Risorse energetiche e consumi globali, l’ambiente, considerazioni sull’Italia A. Clerici

1. Risorse energetiche e consumi globali, l’ambiente, considerazioni sull’Italia A. Clerici Presidente FAST Presidente Onorario WEC Italia

2. Indice Premessa Consumi energetici ed elettrici – CO2 Le risorse energetiche mondiali Produzione di elettricità e suoi costi I consumi italiani e l’efficienza energetica Il nucleare Conclusioni e commenti sull’Italia

3. 1) Premessa

4. Popolazione mondiale 6,7 miliardi: (300.000 nati/giorno) In 10 anni: popolazione +12%;energia primaria +20%;elettricità +30% • 1,6 miliardi di persone senza elettricità • L’energia elettrica prevista per il 2030 è il doppio di quella del 2007 e assorbirà per la sua produzione il 44% delle risorse energetiche (36% nel 2007). Elettricità sempre più importante. • Nel mondo 40% di CO2 è da produzione elettricità: 10 miliardi di ton/anno. L’Europa contribuisce per il 14%. • In Cina nel triennio 2006-2008 sono entrate in servizio ~300 MW/giorno (100 GW/anno pari al doppio del picco di carico Italiano) di nuove centrali delle quali l’80% a carbone; solo la loro produzione di CO2 annuale supera alla grande quella da tutte le centrali dell’Europa dei 27. Il target CE di riduzione in Europa del 20% di CO2 al 2020, sarà pari a 1-2% dell’incremento nel resto del mondo delle emissioni annue da oggi al 2020. PROBLEMA ENERGIA / AMBIENTE E’ GLOBALE TUTTI DEVONO CONTRIBUIRE

5. L’Africa è di gran lunga il continente con la maggiore crescita della popolazione: 1.5 miliardi di persone nel 2030 a paragone con il miliardo di oggi.

6. 2) Consumi energetici ed elettrici – CO2

7. La richiesta mondiale di energia primaria nello scenario di riferimento 2008: ~12.000 MTEP 2008 Altre rinnovabili 0,4% 18 000 MToe 16 000 Idroelettrico 1,8% 14 000 Nucleare 6,5% 12 000 Biomasse 10 % 10 000 Gas 21 % 8 000 Carbone 26,3% Petrolio 34 % 6 000 4 000 2 000 0 1980 1990 2000 2010 2020 2030 IEA 2009 World Energy Outlook La domanda a livello mondiale aumenterà del 45% tra oggi ed il 2030 – un tasso medio di aumento dell’ 1.6%/anno – dove il carbone incide ben oltre un terzo dell’incremento totale

8. Grandi differenze nell’energia primaria pro-capite TOE per capita Billion people 1.50 1.25 1 0.75 0.50 0.25 Billion people TOE per capita 2.1 2 N. America World population 6.7 billion 1.75 South Asia Australasia OECD Europe 25 CSI Europe Africa Middle East Latin America World E&SE Asia 0 Elaborazione ENERDATA

9. Produzione energia elettrica nel 2008 Elaborazione dati da Terna - WEC - Enerdata (*) NB - l’Italia ha importato circa il 13% di energia elettrica da aggiungere alla produzione locale (°) Biomasse 2,3% (delle quali 60% RSU) e Geotermia 1,7% Italia: ~80% da combustibili fossili Mondo: ~66% da combustibili fossili EU 27: ~57% da combustibili fossili

10. World population 6.7 billion 2 E&SE Asia MWh per capita Billion people N. America 0.25 0.75 1 1.25 1.50 1.75 0.50 South Asia Australasia OECD Europe 25 Europe Latin America CSI Africa Middle East World 0 Enormi differenze nell’energia elettrica pro-capite MWh per capita Billion people Elaborazione ENERDATA

11. Consumi elettrici pro-capite L’Africa, con il 14% della popolazione mondiale,consuma solo il 3% dell’elettricità totale. Il Sud Africa ha solo il 5% della popolazione africanatotale, ma consuma il 50% del totale di elettricitàdell’Africa. Escludendo i paesi del Nord Africa e del Sud Africa, la principale fonte energetica per il resto della popolazione è il legname (> 85%)! Fonte: ENERDATA, World Energy Database, elaborazione WEC

12. I 5 maggiori produttori nel mondo di CO2 derivante da fonte energetica nello scenario di riferimento IEA 2009 World Energy Outlook I principali 5 emittori contribuiscono per il 70% delle emissioni a livello mondiale

13. Riduzione delle emissioni di CO2 derivanti da fonte energetica in differenti scenari 45 550 450 Policy Policy Gigatonnes Scenario Scenario Nuclear 40 9% CCS 14% Renewables & biofuels 23% 35 Energy efficiency 30 54% 25 20 2005 2010 2015 2020 2025 2030 Reference Scenario 550 Policy Scenario 450 Policy Scenario IEA 2009 World Energy Outlook L’efficienza energetica è il principale contributore per ridurre le emissioni

14. 3) Le risorse energetiche mondiali

15. Combustibili Fossili

16. R/P RATIO 140 years

17. La Figura riporta in miliardi di tonnellate (GT) per il carbone le “proved recoverable reserves” (lignite inclusa), la produzione e il consumo attuale. A livello globale si può notare che: • il rapporto riserve/produzione attuale è vicino ai 150 anni, • Nord America, Europa ed Asia hanno riserve molto simili tra loro e pari ciascuna a circa il 28% delle totali riserve mondiali, • produzioni e consumi nelle varie aree sono quasi bilanciati con l’esclusione dell’Australia che, con l’esportazione del 50% circa della sua produzione, risulta il più grande esportatore mondiale di carbone, • l’Asia, (alla quale la Cina contribuisce con oltre il 60%) è di gran lunga il più grande produttore e consumatore di carbone con tassi di crescita impressionanti e che sono stati la causa dell’incremento del prezzo del carbone e dell’incremento dei prezzi di trasporto verso l’Europa.

20. Le Figure precedenti riportano per il petrolio e il gasnaturale il rapporto riserve/consumi attuali, le riserve, la produzione ed i consumi in miliardi di tonnellate per il petrolio ed in migliaia di miliardi di m3 per il gas. Sebbene a livello mondiale il rapporto riserve/consumi attuali sia di circa 40 anni per il petrolio e di circa 60 anni per il gas, appare chiaro come il rapporto stesso sia notevolmente diverso per le differenti aree geografiche, data la grande dipendenza mondiale dalle esportazioni del Medio Oriente ed i bassi consumi di Africa e Medio Oriente rispetto alla loro produzione.

21. Particolarmente critica appare la situazione del Nord America e dell’Asia. A livello globale la situazione Europea sembra meno critica perché la Siberia (Russia) è considerata Europa; un’analisi dettagliata rivela in realtà una serie di problematiche ben diverse tra Russia, Mare del Nord e Centro-Sud Europa. A livello globale la differente dislocazione dei giacimenti di petrolio e gas, rispetto alle aree di consumo, è la causa principale dei ben noti problemi socio - economico - politici che affliggono l’umanità.

22. Per quanto riguarda le grosse risorse di oil shale(scisti bituminosi), l’80% delle riserve sono negli Stati Uniti. Per il bitume, le principali riserve sono in Canada (60%) ed in altri 20 paesi. Per gli olii extra pesanti, le riserve sono fondamentalmente localizzate in Venezuela (95%). • Le riserve globali di scisti bituminosi, bitume ed oli extra pesanti superano quelle del petrolio. Un ostanziale incremento del loro utilizzo potrà verificarsi solo in concomitanza con una diminuzione delle riserve di petrolio ed il perdurare di suoi alti prezzi; occorre tuttavia notare che con un prezzo stabile del petrolio superiore a circa 50$/barile risulterebbe già conveniente la loro estrazione. • In Canada sono allo studio la realizzazione di centrali nucleari per produrre l’energia termica per l’estrazione delle “tar sands” in Alberta, senza emettere CO2.

23. Energia Idroelettrica

24. Le grosse centrali costruite nel passato o recentemente completate (3 Gole in Cina) sono e saranno di gran lunga a breve-medio termine il maggior contributore nel campo delle fonti rinnovabili. La totale potenza idroelettrica installata è di 900 GW (~20% della globale potenza installata di 4.500 GW), con una produzione annua di 3.200 TWh, che rappresenta circa il 17% della totale energia elettrica prodotta a livello mondiale dalle diverse fonti. La totale capacità tecnicamente utilizzabile è pari a circa 16.000 TWh ed è quindi utilizzata a livello globale solo per il 16%; a livello locale l’utilizzo è pari a circa il 70-75% per Europa e Nord America, mentre è del 7%, 22%, 33% e 49% rispettivamente per Africa, Asia, America Latinaed Australia. Il potenziale ancora utilizzabile in Africa, Asia ed America Latina è quindi enorme. Occorre notare la crescente opposizione ambientale alla realizzazione di possibili grosse centrali idroelettriche e/o le difficoltà politico/finanziarie a sviluppare progetti “capital intensive” (es. Inga nella Repubblica Democratica del Congo) in aree a basso consumo che necessitano poi lunghe linee di trasmissione che attraversano vari paesi per alimentare lontane aree di rilevante consumo.

25. Hydropower: Usage / Potential- 900 GW (20% dei globali 4.500 GW)- 3.200 TWh (17% dei globali)

26. Energie rinnovabili diverse dall’idroelettrico

27. Relativamente all’energiageotermica, la totale produzione elettrica è ~ 55 TWh (0.3 % del globale ) e gli usi termici ~75 TWh. • La totale potenza elettrica installata a fine 2005 era di 9000 MW, con gli Stati Uniti in testa (25%), seguiti da Filippine, Messico, Italia, Indonesia e Giappone per un totale del 65%. • Il potenziale geotermico mondiale per produzione di energia elettrica è stimato da 35000 a 73000 MW (tra l’1% ed il 2% della totale potenza da ogni tipo di fonte primaria oggi installata nel mondo).

28. L’eolico, è la fonte che ha avuto il massimo sviluppo nel recente passato (circa 30% per anno; +27 GW nel 2008 = 28%). • A fine 2008la totale potenza installata nel mondo era di 120 GW (~ 250 TWh – 1,3% del totale): 1. US 25 GW (1% di en. el.) 4.Cina 12 GW (1% di en.el.) 2. Germania 24 GW (8% di en.el.) 5.India 9.6 GW (3% di en.el.) 3. Spagna 16.7GW (10% di en.el.) NB. Danimarca 3.1 GW (18% di en.el.) NB ITALIA circa 3.8 GW (hanno dato ~6.5%TWh ~2% della totale energia elettrica) • Il “potenziale” annuo è 1,5 volte i totali consumi di energia ma: • variabilità nel tempo dell’effettiva potenza disponibile, • le principali aree ventose sono scarsamente popolate (es. Patagonia) e problemi / costi di connessione alla rete. • l’incremento delle opposizioni ambientali (specie in Italia). • Gli sviluppi off-shore (con generatori da 5 MW ed oltre) sono la nuova frontiera; ora solo 15%.

29. Relativamente all’energiasolare, la totale radiazione annua che raggiunge la superficie dei continenti è di oltre 1.000 volte i consumi totali attuali di energia primaria da parte dell’umanità. A fine 2008 la totale potenza installata in impianti fotovoltaici nel mondo era pari a circa 14.500 MW in 50 paesi, con ~5.500 MW realizzati nel 2008 (~2.500 in Spagna e ~1.500 in Germania). I primi paesi erano: Germania (~5.300 MW), Spagna (~3.100 MW), Giappone (~2.100 MW)e Stati Uniti (~1.150 MW). La totale produzione di elettricità è stata di ~15TWh (0,08% del totale mondiale). NB Italia circa 400 MW hanno dato 0.4 TWh (~0.01% del totale) Le possibili ridotte ore di utilizzo, i costi elevati e l’attuale bassa efficienza della trasformazione (meno del 15%) necessitano di forti incentivi per l’applicazione e gli sviluppi. Per quanto riguarda la produzione solare termica (acqua calda), questa è risultata pari a 75 TWh dai circa 300 milioni di m2 di collettori. Altre possibili tipologie di impianti per la trasformazione in energia elettrica dell’energia solare sono in fase di sviluppo (il solare termodinamico vedeva 350 MW in servizio a fine 2005 ed ora 3000 MW in fase di realizzazione; di questi circa 2000 in Spagna).

30. Per quanto riguarda l’energiamarina: • dalle maree ci sono molti siti tecnicamente utilizzabili, ma non lo sono ancora a livello economico. La totale potenza producibile dai quattro siti più promettenti ammonterebbe a circa 50 TWh all’anno (0,3% dell’attuale globale produzione di elettricità); • dalle onde esiste una pletora di idee e progetti, ma non esistono tecnologie pronte per uno sviluppo industriale. Apprezzabili contributi al sistema energetico sono previsti per la fine del secolo e fino a circa 2000 TWh/anno; • per la conversione di energia termica degli oceani (OTEC), che sfrutta la differenza di temperatura tra l’acqua in superficie e quella a circa 1000 metri di profondità, non esiste ancora un vero impianto sperimentale ed i costi sono elevati (da 7000 $/kW ad oltre 15.000). Possibili interessanti sviluppi sono connessi alla produzione di acqua potabile. Alcune ipotesi molto ottimistiche prevedono 10 GW nel 2015 (0,3% della globale potenza installata nel mondo), 20 GW nel 2025 e 100 GW nel 2050.

31. Per quanto riguarda l’utilizzo del legno e derivati, occorre notare che ne sono stati utilizzati come combustibile nel 2006 circa 2,5 miliardi di m3, pari a circa 2 miliardi di tonnellate corrispondenti a ~ il 5% dei consumi mondiali di energia. • Oltre il 70% è consumato in Asia e Africa; l’energia dal legno è ancorala fonte dominante per 2 miliardi di persone dei paesi in via di sviluppo. • Paesi come il Brasile, Austria, Canada, Finlandia, Germania, Svezia e Stati Uniti hanno adottato politiche energetiche per incrementare l’utilizzo del legno e derivati nel loro “energy mix”. legno è ancora la

32. Per le biomasse diverse dal legno e includenti “agro-combustibili” (etanolo, biodiesel, ecc.) ed i “rifiuti urbani”, occorre notare che sono potenzialmente la maggior sorgente di “energia sostenibile”, con un potenziale teorico contributo annuale pari a circa 7 volte gli attuali consumi energetici mondiali. Già tuttora sono il principale contributore di energia tra le nuove rinnovabili. Il problema di fondo non è la disponibilità delle biomasse, ma il management “sostenibile” di produzione ed uso delle bioenergie senza alterarel’ambiente ed i raccolti per le industrie agroalimentari. Il discorso sarebbe lungo e merita di essere trattato in una nota separata.

33. Il nucleare totale

34. Nucleare- 370 GW (8,2% dei globali 4.500 GW) - 2.600 TWh (13,7% dei globali 19.000 TWh)

35. 4) Produzione di elettricità e suoi costi

36. kWh cost Capital Inv. Hours of utilization O&M + C h CO (°°°) capital (*) fuel (°) Total 2 others (°°) (€/kW) (kWh/kW x year) €/MWh €/MWh €/MWh €/MWh €/MWh Gas CCP 600 - 800 (4500 - 6500) 9.2 - 17.7 60 - 110 3 - 5 9.5 - 19 81.7 - 151 Coal PC 1200 - 1700 (5000 - 7500) 16 - 34 24 - 48 6 - 10 19 - 38 65 - 130 Nuclear 2500 - 3500 (7600 - 8000) 31.2 - 46 5 - 7 7.5 - 14 - 43.7 - 67 Hydro 1000 - 2000 (2000 - 5000) 20 - 100 - 2 - 4 - 22 - 104 Wind 1400 - 1800 (1800 - 2100) 61 - 100 - 4 - 6 - 65 - 106 Solar PV 3700 - 7000 (1000 - 1400) 265 - 700 - 5 - 7 - 270 - 707 (*) Considering for a simplified comparison purpose an annual rate equal to 10% of capital 3 (°) Gas 0.310 € - 0.570 €/m - Carbone 75 - 150 €/t - Uranio 115 - 230 €/kg (°°) In others, for nuclear included complete back-end fuel cycle + decommissioning. NB: Not included for wind and solar PV the additional costs to the Electrical System (spare capacity + T&D investments) (°°°) CO : 25 - 50 €/t 2 Costi 2008 in Europa considerando prezzi futuri elevati per i combustibili (nuovi impianti con tecnologia attuale) NB: ora a seguito crisi valori ben inferiori per combustibili fossili Ottobre 2008: prezzo medio in borsa elettricità > 100 €/MWh In questi giorni: prezzo medio in borsa elettricità ~60 €/MWh

37. 5) I consumi italiani e l’efficienza energetica

38. Consumi finali italiani per settore e per fonte 2007 (*) Solo biomasse

39. Consumi finali italiani per fonte e per settore nel 2007 Fonte Elaborazione CESI Ricerca su dati MSE e ENEA (*) Solo biomasse Fonte: elaborazione CESI Ricerca su dati MSE e ENEA (*) Solo biomasse

40. ll concetto di efficienza energetica produrre gli stessi beni e servizi con meno energia • Minor impatto sull’ambiente • Minori costi per aziende e sistema Italia consumare meno, privandoci di servizi non essenziali (cambio stili di vita) EFFICIENZA ENERGETICA RISPARMIO ENERGETICO

41. Consumi finali di energia anno 2007: ripartizione per impiego • Note • Sono esclusi i consumi per usi non energetici, bunkeraggi, consumi e perdite nel settore dei combustibili • Rendimento complessivo di conversione in energia elettrica: 39,5% Fonte ERSE

42. Sintesi dei potenziali risparmi dalle azioni di efficienza energetica Valori di confronto Risparmi previsti da Piano Nazionale di Efficienza Energetica (al 2016): 14 Mtep (in en. primaria) Risparmi obiettivo del Consiglio Europeo (-20% al 2020):  40 Mtep (in en. primaria) Fonte ERSE

43. 6) Il nucleare

44. Il possibile ricorso all’energia nucleare e il suo tasso di penetrazione dipenderà da quattro principali fattori: • l’accettazione da parte del pubblico; • la risposta ai problemi ambientali; • la sua economicità rispetto ad altre alternative, internalizzando nei costi di ogni alternativa sia gli impatti ambientali sia i costi indiretti sul globale sistema elettrico di generazione e trasmissione, sia i costi di mancata sicurezza di approvvigionamento; • l’impatto della non proliferazione e della sicurezza endogena ed esogena delle centrali e del ciclo del combustibile.

45. Per quanto riguarda il costo di nuove centrali nucleari (il cosiddetto “overnight cost” = OVN, corrispondente alla somma dei valori dei possibili vari contratti per la realizzazione della centrale) dipende: • dai costi locali; • dal numero di unità per ogni sito; • dal numero totale di centrali ordinate.

46. Il totale costo di produzione di energia elettrica dal nucleare, includendo gli oneri di capitale, O&M, combustibile e suo ciclo (incluso “cimitero finale”) e decommissioning: • per ordine di un solo reattore, • 40-45 €/MWh e nel solo caso dell’approccio Finlandese • 60-70 €/MWh per IRR (Internal Rate of Return) più elevata • per ordini di più centrali con più unità per sito, • tra 50 e 60 €/MWh.

47. Le conclusioni del WEC per future centrali nucleari in Europa danno un costo del kWh, esclusa la quota di capitale: • O&M(~6 - 9 €/MWh) • Combustibile prima della produzione di elettricità(4,5 - 9 €/MWh con uranio da 75 a 300 $/kg) • “Fuel cycle” (waste management temporaneo + riprocessamento + deposito finale): 1 - 4 €/MWh; • Decommissioning (con costi differiti di almeno 60 anni, non contribuisce sostanzialmente al costo totale del kWh anche se il costo effettivo di decommissioning ha valori alti fino ed oltre 1.000 $/kW in funzione del tipo e dimensione della centrale): costo previsto è 0,5 -1 €/MWh. In totale 11,5 - 23 €/MWh

50. Sviluppo del nucleare • La Cina prevedeva in servizio 40.000 MW nel 2020 e 120.000 nel 2030. In questi giorni, obiettivi aumentati del 50%. • Nuovi scenari a settembre 2009 da IAEAper centrali in servizioal 2030 nel mondo: • Low scenario 511 GW e 3771 TWh (12,6%) • High scenario 807 GW e 5930 TWh (15,9%) • Secondo WNA (World Nuclear Association) le proiezioni al 2030 sono tra552 e 1203 GW, rispetto ai 372 GW attuali.