Energia e tecnologie, le risposte alla crescita della domanda globale

1. Energia e tecnologie, le risposte alla crescita della domanda globale Alberto Renieri ENEA

2. SOMMARIO • Introduzione • Situazione attuale e prospettive future delle nuove tecnologie delle energie rinnovabili • Lo sviluppo delle nuove tecnologie di 3° e 4° generazione dell’energia nucleare • Conclusioni

3. I dati che vengono presentati provengono, quando non altrimenti indicato, essenzialmente da tre fonti: • Rapporto Energia Ambiente 2008 – ENEA luglio 2009 • Nuclear Energy Outlook (NEO), edito dalla “OECD Nuclear Energy Agency” in occasione del suo 50° anniversario (16 ottobre 2008) (è la prima pubblicazione del genere edita da OECD) • Energia in Italia: problemi e prospettive (1990-2020) – Libro Bianco edito dalla Società Italiana di Fisica (aprile 2008)

4. 1. INTRODUZIONE Il costante aumento del costo del petrolio, il forte incremento dei consumi in Asia, le preoccupazioni ambientali e di sicurezza di approvvigionamento energetico e, infine, le problematiche collegate alle modalità di penetrazione delle energie rinnovabili, stanno spingendo molti paesi a ridefinire la composizione del loro mix energetico, in particolare riguardo a su quali fonti rinnovabili puntare decisamente per il prossimo futuro e sul ruolo dell’energia nucleare da fissione.

5. Scenario attuale relativo atutti i consumi energetici primari (industria, trasporti, usi civili, agricoltura, usi non energetici, …)

7. Fonte: Libro Bianco SIF 2008

8. Il contributo della presentazione che segue sarà focalizzato sulle Energie Alternative: • Rinnovabili • Nucleare

9. 2. Situazione attuale e prospettive future delle nuove tecnologie delle energie rinnovabili

10. Fonti rinnovabili: • Geotermico • Solare • Idroelettrico • Eolico • Fotovoltaico • Solare termico • Biomasse

11. Nel settore geotermico l’Italia è in quarta posizione con circa 800 MW installati (totale nel mondo circa 9 GW). Non appare facile un incremento sostanziale per il prossimo futuro

12. La fonte rinnovabile più consistente nel mondo è sicuramente, nell’ambito del “solare”, l’idroelettrico (in Italia nel 1963 costituiva i 2/3 del totale!) Vi potrà essere una espansione di tale fonte in futuro, però difficilmente potrà essere in Italia molto significativa.

13. Dopo l’idroelettrico è l’eolico che, attualmente può dare un sostanziale contributo di potenza in rete. In Italia sono istallati 3.600 MWp. Tale valore è sicuramente suscettibile di considerevole incremento (anche se l’Italia non ha una situazione così favorevole come altri paesi). Va sottolineato che le maggiori problematiche di ricerca ancora aperte si riferiscono non tanto all’aerogeneratore, quanto alla compatibilità dell’allacciamento alla rete di sorgenti (di relativamente alta potenza) di caratteristiche intermittenti (necessità di accumulo)

14. Riguardo al fotovoltaico e al solare termodinamico la situazione è sicuramente in grande evoluzione, ed è qui che la ricerca deve dare sostanziali contributi, al fine di rendere affidabili e competitive tali fonti. La situazione in Italia nel fotovoltaico, malgrado gli incentivi, è ancora piuttosto arretrata (attualmente 700 MWp istallati rispetto ai 4 GWp istallati della Germania già a fine 2007). L’evoluzione è positiva (3 anni or sono erano istallati solo 70 MWp). Purtroppo per l’Italia siamo indietro nel settore produttivo, malgrado l’ottimo contributo dei nostri laboratori di ricerca. Dobbiamo attualmente importare dall’estero i pannelli fotovoltaici. Va tenuto conto, inoltre, che il fotovoltaico non vuol dire solo pannelli, ma, ad es., anche accumulatori al litio essenziali per ridurre “l’intermittenza” di questa come di altre fonti rinnovabili. È sicuramente necessario riflettere su tale situazione, che, comunque appare in evoluzione, in particolare al sud. Va ricordato che in Campania è insediato il Centro ENEA di Portici, impegnato nella R&S in tale campo.

16. Solare Termodinamico • C’è un notevole interesse, sia a livello europeo che mondiale, allo sviluppo delle relative tecnologie con rilevanti investimenti. In Italia le attività (ENEA + ENEL) sul Solare Termodinamico sono finalizzate alla realizzazione di impianti solari dimostrativi per la produzione di energia elettrica (impianto Archimede da 5MW integrato con l’impianto a ciclo combinato di Priolo Gargallo), per la dissalazione dell’acqua di mare e per la generazione di calore e freddo per usi civili e industriali.

17. Le Biomasse, infine, sono state per l’uomo la principale fonte energetica per millenni, prima dell’affermarsi delle sorgenti fossili. Attualmente abbiamo in Italia una capacità istallata di circa 1.600 MW. I problemi relativi ad una estensione di questa capacità produttiva sono per l’Italia molteplici (in particolare non siamo un paese tropicale e la superficie dedicata all’agricoltura è limitata e dunque preziosa per il comparto alimentare). Sicuramente la “termovalorizzazione” di rifiuti urbani e scarti industriali (in particolare dal comparto del legno) potrà dare il contributo più significativo.

18. 3. Lo sviluppo delle nuove tecnologie di 3° e 4° generazione dell’energia nucleare

19. Energia nucleare nel mondo Produzione e Impianti (al 2006) Reattori in esercizio 442 Potenza installata 370 GWe Potenza al 1986 (prima di Chernobyl) 250 GWe Aumento della potenza (2006/1986) +48% Produzione Elettronucleare 2658 TWh Aumento di Produzione (2006/1986) +65% Contributo alla produzione di energia elettrica in Europa (U.E. a 27) 33% (prima fonte) nell’OCSE 25% nel Mondo 17%

22. In sintesi, caratteristiche tipiche per i reattori di generazione III e III+ sono: • un progetto standardizzato che abbrevi le procedure di approvazione e riduca i tempi ed i costi di costruzione; • alta disponibilità e lunga vita utile (tipicamente, 60 anni); • presenza di dispositivi di sicurezza di tipo “intrinseco” o “passivo”; • flessibilità nella composizione del combustibile (uranio naturale ed a vari arricchimenti, miscele uranio-plutonio, quest’ultimo anche proveniente dallo smantellamento di armi nucleari, miscele uranio-torio) e sua alta “utilizzabilità” (burn-up), al fine di distanziare nel tempo le ricariche.

23. European Pressurized Water Reactor (EPR) da 1.600 MWe fornito dalla AREVA EPR

24. AP1000 Advanced Passive 1.000 MWe fornito dalla Westinghouse-Toshiba Diagram of AP600/AP1000

25. Generazione III+ : classe di reattori evolutivi rispetto ai precedenti che si prevede siano disponibili fra il 2010 e il 2015: Reattori modulari di taglia medio-piccola, ad alta sicurezza ed affidabilità, adatti sia per inserimento in reti di piccola taglia sia per impieghi diversi dalla produzione di energia elettrica, come la dissalazione. Una menzione particolare fra i reattori di questa generazione merita lo International Reactor Innovative & Secure (IRIS), sviluppato da un ampio consorzio internazionale guidato da Westinghouse e di cui fanno parte anche università, organizzazioni di ricerca (tra le quali l’ENEA) ed imprese italiane.

26. 335 MWe

27. Generazione IV:I reattori di quarta generazione sono ancora allo stadio concettuale. Essi sono oggetto di una iniziativa avviata nel gennaio 2000, quando dieci Paesi si sono uniti per formare il “Generation IV International Forum” (GIF) col fine di sviluppare i sistemi nucleari di futura generazione, cioè i sistemi che potranno divenire operativi fra 20 o 30 anni, subentrando all’attuale generazione di reattori a neutroni termici refrigerati ad acqua. L’Italia partecipa al GIF tramite l’EURATOM, che ne è membro

28. I sistemi nucleari di quarta generazione dovranno rispettare i seguenti requisiti: • sostenibilità; massimo utilizzo del combustibile e minimizzazione dei rifiuti radioattivi; • economicità; basso costo del ciclo di vita dell’impianto e livello di rischio finanziario equivalente a quello di altri impianti energetici; • sicurezza e affidabilità; i sistemi di quarta generazione dovranno avere una bassa probabilità di danni gravi al nocciolo del reattore e tollerare anche gravi errori umani; non dovranno, inoltre, richiedere piani di emergenza per la difesa della salute pubblica, non essendoci uno scenario credibile per il rilascio di radioattività fuori dal sito; • resistenza alla proliferazione e protezione fisica contro attacchi terroristici.

29. Generation IV Systems • Gas-Cooled Fast Reactor System GFR • Lead-Cooled Fast Reactor System LFR • Molten Salt Reactor System MSR • Sodium-Cooled Fast Reactor System SFR • Supercritical-Water-Cooled Reactor System SCWR • Very-High-Temperature Reactor System VHTR Tecnologia nella quale è attualmente impegnata l’Italia (ENEA, CIRTEN, INDUSTRIA) Tecnologia nella quale è stata impegnata l’Italia

30. LFR Technologies ENEA - CR Brasimone CIRCE Facility • Main Objectives • Experiments on system thermo-hydraulics Experiences • Chemistry of liquid metals in a "pool type" configuration   • Component development • Large-scale experiments in a "pool type" configuration • An integral experiment (“ICE” Integral Circulation Experiment) aimed studying the thermal hydraulic of heavy liquid metal reactor is in progress (IP-EUROTRANS program)

31. Situazione italiana: Programmi internazionali Partecipazione al “GIF” tramite EURATOM GNEP Programmi Nazionali di R&S Accordo di programma MSE-ENEA PNR 2009-2013 (in corso di definizione) Firma del “Global Nuclear Energy Partnership (GNEP) Statement of Principles” nel Novembre 2007 Partecipazione alla Piattaforma Tecnologica per lo Sviluppo dell’Energia Nucleare SNETP Strategic Energy Technology (SET) plan European Energy Research Alliance (EERA) Partecipazione Italiana (primavera 2009) a “International Project on Innovative Nuclear Reactors and Fuel Cycles – INPRO”

32. 4. CONCLUSIONI Un mix equilibrato tra le varie fonti potrà assicurare uno corretto sviluppo per il nostro pianeta, in generale, e per i paesi cosiddetti emergenti in particolare, rispettoso per le problematiche ambientali, di sicurezza per le popolazioni, di sicurezza riguardo ad attacchi terroristici, e di controllo delle problematiche connesse con l’uso non in ambito civile e, in particolare, proliferante delle tecnologie nucleari.

34. Grazie per l’attenzione