviluppo economico, presenta nel 1987 il rapporto Brundtland e formula una definizione di sviluppo sostenibile. Gli obiettivi previsti da brundtland: • Salvaguardia, tutela e miglioramento della qualità dell’ambiente; • Protezione della salute umana • Utilizzazione delle risorse naturali; • Promozione sul piano internazionale di misure destinate a risolvere il problema dell’ambiente Affinché le future generazioni possano avere lo stesso modo di vita che ha la nostra generazione, bisognerà giungere ad un’economia da sviluppo sostenibile. Si tratta di un’economia non più basata su lavoro e capitale ma basata su Lavoro, capitale naturale (fiumi, mari, laghi) ed il capitale prodotto dall’uomo. Il Protocollo di Kyoto Il Protocollo Di Kyoto è un trattato internazionale in materia ambientalistica sottoscritto nella città giapponese di Kyoto l’11 dicembre 1997 da più di 160 Paesi in occasione della Conferenza COP3 della Convenzione Quadro delle Nazioni Unite sui Cambiamenti Climatici (UNFCC). Prevede l’obbligo in capo ai paesi industrializzati di operare una drastica riduzione delle emissioni di elementi inquinanti (biossido di carbonio metano, ossido di azoto, idrocarburi, perfluorocarburi ed esafluoro di zolfo). Riduzione che deve essere raggiunta attraverso il raggiungimento entro il 2010, dell’obiettivo del 25% di energia prodotta da fonti rinnovabili. L’unione Europea ha ratificato il protocollo di Kyoto il 31 Maggio 2002 e l’Italia nel Giugno dello stesso anno. I PAESI ADERENTI Tra i paesi non aderenti al Piano di kyoto troviamo i paesi in via di sviluppo. Esempio fra tutte la Cina. Tra i paesi non aderenti figurano gli USA, responsabili del 36,1% del totale delle emissioni. Anche l’Australia, nonostante abbia firmato il trattato, ha annunciato che non intende ratificarlo per non danneggiare il proprio sistema industriale. Anche il Kazakistan ha firmato il documento, 10 ma non lo ha ancora ratificato. Per quanto riguarda l’Unione Europea, il protocollo di Kyoto le ha riconosciuto la facoltà di ridistribuire tra i suoi membri gli obiettivi ad essa imposti. VERTICE COPENHAGEN A dicembre 2009, per due settimane, la capitale della Danimarca cambia nome, Copenhagen diventa Hopenhagen dall’inglese Hope “Speranza”. A Copenhagen il 7 dicembre 2009 i potenti di tutto il mondo si sono riuniti nella 15ª conferenza delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici. Un vertice dalla portata enorme. L’obiettivo principale del vertice di Copenhagen è quello di ridurre le emissioni di gas e effetto serra (riduzione CO2) e la riduzione del riscaldamento globale. Nello specifico, quello che diventerà il nuovo protocollo di Copenhagen (in sostituzione a Kyoto, che scade appunto nel 2012) si spera possa accomunare le esigenze economiche di paesi industrializzati e di paesi emergenti con le esigenze ambientali del pianeta terra e della sua popolazione complessiva. PREVISIONE POLITICA CLIMATICA AL 2030 Data la predominanza dei combustibili fossili si prevede che le emissioni di CO2, aumenteranno più rapidamente del consumo energetico (2,1% l’anno in media). Nel 2030, le emissioni di CO2 saranno raddoppiate rispetto ai livelli del 1990. L’Italia anziché ridurre ha visto aumentare le proprie emissioni di un 8% I certificati verdi I certificati verdi sono titoli annuali, negoziabili, attribuiti all’energia prodotta da fonti rinnovabili in impianti entrati in servizio o ripotenziati a partire dal 1° Aprile 1999, secondo quanto disposto dal decreto Bersani. Si tratta di certificati che corrispondono ad una certa quantità di emissioni di CO 2: se un impianto produce energia emettendo meno CO2 di quanto avrebbe fatto un impianto alimentato con fonti fossili (petrolio, gas naturale, carbone ecc.) perché "da fonti rinnovabili", il gestore ottiene dei certificati verdi che può rivendere (a prezzi di mercato) a industrie o attività 11 che sono obbligate a produrre una quota di energia mediante fonti rinnovabili, ma non lo fanno o non possono farlo autonomamente. In Italia i certificati verdi sono emessi dal Gestore dei Servizi Energetici (GSE) su richiesta dei produttori di energia da fonti rinnovabili. Il risultato di questa politica è la creazione di un mercato in cui alcuni possono vendere l'energia con maggiori margini di profitto rispetto ad altri, in modo da incentivare, almeno in teoria, modi di produzione dell'energia che dovrebbero contribuire a ridurre la quantità di gas-serra (anidride carbonica ed altri) I CERTIFICATI BIANCHI I Certificati Bianchi, o Titoli di Efficienza Energetica (TEE) sono titoli negoziabili che certificano i risparmi energetici conseguiti negli usi finali di energia, realizzando interventi di incremento dell'efficienza energetica. Il sistema dei CB è un meccanismo di incentivazione che si basa su un regime obbligatorio di risparmio di energia primaria per i distributori di energia elettrica e gas naturale con più di 50.000 clienti finali. Per ogni anno d'obbligo, dal 2017 al 2020, sono stati fissati gli obiettivi di risparmio che i distributori devono raggiungere attraverso la realizzazione di interventi di efficienza energetica. I soggetti obbligati possono adempiere alla quota d'obbligo di risparmio in due modi: 1. realizzando direttamente o attraverso le società da essi controllate, o controllanti, i progetti di efficienza energetica ammessi al meccanismo; 2. acquistando i titoli dagli altri soggetti ammessi al meccanismo, ovvero altri distributori, ESCO certificate o utenti finali pubblici o privati che hanno nominato un EGE certificato. Per ogni TEP (Tonnellata Equivalente di Petrolio) di risparmio conseguito grazie alla realizzazione dell'intervento di efficienza energetica, viene riconosciuto un Certificato per tutta la sua vita utile stabilita dalla normativa per ogni tipologia di progetto (da 3 a 10 anni). I soggetti volontari e i soggetti obbligati scambiano i CB sulla piattaforma di mercato gestita dal GME o attraverso contrattazioni bilaterali. Tutti i soggetti ammessi al meccanismo sono inseriti nel Registro Elettronico dei Titoli di Efficienza Energetica presso il GME. Confronto certificati verdi e bianchi 12 - Culture oleaginose: per la produzione di biodiesel. - Colture erbacee ad alta efficienza fotosintetica: per la produzione di biomassa. - Colture arboree a breve rotazione: come robinia, salice, pioppo, ginestra, eucalipto. L’utilizzazione energetica delle biomasse L’utilizzazione ai fini energetici delle biomasse può essere vantaggiosa quando queste si presentano concentrate nello spazio e disponibili con sufficiente continuità nell’arco dell’anno. Le tecnologie di pretrattamento, la logistica di raccolto e le infrastrutture sono aspetti importanti della catena di approvvigionamento delle biomasse. Le tecniche di pretrattamento consentono una riduzione dei volumi di stoccaggio e dei costi di trasporto, ed infine migliorano il rapporto di combustione soprattutto per le biomasse a basso peso specifico. Gli svantaggi sono quindi individuabili nell’aumento dei costi di recupero. Le principali tecniche di pretrattamento sono: - Bricchettatura: Il processo di bricchettatura consente di ridurre la biomassa in peso fino al 50% e in volume fino al 70%. - Cippatura: riguarda il legno con umiidità dal 30% al 50%. - Pellettatura: è il processo che consente di ottenere il pellet, ossia il prodotto di scarto dell’industria del legno. I metodi di conversione delle biomasse in energia sono molteplici, la fase più innovativa è la conversione del materiale vegetale in materiale pronto per produzione energetica, questo processo può avvenire in forma termochimica e in forma biochimica . 1) La conversione termochimica: La conversione si basa sull’azione del calore, che permette le reazioni necessarie a trasformare l’energia chimica delle biomasse in calore destinato all’utilizzo diretto e/o alla produzione di energia elettrica. Essa si applica ai materiali e ai residui cellulosici in cui il rapporto C/N (carbonio/azoto) è superiore al 30% e il contenuto di umidità inferiore al 30%. Tra i principali processi di conversione termochimica abbiamo la combustione diretta. Le principali tecnologie di combustione diretta sono:  In sospensione  A griglia fissa  A griglia mobile La tecnologia per cui su raggiungono rendimento di combustione più elevati > del 90%, con ridotte emissioni inquinanti, è la tecnologia del letto fluido. Un’interessa applicazione della conversione termochimica è il teleriscaldamento. Un altro importante processo di conversione è la Gassificazione; tale processo consiste nell’ossidazione parziale e in difetto di ossigeno, a temperatura elevata (900/1000°), di un combustibile solido (biomasse), e la sua trasformazione in combustibile gassoso. 15 Il gas combustibile ottenuto, all’interno di un dispositivo chiamato gassogeno, può essere o un “gasogeno” oppure un “gas di sintesi”. In ultima analisi, un altro importante processo di conversione termochimica è la pirolosi. E’ un processo ottenuto mediante l’applicazione del calore al materiale da trattare, a temperature comprese tra 400 e 800° in completa assenza di ossigeno, o in quantità ridotte. Un impianto di pirolisi, opera delle dissociazioni e riassociazioni chimiche che permettono di spezzare una molecola complessa in parti più semplici, sulla base della materia organica prima del processo stesso. Questo processo può portare alla produzione di prodotti diversi:  Prodotti con frazione solida;  Prodotti con frazione liquida;  Prodotti con componente gassosa. Infine tra i processi termochimici, va indicata anche la carbonizzazione; durante il processo di pirolisi se la temperatura è inferiore a 400-500°, il processo prende il nome di carbonizzazione. La carbonizzazione è andata alla produzione di carbone di legna, combustibili gassosi e combustibili liquidi. 2) La conversione biochimica: La conversione biochimica, è un processo che trasforma chimicamente la biomassa, grazie all’azione di enzimi, funghi e microorganismi, che si formano sotto particolari condizioni, ossia quando il rapporto C/N (carbonio/azoto) è inferiore al 30% e l’umidità è superiore al 30%. La conversione biochimica si applica alle culture, ai reflui zootecnici, agli scarti di lavorazione e ai materiali eterogenei devoluti. Un importante processo di conversione biochimica è la digestione che può essere anaerobica e aerobica. a) La digestione anaerobica: E’ un processo di fermentazione o conversione chimica, della materia organica per opera di microorganismi in assenza di ossigeno. Da origine ad un gas: il biogas che è costituito per il 50-70% da metano e per la restante parte da anidride carbonica (CO2). Al fine di ottimizzare la produzione di biogas, ed evitare dispersioni nell’atmosfera, il processo è svolto in corretti impianti chiusi ( digestori) dove tutto il gas prodotto può essere raccolto, immagazzinato e usato come combustibile. Il biogas lo troviamo nelle caldaie a gas oppure può essere usato per i motori a combustione interna per la produzione di energia elettrica. b) La digestione aerobica: è un processo biologico che porta alla metabolizzazione delle sostanze organiche, per opera di batteri e funghi, alla presenza di ossigeno. Il cumolo di materiale organico può sviluppare calore e Hummus (noto anche come compost) ed può essere utilizzato in agricoltura come fertilizzante. Tra i processi di “conversione biochimica” un’attenzione particolare va rivolta all’esterificazione degli oli vegetali e alla fermentazione alcolica. 16 c) Esterificazione degli oli vegetali: consiste nella trasformazione di un tipo di esteri in un altro. L’alcol, usato nel procedimento, può essere: 1) etanolo (ricavato dalle granaglie) 2) metanolo (ricavato da legna, carbone o gas naturale): il più utilizzato in quanto il costo è conveniente ed tende ad avere reazioni più prevedibili. Per attivare il processo bisogna aggiungere un catalizzatore (sostanza che innesca la reazione fra l’olio vegetale e l’alcol rompendo i trigliceridi e rilasciando l’alkilestere, ossia il biodiesel); i catalizzatori più usati sono: 1) idrossido di sodio (NaOH) 2) idrossido di potassio (KOK). Il processo di esterificazione, quindi, inizia introducendo moderate quantità di alcool in una miscela di olio vegetale e di catalizzatore. Durante la miscelazione, le molecole dell’olio collassano e si rompono, e il metilestere (biodiesel) affiora sulla tanica o sul serbatoio, mentre catalizzatore e glicerina precipitano. Dopo circa 8 ore si possono estrarre glicerina e catalizzatore, lasciando il biodiesel nel serbatoio (che deve infine essere lavato a fondo, togliendo ogni traccia di catalizzatore, alcool e glicerina). Le materie prime utilizzate possono essere olio vegetale vergine o da cucina usato e grassi animali di vario tipo. Per quanto riguarda la produzione di olio vegetale vergine, molte sono le coltivazioni usate per il biodiesel, specialmente la “colza” detta anche “canola” e rappresenta l’84% delle materie prime da cui si ricava il biodiesel a livello mondiale. Il girasole rappresenta, invece, rappresenta il 13% delle materie prime da cui si ricava il biodiesel a livello mondiale. Seguono infine, con % basse, olio di palma, olio di cocco, olio di semi di arachidi. I paesi Europei che producono di più la biodiesel sono la Francia e la Germania (L’Italia presenta una situazione vulnerabile: 80% la produzione di biodiesel deriva dalla colza mentre il 20% dall’olio di girasole). A livello mondiale il primato è detenuto dagli Stati Uniti che coprono più della metà della produzione mondiale il quale il 60% viene utilizzato per la produzione di trasporti e il 40% destinato ad usi commerciali. d) La fermentazione alcolica: è un processo che opera la trasformazione dei glucidi contenuti nelle produzioni vegetali in alcool etilico, denominato bioetanolo lo possiamo identificare semplicemente come etanolo ed è prodotto attraverso un processo di fermentazione di biomasse, riguarda sia i prodotti agricoli ricchi di zuccheri (canna da zucchero) sia prodotti amidacei, ricchi di amido (grano, mais) e può essere prodotto anche da materiali ricchi di cellulosa (ligneocellulosici) come paglia, scarti legnosi ecc. In campo energetico, il bioetanolo può essere utilizzato direttamente come componente per benzine o per la preparazione dell’ ETBE (etilTerButilEtere), un derivato alto-ottanico alternativo all’ AMTBE (MetilTerButilEtere). Attualmente in Europa è la Svezia a nazione, dove si sta sviluppando sempre più il mercato del bioetanolo. TREND EVOLUTIVO DEGLI IMPIANTI A BIOMASSE IN ITALIA Il parco impianti alimentati da biomassa è sempre più in crescita. Particolarmente interessante tra il 2009 e il 2011 è stato l’incremento di potenza degli impianti. La maggior parte degli impianti alimentati a biomasse sono collocati nel nord Italia e a livello regionale la maggior potenza è installata in Lombardia con 655 MVW, a seguire Friuli Venezia Giulia. 17 UTILIZZAZIONE DEI FLUIDI GEOTERMICI E USO DIRETTO DEL CALORE l’utilizzazione de calore si fa risalire ad almeno 5000 anni fa e si tratta di una tecnologia semplice che sfrutta il naturale calore della terra tramite, la creazione di pozzi profondi fino a 4500 Mt. Sotto a superficie terrestre. La tecnologia nel tempo si è evoluta, ed oggi è possibile utilizzare anche fluidi geotermici che non raggiungono le temperature richieste, adottando sistemi integrativi, come caldaie e pompe di calore. L’uso diretto del calore trova principalmente destinazione nell’agricoltura e nella serri-coltura, sfruttando il terreno come fonte di calore con l’ausilio di pompe e di caldaie. Nella serri-coltura l’uso dell’energia geotermica per il riscaldamento delle serre, può favorire la coltivazione di ortaggi e fiori fuori stagione (in climi diversi da quelli originari). Infine, l’uso dell’energia geotermica per il riscaldamento, può contribuire a ridurre i costi operativi, che talvolta rappresentano il 35% del costo totale dei prodotti finiti (verdure, fiore, piante da appartamento ecc.). l’Italia è uno dei paesi in cui la coltivazione di vegetai in serre geotermiche è maggiormente sviluppata (ad esempio la serra di Pantani presso Civitavecchia). I fluidi geotermici sono sfruttati anche nei processi industriali attraverso forme diverse: pastorizzazione del latte, recupero di sostanze chimiche e il trattamento di cellulosa e della carta. Il calore viene utilizzato anche nell’ acquacoltura: ossia l’allevamento controllato di forme di vita acquatiche (diffuso a livello mondiale a seguito dello sviluppo del mercato ittico). Nei paesi freddi il calore può essere usato per lo scioglimento del ghiaccio e lo sbrinamento delle strade. Le basse temperature del sottosuolo vengono infine sfruttate naturalmente per la balneologia e il termalismo; son moltissimi i paesi dove esistono stabilimenti termali o piscine riscaldate dalle acque geotermiche. Produzione di energia termica ossia lo sfruttamento del calore per la produzione di calore negli edifici (riscaldamento e\o raffrescamento). Un sistema geotermico a bassa entalpia, che sfrutta il naturale calore della terra catturato attraverso sonde geotermiche e tramite l’ausilio di pompe di calore, riesce a produrre acqua calda sanitaria e riscaldamento geotermico. Le pompe di calore sono la forma più utilizzata per l’uso diretto del calore geotermico. La maggior parte si trovano in America e Europa e permettono di estrarre e utilizzare in maniera economica il calore a bassa temperatura contenuti principalmente nei terreni e negli acquiferi poco profondi. 20 IL TELERISCALDAMENTO Il fluido geotermico può essere usato anche in un sistema di teleriscaldamento. Il sistema di teleriscaldamento urbano, è composto da una rete di trasporto (che collega le utenze civili) e da una centrale termica per la produzione di calore (pag 54 schema teleriscaldamento).  Si parla di impianti semplici o “termici” quando le utenze domestiche sono servite dalla sola distribuzione di calore e acqua calda sanitaria.  Si parla di impianti di “cogenerazione” quando invece alle utenze civili arriva anche l’energia elettrica oltre che il calore. Hanno motori a combustione interna e turbine a gas a ciclo combinato (calore + energia elettrica). In Italia i sistemi di teleriscaldamento son utilizzati sin dagli anni ’70; attualmente la loro diffusione è ancora limitata in alcune zone anche se il potenziale è molto alto. Il sistema di distribuzione in genere utilizza acqua calda (80-90 °C) oppure (110-120 °C). PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA Per circa mezzo secolo, fino a circa il 1955 l’Italia è stato l’unico paese del mondo a sfruttare il calore geotermico per la produzione di energia elettrica, creando un sistema di produzione industriale. La produzione di elettricità  è la forma di utilizzazione principale e più importante delle risorse geotermiche (>150 ° C). In linea generale un impianto geotermoelettrico è costituito dai seguenti componenti:  Sistema di raccolta e convogliamento del fluido fino all’impianto (pozzi, tubazioni ecc)  Sistema di produzione dell’energia elettrica (turbina-generatore e connessione alla rete) 21  Sistema di trattamento del vapore esausto (condensatore, pompa di astrazione condensato ecc)  Sistema di reiniezione dell’acqua nel bacino geotermoelettrico GLI IMPIANTI GEOTERMOELETTRICI Per la produzione di energia elettrica si possono distinguere due tipi di impianti:  Impianti convenzionali richiedono fluidi geotermici con temperatura di almeno 150 ° C e possono essere a: - Contropressione : “con scarico diretto nell’atmosfera”. Sono i più semplici e meno costosi. Il vapore proviene direttamente dai pozzi (generatore di vapore. Se i pozzi producono una miscela di acqua e vapore, successivamente il vapore passa attraverso una turbina, collegata ad un alternatore, per la generazione di energia elettrica; il vapore esausto viene poi scaricato nell’atmosfera. - Condensazione : sono di piccole dimensioni. Sono i più complessi e richiedono più impiantistica ausiliaria (condensatori, torri di raffreddamento). Le centrali a condensazione per la loro complessità, hanno un costo specifico (costo per kilowattora installato) superiore a quello delle centrali a compressione ma il bilancio economico finale è favorevole proprio ad esse.  Impianti a ciclo binariola tecnologia dei cicli binari ha reso possibile produrre elettricità sfruttando fluidi geotermici a temperatura medio-bassa e acque calde di scarico. Questi impianti binari utilizzano un fluido secondario di lavoro che ha basso punto di ebollizione e un’elevata pressione di vapore a bassa temperatura rispetto al vapore acqueo. Il fluido secondario lavora in un ciclo Rankine convenzionale (un ciclo termodinamico; trasforma il calore in lavoro ed è usato nelle centrai termoelettriche per la produzione di energia elettrica). IL POTENZIALE GEOTERMICO IN ITALIA Circa 2\3 delle risorse geotermiche hanno una temperatura inferiore a 150 ° C, per tanto le risorse con una temperatura (> di 90 °C) sfruttabile economicamente per la produzione di energia elettrica, si ritrovano in poche aree della fascia pre-appenninica tosco-laziale-campana, delle due isole maggiori e nelle aree vulcaniche del tirreno. Le risorse a bassa temperatura (<80-90 °C) si trovano in moltissime zone grazie ad esempio alle pompe di calore. Lo sfruttamento della geotermia a fini industriali nasce nel 1904 in un piccolo paese toscano in provincia di Pisa (Larderello) dove nel 1913 è stata inaugurata la 1° centrale geotermica del mondo. L’Italia è quindi un paese con a forte vocazione geotermica ma deve essere valorizzata ancor di più in quanto è una risorsa: rinnovabile, compatibile con l’ambiente ed è economicamente sfruttabile a tutti i livelli di economia. L’Italia quindi è il 1 ° produttore in Europa e uno dei maggiori al mondo di aree geotermiche. La produzione lorda di energia da fonte geotermica è concentrata (5.654 GWh) principalmente in Toscana dove soddisfa il 25% dell’intera domanda elettrica regionale. 22 - Le turbine ad asse verticale  presentano alcuni vantaggi rispetto a quelle orizzontali: hanno un miglior rendimento e esiste la possibilità di avere parte dei dispositivi come il moltiplicatore di giri e la parte elettrica fuori dall’acqua che garantisce una maggior manutenzione e una maggior semplicità di montaggio. Le turbine ad asse verticale Kobold (pag. 74) sono attualmente i primi impianti ad asse verticale ad essere installati per lo sfruttamento delle correnti marine. L’intero sistema è montato su una piattaforma galleggiante; il rotore è costituito da tre pale libere di oscillare sotto l’azione delle forze idrodinamiche. Infine anche lo sfruttamento del mare è un altro modo per produrre energia dal mare e dipende da molti fattori: l’andamento del sole e della luna, la rotazione della terra intorno al proprio asse e soprattutto l’andamento delle masse oceaniche. Gli impianti che sfruttano questo tipo di energia sono simili a quelli idroelettrici. L’energia dalle maree è prodotta e sfruttata nelle centrali definite “mareomotrici” ossia centrali elettriche azionate dalla forza delle maree, costruite sbarrando con una diga le insenature costiere. L’acqua entra nei bacini creati dalla diga durante le fasi dell’alta marea, defluisce poi durante le fasi della bassa marea, la forza dell’acqua che determina tale movimento, attiva le turbine della centrale e produce energia meccanica (elettrica).  Gradiente (termico e salino)  l’energia a gradiente salino è anche definita “energia osmotica”: si ottiene dalla differenza di concentrazione salina fra l’acqua di mare e l’acqua dolce. La produzione di energia elettrica si ottiene tramite due procedimenti: - La dialisi elettroinversa (od asmosi RED) - La pressure retarded Osmosis (PRO) Entrambi i metodi si basano sull’osmosi e utilizzano delle speciali membrane a ioni. L’ OSMOSI  è un processo naturale che avviene quando si ha, il passaggio di un fluido a soluzione più diluita (dolce) verso una soluzione più concentrata (salata) attraverso una membrana semipermeabile. La centrale osmotica sfrutta il principio che l’acqua dei fiumi tende a spostarsi per osmosi verso l’acqua di mare, per via della differenza di salinità questo movimento genera una pressione idrostatica che attiva una turbina che trasforma l’energia in elettricità. La prima centrale osmotica al mondo si trova in Norvegia (aperta nel 2009- centrale Tofte). L’energia osmotica è eco- sostenibile: non è soggetta a variabilità ed è disponibile in tutte le stagioni e in qualsiasi condizione climatica. 25 ENERGIA MAREOTERMICA O OTEC (ocean thermal energy) detta anche “talassotermica” sfrutta la differenza di temperatura tra la superficie e la profondità marina e trova le condizioni ottimali in mari molto profondi e caldi. Sfrutta il principio basato sul gradiente termica che permette di alimentare una turbina termica per produrre elettricità. Più la differenza di temperatura tra l’acqua del mare in superficie e quella del fondale è grande, più l’energia mareotermica potrà essere sfruttata in maniera redditizia. La zona più conveniente sembra essere la cintura tropicale con un gradiente di temperatura di 30 gradi. Attualmente questa energia è poco sfruttata. LA MINI-IDROELETTRICA  i piccoli impianti idroelettrici hanno la peculiarità di non richiedere la presenza di uno sbarramento e\o di una diga per realizzare le condotte forzate del flusso d’acqua. Il flusso idrico garantisce la rotazione delle turbine producendo energia meccanica che è poi convertita in energia elettrica. I presupposti del microelettrico sono di sfruttare il corso naturale delle acque senza alterare le portate, ponendo l’assunto sul potenziale dell’energia posseduta dalla corrente di un corso d’acqua stesso. Il micro-idroelettrico soddisfa il fabbisogno energetico di piccole comunità, di aziende agricole o realtà commerciali che non sono servite dalla rete elettrica nazionale. La normativa Italiana prevede la valutazione d’impatto ambientale (VIA) come azione preventiva mentre per i piccoli impianti idroelettrici (mini-idroelettrici) le competenze per gli aspetti d’integrazione ambientale dell’impianto sono a carico delle Regioni secondo quanto disposto dal D.Igs 152/2006. FONTE IDROELETTRICA IN ITALIA E EUROPA analizzando l’evoluzione degli impianti idroelettrici in Italia, nel periodo dal 2001 al 2011 si evidenzia che la potenza idroelettrica installata non è variata molto; la fonte idroelettrica è stabile negli ultimi decenni. L’aumento si verifica invece, tra il 2010-11, negli impianti di piccola taglia <1 MW ad acqua fluente. A livello regionale, si contano circa 2.902 di cui la maggior parte sono installati nell’Italia settentrionale (Piemonte, Lombardia). Nel 2011 in Italia, la potenza idroelettrica installata è pari a circa 18.092 26 MW di cui la maggior potenza deriva dalle regioni settentrionali (soprattutto gli impianti a produzione lorda rispetto a quelli a serbatoi e a bacino. In Europa  I principali tre stati in ordine d’importanza che coprono il 60% della produzione totale sono: 1. Svezia (23%) 2. Francia (20%) 3. Italia (17%) la produzione idroelettrica nel 2009 nell’Europa rappresenta il 53.7% della produzione di FER (fonti energia rinnovabile). Tra gli stati membri (che sono 15 tra cui Francia, Svezia, Austria) coprono oltre l’80% della loro produzione FER con produzione idroelettrica; segue l’Italia con il 71%. Rispetto alla produzione lorda totale, il primato è detenuto dall’Austria che copre il 56.7% della produzione totale con produzione idroelettrica. L’Italia con una percentuale del 16.8% si colloca al 4° posto (guarda pag. 89-90). A livello mondiale il settore idroelettrico sta interessando numerosi paesi, in particolare quelli emergenti come ad esempio la Cina (nel 2010 sono in esercizio impianti idroelettrici per 197.000 MW PARI AL 23% della potenza totale installata) che punta a portare al 15% entro il 2020 il contributo delle rinnovabili sulla domanda complessiva di energia. Oltre alla Cina, sul territorio asiatico anche India, Laos, Thailandia, Nyanmar e Bhutan hanno in corso programmi di grandi progetti idroelettrici. Ma comunque si progettano anche in altri posti del mondo come Africa (Etiopia) e Sudamerica (quale il Cile, Venezuela e Colombia). Capitolo 3- Valutazioni tecnologiche ed analisi economica delle “nuove fonti rinnovabili” FONTE EOLICA La fonte eolica è una fonte rinnovabile e inesauribile che si ottiene dalla conversione del vento. Il vento si genera grazie all’interazione fra tre fonti di radiazione:  La radiazione cosmica generata dal sole  La radiazione terrestre (che trasferisce vapore acqueo in atmosfera)  Radiazione celeste (di ritorno tra l’atmosfera e la terra) L’effetto differenziale termico dell’aria generato da queste tre radiazioni e il conseguente differenziale di pressione produce il vento. Esistono due macro categorie di venti:  Planetari  definiti anche monsoni, sono causati dalla differenza della radiazione solare tra l’equatore e i poli.  Locali  dipendono dai processi di riscaldamento della terra, che rilascia calore nell’atmosfera. L’uomo sfrutta l’energia del vento da secoli, inizialmente con le vele (antichi Egizi) e poi con l’invenzione dei mulini a vento grazie ai quali l’energia cinetica del vento è stata trasformata in energia meccanica. In seguito grazie all’invenzione della dinamo nel 1869, per opera del Belha Zenobe Gramme, l’uomo divenne capace di trasformare l’energia cinetica in energia elettrica, 27 Per minieolico si considerano gli aereogeneratori di potenza compresa tra 1 e 200KW per far fronte soprattutto alle esigenze energetiche di utenze particolarmente isolate e lontane da reti di trasmissione off-grid point. Il mini-eolico è concentrato in maniera rilevante in Usa, Cina e Regno Unito. Al 2020 si prevede una potenza installata cumulata pari a circa 4,5 GW. In Italia il mercato del minieolico rappresenta una potenza di circa 14 MW, pari a una quota dello 0,21% e le stime di sviluppo per il 2020 prevedono il raggiungimento di 1MW di potenza complessiva. Vantaggi: Sotto l’aspetto tecnico, tale tecnologia richiede una minore intensità del vento essendo in grado di produrre energia a velocità di 3 metri il secondo, e inoltre richiede minori infrastrutture elettriche per connessione. La minore dimensione fisica e la minore complessità tecnologica, rende quindi più snella e rapida l’intera supply chain. Altri due elementi di vantaggio derivano dalla normativa, il primo elemento concerne i minori tempi richiesti per l’iter autorizzativo, il secondo elemento riguarda la minore aleatorietà del meccanismo incentivante della tariffa omnicomprensiva rispetto al meccanismo dei certificati verdi previsti per il grande eolico. Produzione e mercato dell’eolico in Italia La fonte eolica è una fonte non programmabile, la quantità di energia prodotta dipende molto dalla ventosità e da altri fattori. La produzione effettiva al 2011 si attesta intorno ai 10266 GWh, con andamento in crescita a partire dal 2008. La produzione totale di energia eolica al 2011 si attesta intorno ai 9,856 GWh. 30 Nel 2011 l’Italia è al 7° posto nel mondo per potenza eolica con circa 6936 MW installati e con 807 impianti censiti. Le condizioni per la produzione di energia eolica nel nostro paese non sono delle più favorevoli a causa della conformazione allungata e stretta del territorio. Le caratteristiche ambientali e territoriali, la ventosità, l’orografia, sono quindi variabili discriminati per l’installazione di un parco eolico, per questo motivo nelle regioni del sud sono installati il 98% della potenza eolica nazionale e l’8% del parco impianti in termini di numerosità. La regione che presenta la maggiore potenza installata è la Sicilia con 1680 MW nel 2011, mentre in termini di numerosità di parchi eolici, la maggiore regione è la Puglia che conta al 2011 circa 257 impianti. Il primato per produzione eolica, a livello regionale spetta alla Sicilia con 2370 GWh, seguita dalla Puglia con 2245 GWh, e infine dalla Campania con 1344 GWh; queste tre regioni coprono complessivamente il 61% del totale nazionale. Secondo le previsioni dell’OWEMES (offshore wind and other marine renewable energy in mediterranean an European seas) i futuri scenari dell’eolico indicano la Puglia come la regione con la maggiore estensione in Km2, seguono le Marche, la Sardegna, l’Abbruzzo e l’Emilia-Romagna. 31 La situazione in Europa La capacità di energia eolica in Europa è aumentata dai 94 GW del 2011 a 107 GW del 2012. Dal 1996 al 2011 la potenza eolica installata in Europa è aumentata con una media del 15.6% l’anno. La Germania anche nel 2012, continua a essere il più grande mercato eolico europeo, raggiungendo una capacità totale di 31 GW. Il secondo mercato europeo per le turbine eoliche è stato per la prima volta nel 2012 il Regno Unito, che ha installato 1,9 GW. La Spagna, viceversa, numero 2 sul mercato europeo, ha perso nel 2012 quote di mercato, attestandosi a una percentuale del 21% contro il 23% nel 2011. Nel 2002, le nuove installazioni dei tre paesi pionieri del settore (Germania, Danimarca e Spagna) rappresentavano l’85% delle nuove installazioni totali, mentre nel 2011 questa quota è diminuita fino ad arrivare al 34%, un segnale che dimostra come l’energia eolica si sta diffondendo in maniera uniforme sul tutto il territorio europeo. Attualmente la Danimarca è il paese con la più alta percentuale di energia eolica nel consumo di elettricità (circa il 26%). L’eolico nel mondo Negli ultimi anni si è assistito a livello mondiali una crescita rapida della potenza e della produzione eolica. Nel 2011 è stata installata nel mondo una potenza di 40 GW, con un incremento del 20% rispetto al 2010, raggiungendo così una potenza totale di circa 238 GW. La potenza installata nel mondo circa l’86%, si trova in soli 10 paesi: Cina, USA, Germania, Spagna, India, Francia, Italia, Gran Bretagna, Canada e Portogallo. Fin dall’inizio dell’utilizzo della fonte eolica per la produzione di energia elettrica i paesi che sono stati maggiormente attenti allo sfruttamento di questa risorsa, sono Germania, Spagna e USA. La Germania è stata sempre Leader del settore, ma nel 2011 è stata sorpassata dalla Cina e dagli Stati Uniti. Fonte solare L’ energia solare, è l’energia termica o elettrica, che è prodotta sfruttando direttamente l’energia irradiata dal sole verso la terra. Il sole è l’astro per eccellenza che fornisce calore al nostro pianeta terra, all’interno del sole avvengono continue reazioni termonucleari a temperature elevatissime che raggiungono i 15 milioni di gradi centigradi, queste funzioni termonucleari liberano una quantità elevatissima di energia sotto forma di radiazioni elettromagnetiche, di tal energia radiante solo una piccola parte arriva sulla terra. Si definisce irraggiamento solare la quantità di energia solare che colpisce una superficie unitaria in un intervallo determinato, solitamente nell’arco di un giorno. L’irraggiamento si misura in KWh/m2/giorno ed è influenzato dalle condizioni metereologiche e dalla latitudine alla quale ci si trova; l’irraggiamento cresce man mano che ci si avvicina all’equatore. L’energia che raggiunge la superficie della terra, varia inoltre sensibilmente con la durata del soleggiamento, l’inclinazione dei raggi, e può mutare rapidamente e in modo discontinuo in funzione delle condizioni metereologiche locali. 32 Il sistema maggiormente utilizzato è quello a circolazione forzata che copre il 73% del totale delle installazioni in Italia. I collettori termici industrialmente più utilizzati sono i collettori piani vetrati (82%) e quelli sotto vuoto (18%). Il mercato del solare termico in Italia ha avuto un brusco rallentamento, si registra al 2012 una concentrazione del 30%. Nel 2013 il trend in flessione dovrebbe invertirsi, grazie all’introduzione del conto termico e alle già note detrazioni fiscali del 55%, valide fino a giugno 2013 e ai nuovi certificati bianchi (Tee titoli di efficienza energetica). Gli impianti solari termici possono usufruire degli incentivi legati agli interventi di risparmio ed efficienza energetica, i principali sono: - Incentivi previsti dal nuovo Dm del 28 Dicembre 2012, definito come conto termico; - Titoli di efficienza energetica (TEE) anche noti come certificati bianchi; - Agevolazioni fiscali per il risparmio energetico. Tuttavia nonostante l’incertezza degli incentivi, l’Italia si colloca al secondo posto in Europa portando il totale installato a circa 2,4 GW. Il nuovo conto termico Con la pubblicazione del Dm del 12/12/12 il c.d decreto “Termico” si dà attuazione al regime di sostegno per l’incentivazione d’interventi di piccoli dimensioni, per l’incremento dell’efficienza energetica e per la produzione di energia da fonti rinnovabili. Gli interventi previsti dal conto termico si riferiscono all’efficientamento dell’involucro di edifici esistenti, alla sostituzione d’impianti di climatizzazione o alla nuova installazione d’impianti alimentati da fonti rinnovabili. Il nuovo decreto si estende anche agli incentivi specifici per la diagnosi energetica e la certificazione energetica. Il conto termico è stato introdotto oltre le già note detrazioni fiscali del 55%. Il governo a tutt’oggi, ha previsto una proroga diversa per la riqualificazione energetica degli edifici e, le detrazioni fiscali passano dal 55 al 65%. Il solare termico in Europa La diffusione del solare termico in Europa negli ultimi dieci anni ha interessato sei paesi: Germania, Italia, Spagna, Austria, Polonia, Francia e Grecia. La crescita del mercato del solare termico in Europa, compresa la Svizzera, negli ultimi dieci anni ha fatto registrare un aumento che va da 1.500,000 Mq di collettori installati nel 2000, per una potenza pari a circa 800 Gwth fino ad una quota di 3.500.00 mq di collettori installati con una potenza pari a 2.500 Gwth al 2013. Tuttavia negli ultimi due anni il solare termico in Europa ha fatto registrare un lieve calo della potenza solare termica installata e di conseguenza anche un calo della produzione. La spagna e l’Austria hanno visto così come per l’Italia, il loro picco d’installazioni nel 2008 per poi declinare dal 2009 al 2012. La Francia e la Grecia hanno fatto registrare, anch’esse un calo negli ultimi tre anni. Nella zona dell’Euro rimane dominante la Germania. Infine c’è da rilevare la sorpresa del mercato polacco, che con una crescita del 70% nel 2011 entra nei paesi con capacità installata superiore a 177,50 Mwth, posizionandosi cosi tra i quattro migliore mercati europei, dopo Germania, Italia e Spagna. 35 2) Il solare fotovoltaico: la tecnologia fotovoltaica consente di trasformare in maniera diretta l’energia associata alla radiazione solare in energia elettrica sfruttando il fenomeno fotoelettrico. La conversione avviene in un dispositivo (cella fotovoltaica), costituito da un materiale semiconduttore, all’interno del quale si crea un campo elettrico, che orienta le cariche elettrica generata dall’interazione della radiazione solare (fotoni) con la struttura elettronica del materiale semiconduttore, dando origine a un flusso di corrente elettrica. La parola fotovoltaico deriva dal termine greco “phos” che vuol dire “luce” e “volt”, esso rappresenta l’unità di misura della differenza di potenziale. La lavorazione del silicio: Il silicio è un elemento presente nella crosta terrestre e si trova nell’argilla, nel granito, nel quarzo, principalmente sotto forma di biossido di silicio. Il silicio per essere usato nella produzione di celle fotovoltaiche deve essere sottoposto a diverse fasi di purificazione. La purificazione per via chimica avviene in due fasi: 1. Distillazione 2. Purificazione attraverso il processo Siemens. La tecnologia di purificazione che consente di ottenere Silicio multi-cristallino di “grado elettrico” si basa sulla tecnica di deposizione chimica da vapore (CVD chemical vapor deposition). Il silicio ottenuto dal processo Siemens ha tuttavia un grado di purezza non ancora sufficiente. Per diminuire ulteriormente il contenuto d’impurità è usato un procedimento di raffinazione per via fisica definito “raffinazione a zone”, dal quale si ottiene un grado più elevato di purezza. Dopo le numerose fasi di purificazione si ottiene quindi del silicio policristallino adatto alla produzione di celle fotovoltaiche. Le successive fasi della filiera produttiva prevedono, secondo il tipo di cella che si vuole ottenere, le seguenti tecniche per la crescita del cristallo:  Silicio policristallino: Metodo Casting, metodo Bridgman.  Silicio Monocristallino: metodo Czochharalsky, metodo Float-zone. Metodo casting: Il metodo casting è usato per la produzione di silicio policristallino. La fase di crescita si sviluppa tramite un processo di cristallizzazione, dovuto al raffreddamento graduale della fase liquida del silicio fuso; il problema che si riferisce a questo procedimento, è quello di ridurre al minimo il tasso di impurità. Attraverso questo metodo dalla massa di silicio si ottengono vari lingotti, che sono poi affittati nelle fasi successive per produrre i così definiti “wafer di silicio”. Metodo Bridgman: Questo metodo è usato per la crescita del silicio policristallino. In questo processo il silicio è caricato in un crogiolo di quarzo, per poi essere riscaldato fino a che tutto il materiale non è sciolto; in seguito è raffreddato in uno speciale forno, ottenendo così per lenta solidificazione la formazione di una massa cristallina. Metodo Czochralski: E’ un processo che permette di ottenere la crescita di monocristalli di estrema purezza. 36 Metodo Float-zone: Con questo metodo è possibile ottenere la crescita di un cristallo di alta qualità. La tecnologia maggiormente utilizzata nei processi di conversione è quella del silicio cristalino, impiegato in una sottile fetta di spessore compreso tra 0,25 e 0,35 mm. La tecnologia del silicio cristallino può essere:  Silicio monocristallino, che presenta rendimenti di conversione pari al 15-17%.  Silicio policristallino, che presenta rendimenti pari al 12-14%. Esso è caratterizzato da un minor costo di produzione per la presenza di un maggior grado d’impurità. La tecnologia del silicio amorfo Un’altra tecnologia utilizzata è quella del silicio amorfo a “film sottile”; In questo caso il silicio è spruzzato sotto forma di gas su una superficie di supporto. Il suo costo di produzione è economicamente più conveniente, inoltre possiede un’ampia versatilità e flessibilità d’impiego. L’unico grande svantaggio non ancora risolto è la bassa efficienza dovuta alla struttura cristallina instabile e impura del silicio amorfo. Sono sistemi a film sottili anche quelli con i semiconduttori CIS,CIGS,CdTe con tellurio di cadmio. I CIS con semi conduttore a film sottili, è l’acronimo che indica i componenti principali dello strato attivo: Cu=Rame In= Indio Se=Selenio Talvolta tale semiconduttore è indicato con “CIGS” quando alcuni atomi di In sono sostituiti da Ga=Gallio. Il cdTe è un semiconduttore a film sottile, composto con tellurio di cadmio. Tali sistemi innovativi presentano efficienze notevoli che possono arrivare fino al 13%, e costi di produzione inferiori ai sistemi in silicio cristallino. Tuttavia il mercato attuale è quasi completamente orientato verso la tecnologia del silicio cristallino. Le celle fotovoltaiche organiche Il settore delle celle solari organiche comprende tutti quei dispositivi la cui parte foto-attiva è basata sui composti organici del carbonio. La struttura di base di una cella organica anche definita” sandwich”, è abbastanza semplice; essa è composta di un substrato generalmente di vetro ma anche di plastica flessibile, e da una o più sottilissime pellicole che contengono materiali foto-attivi, che sono frapposti tra i due elettrodi conduttivi. Le celle organiche più efficienti utilizzano una miscela di materiali in cui un pigmento assorbe la radiazione solare e gli altri elementi estraggono la carica per produrre elettricità. Le tipologie di celle organiche, sono ampie, ed hanno raggiunto attualmente diversi stati di ricerca e maturazione; si parla di:  Celle “dye sensitized” (DSSC o DSC), la cui parte fotoelettrica attiva è costituita da un pigmento, da un ossido di titanio, e da un elettrolita. Queste celle sono anche definite celle di Gratzel. 37 Impianti grid connected: Questa famiglia identifica quelle utenze elettrica già servite dalla rete nazionale, ma che tramite impianti fotovoltaici, immettono in rete energia solare opportunamente convertita in energia elettrica alternata. I principali elementi di un impianto fotovoltaico connesso alla rete sono:  Sistema fotovoltaico che converte l’energia solare in energia elettrica;  Inverter che ha lo scopo di stabilizzare l’energia continua, e convertirla in energia alternata per il trasferimento alla rete elettrica;  Quadristica di protezione e controllo , che ha lo scopo attraverso i Bos di monitorare e modulare l’immissione di energia alla rete elettrica. La potenza nominale di un impianto fotovoltaico si misura con la somma dei valori di potenza nominale di ciascun modulo fotovoltaico di cui è composto. L’unità di misura è il Kwp (kilowattora di picco). Secondo i dati PVGIS (photovoltaic Geographical Information System), la producibilità di un impianto fotovoltaico per KWp installato in Italia è illustrata dalla mappa di radiazione solare. In linea approssimativa si può affermare: Nord 1kWp 1.200 kWh Centro 1kWp 1.400 kWh Sud 1kWp 1.600 kWh In merito al grado d’integrazione gli impianti fotovoltaici grid connected si dividono in: - Impianti totalmente integrati; - Impianti parzialmente integrati; - Impianti non integrati . Il conto energia Il conto energia premia l’energia prodotta da impianti fotovoltaici per un periodo di venti anni. Questo meccanismo è diventato operativo in seguito all’entrata in vigore dei decreti attuativi del 28 Luglio 2005 e del 6 Febbraio 2006, definiti anche “1° conto energia”. Per rimuovere delle criticità emerge nella prima fase, che rappresentavano un freno alla realizzazione degli impianti fotovoltaici, è stato emanato il Dm 19 Febbraio 2007 indicato come “2° conto energia, che ha profondamente modificato e semplificato le regole di accesso alle tariffe incentivanti. Il “3° conto energia” emanato il 6 Agosto 2010, oltre a dare continuità al meccanismo d’incentivazione, ha previsto l’introduzione di specifici incentivi per gli impianti fotovoltaici integrati con caratteristiche innovative e per gli impianti a concentrazione. Dopo l’emanazione del decreto legislativo n°28 del Marzo 2011, è stato pubblicato il DM del 5 Maggio 2011, anche definito “4° conto energia”, con l’obiettivo di allineare il livello delle tariffe all’evoluzione dei costi della tecnologia fotovoltaica, e di introdurre per la prima volta un limite di costo indicativo cumulato annuo degli impianti incentivanti pari a sei miliardi di euro. In previsione del raggiungimento di tali limiti di costo, è stato pubblicato il 4 Luglio 2012, il “ 5° conto energia”. Tra le novità del “quinto conto energia”, non si prevede più la tariffa incentivante fissa e rogata sulla base dell’energia elettrica prodotta, ma l’incentivo si compone di due componenti: 40 - Per gli impianti di potenza nominale fino a 1MW, una tariffa omnicomprensiva, determinata sulla base della potenza e della tipologia di impianto; - Per gli impianti di potenza nominale superiore a 1 MW, la differenza fra la tariffa omnicomprensiva e il prezzo zonale orario, con conseguente disponibilità del produttore di energia. Il 5° conto energia impone nuove tariffe per il calcolo degli incentivi e le scompone in due gruppi: - coefficiente per il calcolo degli incentivi fotovoltaici a tariffa omnicomprensiva - Coefficiente per il calcolo degli incentivi fotovoltaici di autoconsumo. La tariffa omnicomprensiva è utilizzata per calcolare il guadagno solo sull’energia elettrica prodotta dal proprio impianto fotovoltaico, ma non consumata e immessa nella rete. La tariffa di autoconsumo come facilmente è dedotto dal nome, è un coefficiente da utilizzare sull’energia prodotta dall’impianto fotovoltaico e consumata in loco. Le tariffe si aggiornano ogni 6 mesi e diminuiscono con il tempo. Impianti integrati con caratteristiche innovative (impianti grid connected) Sono impianti fotovoltaici che utilizzano moduli non convenzionali e componenti speciali adatti specificatamente per sostituire elementi architettonici; essi rispondono a determinati requisiti per accedere agli incentivi previsti dal quinto conto energia. Per essere classifica come impianti fotovoltaici integrati con caratteristiche innovative, essi debbono avere i seguenti requisiti:  Applicazione di moduli non convenzionali e di componenti speciali;  Applicazione di moduli e componenti che, abbiano significative innovazioni di carattere tecnologico  Applicazione di moduli progettati e realizzati industrialmente per svolgere, oltre alla produzione di energia elettrica, funzioni architettoniche fondamentali quali. - Protezione o regolazione termica dell’edificio; - Impermeabilizzazione della struttura edilizia; - Garanzia e tenuta meccanica. Per quanto riguarda le modalità di installazione si dovranno rispettare i seguenti principi:  I moduli devono sostituire i componenti architettonici degli edifici;  I moduli devono svolgere una funzione di rivestimento di parti dell’edificio;  Da un punto di vista estetico, il sistema fotovoltaico deve inserirsi armoniosamente nel disegno architettonico dell’edificio. L’impianto integrato con caratteristiche innovative più grande d’Italia (potenza 4,33 Mwp, superficie 100.00 mq), e una produzione di circa 200.00 Kwh/anno pari al consumo energetico di 1730 famiglie, è stato recentemente installato nel polo fieristico di Rimini (Emilia-Romagna). 41 Il mercato del fotovoltaico Il fotovoltaico in Italia Secondo la previsione di Epia (European photovoltaic industry association) nel 2011 l’Italia ha installato 9.300 Mw di potenza fotovoltaica, la crescita rispetto all’anno precedente ha riguardato soprattutto gli impianti di piccola taglia, l’incremento maggiore si è registrato nel range 1-5 megawatt di potenza. Negli ultimi anni la crescita del numero e della potenza degli impianti ha avuto ritmi di crescita sostenuti, dal 2009 al 2011, la crescita è più che raddoppiata rispetto all’anno precedente. Nel 2012 la tendenza si inverte, la taglia media degli impianti entrati in esercizio si riduce e la potenza media è pari a 24,6 KW contro 38,7 KW nel 2011. In valori assoluti è la Lombardia che possiede il maggior numero di impianti (48692), seguita dal Veneto con (44997). La puglia si conferma la regione italiana con la maggior potenza installata arrivando a raggiungere il valore di 2186 MW, seguita dalla Lombarda con un valore in potenza di 1322 MW.Per il futuro ci si attende di raggiungere la grid parity, ovvero la situazione di mercato in cui il costo del Kilowattora fotovoltaico eguaglia il costo del Kilowattora prodotto con le tecnologie tradizionali. La situazione in Europa In Europa nel 2011 la potenza fotovoltaica installata è cresciuta di oltre il 50%, in particolare in tre principali mercati (Italia, Germania e Francia), dove si riscontra una potenza installata di circa 21 GWp. L’italia è diventata il maggior mercato mondiale con i suoi 9 GWp di nuovi impianti fotovoltaici connessi in rete, anche grazie agli incentivi Feed in Tarif (FIT) tariffa omnicomprensiva. Le forme d’incentivo possono distinguersi: -Feed- in premium (il “conto energia); -Feed- in tariff (“tariffa omnicomprensiva”); -certificati verdi (nel meccanismo delle “quote”); Il meccanismo della tariffa omnicomprensiva è riservata agli impianti qualificati IAFR (impianti alimentati da fonte rinnovabile) di potenza nominale media annua non superiore a 1MW, o 0,2 MW per gli impianti eolici. La tariffa è riconosciuta per un periodo di quindici anni durante il quale resta fissa per tutti gli impianti che entrano in esercizio entro il 31 Dicembre 2012. La tariffa è definita “omnicomprensiva” poiché il suo valore include una componente incentivante e una componente di valorizzazione dell’energia elettrica immessa in rete. In Germania nonostante la riduzione degli incentivi FIT, nel 2011 il mercato si è mantenuto sostenuto con i suoi 7,5 GWp conquistando il secondo posto nella graduatoria mondiale. In Francia, il fotovoltaico ha fatto registrare un record di connessioni in rete, 1,5 Gwp nel 2011, anche in Gran Bretagna si è assistito ad uno sviluppo di circa 700 MWp di nuova installazione, grazie al sistema vantaggioso FIT (feed in tarif). Tra gli altri mercati europei, si segnalano due casi importanti, il primo positivo e il secondo negativo. Il Belgio ha fatto registrare un vero e proprio boom di nuovi impianti, nella Repubblica Ceca accade invece, la scomparsa del FV dopo due anni di crescita entusiasmante. 42