Benvenuti nell'era dei ritorni decrescenti


giovedì 9 luglio 2015

Produzione di energia: come stiamo con le rinnovabili?

Utilizzo delle fonti di energia (composizione di immagini)
Sintesi

L’utilizzo delle fonti rinnovabili è aumentato notevolmente negli ultimi anni.
Tanti grafici ci vengono presentati (e lo farò anch'io) con curve esponenziali in cui si vede che: l’installazione di impianti eolici e fotovoltaici sono aumentati notevolmente; allora, come mai c’è tutta questa difficoltà a soppiantare i combustibili fossili?

Capiremo perché le fonti rinnovabili sono marginali nella produzione di energia e di come servirebbe un investimento notevolmente superiore all'attuale; oltre a questo, ci sono alcuni vincoli che ne limitano il potenziale, dovuti al fatto che: solo una piccola parte (circa il 16%) dell’energia utilizzata dall'uomo è sotto forma di energia elettrica.

Introduzione

La nostra società si basa sull'utilizzo di fonti energetiche che forniscono, ogni anno, una quantità enorme di energia.

Continuare ad utilizzare i combustibili fossili a lungo, non è possibile per vari motivi:

1. Sono una fonte esauribile: finiti quelli a disposizione, sarà necessario un lunghissimo periodo (milioni di anni) prima che se ne formino ancora;

2. Sono inquinanti (carbone in primis): se sfruttate intensamente, l’ambiente non riesce a smaltirli;

3. Aumentano la concentrazione di gas serra nell'atmosfera con effetti sul clima nel lungo periodo;

Chiaramente se l’uscita dai combustibili fossili è una cosa desiderabile, è anche vero che bisogna avere un’idea quantitativa delle forze in gioco, per capire come muoversi e con quale velocità. Ogni giorno, l’energia primaria utilizzata dall'uomo nel mondo equivale a circa 260 Mbep/day (Mbep: milioni di barili di petrolio equivalente); chiaramente questa energia non è fornita solo dal petrolio (poco più di 90 Mbep/day) ma da un mix di fonti energetiche. Le fonti energetiche non esauribili (rinnovabili) su cui si sta puntando sono principalmente le seguenti: Eolico, solare (fotovoltaico) e biomasse. Ci sono altre fonti energetiche, ma non sono risultate competitive o hanno potenziali inferiori.

Potenza installata

Se ci concentriamo alla sola energia elettrica abbiamo visto che, negli ultimi anni, la potenza installata, di campi eolici e solari, è aumenta di molto.

(Grafico 1)
fonte: http://www.bp.com/en/global/corporate/about-bp/energy-economics/statistical-review-of-world-energy.html

Possiamo vedere che: mentre la crescita, nei primi anni, è aumentata velocemente (maggiore pendenza curva), in questi ultimi anni si è quasi stabilizzata (crescita costante, pendenza costante).

Se inseriamo pure le altre fonti energetiche abbiamo il seguente:

(Grafico 2)
fonte: http://www.bp.com/en/global/corporate/about-bp/energy-economics/statistical-review-of-world-energy.html

Si può vedere che: la potenza installata predominante, utilizza ancora i combustibili fossili; la seconda fonte è l’idroelettrico e al terzo posto, superando il nucleare, c’è l’eolico.
I valori del 2014 sono i seguenti:

(tabella 1)
fonte: http://www.bp.com/en/global/corporate/about-bp/energy-economics/statistical-review-of-world-energy.html

L’idroelettrico, come si vede, è stata sempre la fonte rinnovabile più usata, ma si può anche notare che essa è cresciuta lentamente e non abbia più grandi potenzialità di crescita. Alcuni parlano di micro dighe, ma la loro manutenzione incide molto sul rendimento ed è “come raschiare il fondo del barile”; non si prevedono grandi aumenti. Analizzare i grafici in potenza installata, però ci potrebbe indurre in errore, in quanto, alla fine, quello che a noi interessa è la quantità di energia prodotta e non quella potenziale.

Energia prodotta

Vediamo l’energia prodotta dalle fonti rinnovabili

(Grafico 3)
fonte: http://www.bp.com/en/global/corporate/about-bp/energy-economics/statistical-review-of-world-energy.html

Si può vedere che la maggiore fonte energetica per la produzione di energia elettrica è l’eolico (escludendo l’idroelettrico), mentre il solare, malgrado abbia metà della potenza dell’eolico, esso ne produce poco più di ¼ di energia (solare 186 TWh, eolico 706 TWh).

Se adesso paragoniamo l’energia prodotta da tutte le fonti rinnovabili con quella delle altre fonti, abbiamo:

(Grafico 4)
fonte: http://www.bp.com/en/global/corporate/about-bp/energy-economics/statistical-review-of-world-energy.html

Come si vede, le nuove fonti rinnovabili, tutte messe insieme, stanno guadagnando terreno, ma risultano ancora minoritarie. Il nucleare, che ha una potenza installata inferiore all'eolico, risulta produrre più energia di tutte le fonti rinnovabili messe insieme (eolico + solare + geotermico + …).
Se poi facciamo il paragone con l’energia elettrica prodotta dalle fonti fossili abbiamo:

(Grafico 5)
fonte: http://www.bp.com/en/global/corporate/about-bp/energy-economics/statistical-review-of-world-energy.html


E i seguenti valori:

(tabella 2)
fonte: http://www.bp.com/en/global/corporate/about-bp/energy-economics/statistical-review-of-world-energy.html


Dai quali è possibile fare le seguenti considerazioni:

1. La maggior parte dell’energia elettrica prodotta al mondo, viene prodotta dalle centrali a combustibili fossili. Malgrado nell'ultimo anno, si sia ridotta leggermente la loro incidenza percentuale (- 0,78 %), in valore assoluto, sono continuate a crescere (+93 TWh);

2. La produzione da fonti rinnovabili (escluso idroelettrico) è aumentata dello 0,61 % con un incremento di +167 TWh;

3. L’aumento totale di energia consumata nell'ultimo anno è stato di +410 TWh; quindi le fonti rinnovabili, pur crescendo (+93 TWh), non sono riuscite neanche a soddisfare l’aumento del fabbisogno energetico; questo vorrebbe dire che: le rinnovabili pur crescendo in valore assoluto e in percentuale, rischiano di avere un’incidenza con una curva a campana (aumenta la loro incidenza in %, poi si stabilizza, per poi ridiscendere).

Confronto tra energia primaria ed elettrica

Guardiamo adesso i consumi totali di energia primaria al mondo:

(Grafico 6)
fonte: http://www.bp.com/en/global/corporate/about-bp/energy-economics/statistical-review-of-world-energy.html


Quindi, le rinnovabili (escluso idroelettrico) coprono il 6% del fabbisogno energetico elettrico, il quale è una piccola parte rispetto al totale di energia primaria richiesta.

La percentuale di energia elettrica sul totale di energia primaria è la seguente:

(Grafico 7)
fonte: http://www.bp.com/en/global/corporate/about-bp/energy-economics/statistical-review-of-world-energy.html

I cui valori degli ultimi due anni sono:

(tabella 3)
fonte: http://www.bp.com/en/global/corporate/about-bp/energy-economics/statistical-review-of-world-energy.html

L’energia primaria, nell'ultimo anno, è cresciuta di +0,2 Gtep (equivalenti a 880 TWh elettrici).

Come si vede, ci sono voluti ben 30 anni per aumentare l’incidenza dell’energia elettrica dal 31% al 41% (+10%) cioè +3,3% a decennio.

Se la nostra società continuasse con questo ritmo, ci potrebbe essere una migrazione all'uso totale di energia elettrica in circa 180 anni ((100 % - 41 %) / 3.3 * 10).

Chiaramente, se i trasporti riuscissero a passare all'elettrico (invenzione di una pila rivoluzionaria), la crescita della quota dell’elettrico aumenterebbe molto più velocemente.

Ci potremmo soffermare sulle caratteristiche tecniche (pro e contro) di ogni fonte, ma per trarre delle conclusioni, ci bastano i dati che abbiamo analizzato.

Conclusioni

Sono le seguenti:

1. Le fonti rinnovabili eolico e solare, stanno crescendo, ma essi, oggi, rappresentano solo una minima quota dell’energia elettrica prodotta al mondo (circa il 6% dell’elettrico e il 2,5 % dell’energia primaria);

2. Gli investimenti in questo settore sono stati alti da parte di alcuni paesi come: Italia, Germania e Cina; ma l’aumento della loro produzione di energia nell'ultimo anno (+93 TWh) non è riuscito a compensare l’aumento del consumo di energia elettrica (+410 TWh) e ancor meno, l’aumento totale di energia primaria (+0,2 Gtep uguali a 880 TWh elettrici); da questo ne consegue che gli investimenti in rinnovabili sono nettamente inferiori al necessario.

Quindi: è necessario che, i vari settori dell’economia (trasporti, estrazione mineraria, ecc) passino all'elettrico e nel frattempo gli investimenti in fonti rinnovabili dovrebbero aumentare (a livello mondiale) di 25 volte per poter fare una transizione entro il 2035 (20 anni), oppure di 15 volte, per fare una transizione entro il 2050 (35 anni).

Prossime pubblicazioni

Magari, in un prossimo post, metteremo a confronto i maggiori investimenti necessari nelle fonti rinnovabili, con l’andamento a campana della disponibilità dei combustibili fossili.

Della serie:
se stiamo raggiungendo il picco della produzione netta di energia annua, sarà possibile mantenere la società attuale, e nel frattempo investire una parte dell’energia nelle fonti rinnovabili?

By Alessandro Pulvirenti

19 commenti:

  1. non è solo l'energia che comincia a scarseggiare, ma pure tanti minerali necessari come rame, litio, terre rare. Non penso sarà possibile una società elettrica al posto della consumistica, se non con immense riduzioni del welfare. Mi diceva un pakistano che lì muoiono a migliaia per il caldo perchè non c'è energia elettrica, hanno gli ordigni nucleari e i cannoni, ma non il ventilatore o l'acqua corrente.

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    1. esatto, il problema sono i 4 cavalieri dell'apocalisse che arrivano insieme
      - scarsità di materie prime (minerali)
      - problema climatico
      - problema energetico (petrolio)
      - problema sociale (finanziario,culturale e quindi in ultima analisi sociale)

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    2. intanto le calotte glaciali di Alaska e Groenlandia si stanno fondendo in modo impressionante e qua pare che l'unica preoccupazione sia il successo. Caro prof e lettori tutti, nemo è profeta in patria.

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  2. Bisognerebbe cambiare drasticamente il sistema economico globale, ma mi pare che addirittura nei paesi in via di sviluppo si stia investendo in impianti a carbone

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    1. Quando in Cina,
      il carbone ti arriva a costare 30 $/t,
      (http://www.ispionline.it/it/focuscina/carbone-verso-la-diversificazione-industriale-13581)

      mentre il petrolio costa 380 $/t (12 volte di più),
      https://it.notizie.yahoo.com/petrolio/

      e se la stessa energia termica fosse prodotta dal fotovoltaico costerebbe 50 volte di più del carbone (in Cina).
      http://www.sviluppoerisorse.eu/dati/primaria/CostoEnergiaTermica.aspx

      Secondo voi, quale fonte energetica useranno i Paesi in via di sviluppo?
      Come esposto nell'articolo. Le fonti rinnovabili possono andare bene per produrre energia elettrica (in occidente); ma per l'energia termica, sono MOLTO svantaggiate.

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  3. concordo sul fatto che bisogna continuare a puntare di brutto sull'elettrico tramite fonti rinnovabili, ma scusate la critica giudicare attendibili i dati di bp relativi alle rinnovabili mi sembra azzardato.

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    1. Ho confrontato i dati di BP con le altre fonti.
      Lo scostamento non arriva mai al 2%, puoi verificarlo tu stesso.

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    2. Produzione energia elettrica Eolica nel 2013 negli USA:
      169,5 TWh (BP)
      167,8 TWh (EIA)

      Produzione energia elettrica dal Solare (2013) negli USA:
      9,13 TWh (BP)
      9,03 TWh (EIA)

      http://www.eia.gov/electricity/annual/html/epa_01_01.html

      Quindi, i dati di produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili, riportati da BP, sono più alti rispetto a quelli delle altre fonti.



      Quindi, i dati ripor

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    3. Ottimo post..complimenti ad Alessandro ;)

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  4. .... rammento che l'energia può venire prodotta da fonti fossili, fonti rinnovabili e ....
    dai muscoli.

    Tiziano

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    1. Il lavoro che 7 miliardi di uomini adulti (quindi, non bambini e vecchi) riescono a produrre equivale a:
      0,13 Gtep (Miliardi di tonnellate di petrolio equivalente);
      http://www.sviluppoerisorse.eu/dati/base/conversione_unita.aspx

      Nel 2014 la società umana ha consumato:
      13 Gtep (cioè, 100 volte di più)

      Quindi, non è ipotizzabile che si possa andare avanti con la sola forza fisica dell'uomo.
      Anche un periodo come il Medioevo, sarebbe un lusso che non potremo permetterci.

      Se non vogliamo che finisca MOLTO male per buona parte del genere umano,
      dobbiamo produrre TANTA energia.

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    2. Caro Alessandro, come ben sappiamo dalla nostra lunga storia che infine abbiamo cominciato a scrivere migliaia di anni fa,
      e che Mordo Nahum* ha riassunto nella lapidaria frase, "Guerra è sempre", preferiamo fare festa dopo una tragedia
      cercata, voluta e compiuta invece che dopo una sventata ed evitata.
      Perchè sia così, ha cercato di rispiegarlo un acuto psicologo recentemente scomparso, James Hillman, in uno dei suoi saggi:
      "Un terribile amore per la guerra".**
      Ma lo sappiamo da tempo immemorabile che l'eccitazione della battaglia è simile alla libidine più sfrenata.
      E per quello che mi sembra di vedere, siamo dentro e stiamo combattendo una guerra totalitaria, dove il nemico
      è simile alla nostra ombra, riducibile al minimo ma ineliminabile, a meno che non ci si riduca a vivere al buio.
      Tutti i calcoli, le congetture, le previsioni, sulla ineludibile trinità formata dalla materia dall'energia e dalla informazione,
      che non tengano conto di questa terribile passione umana, particolarmente umana,
      si riducono alle farneticazioni di un ubriaco che non voglia ammettere che abbia bevuto troppo, e che cerchi
      di glorificare la sua ebbrezza, ignorandone le miserevoli e sovente fatali conseguenze.
      La mente umana ha bisogno dell'energia contenuta nell'olio di un pugno d'olive per manifestare la sua esistenza.
      Il corpo che le permette d'esistere, tre volte tanto, ma insieme, sono comunque poca cosa in confronto all'energia che il Sole irradia
      sulla terra occupata da un essere umano sdraiato a dormire e a sognare d'altri mondi ed altre vite.
      Ci siamo ubriacati dell'energia che il Sole ha accantonato in milioni di anni sottoterra.
      E certamente, abbiamo scoperto delle verità che difficilmente avremmo scoperto senza quest'ebbrezza.
      Ma se non recuperiamo la sobrietà, a nulla sarà servito accedere a tali estasi.
      Sempre quei calcoli, quelle congetture, quelle previsioni, considerate con una mente ritornata sobria, ci dicono che possiamo
      darci una lunghissima tregua nel vivere su questa Terra.
      Patiremo delle ore di noia, dovremo contenere la nostra irrefrenabile impazienza, la nostra irresistibile avidità,
      ma dobbiamo solo deciderci.
      Se invece preferiamo abbreviarci la vita, moltiplichiamo le scelte, finchè la morte non le compendi tutte.



      *http://www.assemblea.emr.it/cittadinanza/attivita-e-servizi/formazione-pdc/viaggio-visivo/i-campi-di-auschwitz/l2019arrivo-dei-convogli/
      la-deportazione-degli-ebrei-di-salonicco-1/approfondimenti/il-compagno-greco-di-primo-levi

      **http://www.adelphi.it/libro/9788845919541

      Marco Sclarandis

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    3. Caro Marco, ho letto con interesse il tuo post e il contenuto nei link che hai postato.
      Interessanti, ma ho una visione diversa delle cose.

      L’uomo non ama la guerra, ma ama la competizione (e la guerra è una di esse); ama essere lodato e apparire migliore degli altri (per questo il comunismo, che voleva tutti uguali, è fallito).
      La competizione ha molti risvolti positivi, tra cui:
      • permette alle persone di impegnarsi assiduamente per uno scopo in modo da raggiungerlo al meglio.
      • La competizione ti fa rendere una partita (calcio, carte, corse, …) interessante e ti spinge ad andare oltre.
      Le popolazioni che invece avevano poche pretese (indigeni) sono rimasti arretrati e negli eventuali conflitti, perdevano.
      Chiaramente questo ha anche dei risvolti negativi, quando per andare oltre, non si è fatto bene il calcolo delle capacità necessarie (risorse) nel lungo periodo.

      Qualcuno direbbe che è data dall’ignoranza dei molti che non capiscono la limitatezza delle risorse; ma non è proprio così. Non c’è scritto da nessuna parte che: i combustibili fossili saranno l’ultima fonte di energia abbondante su questo pianeta; e neanche c’è scritto che la scienza debba fermarsi.
      Da un punto di vista Scientifico, di energia accanto a noi ce né un’immensità; è la nostra tecnologia che è troppo indietro per poterla sfruttare. (Chiaramente poi c’è anche il problema della sovrappopolazione e delle risorse alimentari).

      Poi, non so se dai uno scopo alla tua vita e a quella del genere umano; ma non penso che l’uomo debba limitarsi a sopravvivere su questo pianeta. Abbiamo un intelletto che ci permette di elaborare molti concetti astratti e filosofici; abbiamo delle potenzialità enormi; perché limitarci a vivere come degli animali?

      Come tanti ormai dicono, penso che il futuro dell’uomo sia nelle Stelle (nello spazio profondo di questo Universo). Chiaramente quella è una meta e dobbiamo saperci organizzare anche nel presente, per evitare che l’ingordigia interrompa il nostro cammino.

      Un altro mio post che è in lista di attesa per la pubblicazione su questo Blog, spiegherò perché, spesso le idee più buone e comprensive per il prossimo, possono essere anche catastrofiche per l’umanità. Idee ottime nel presente e nel breve periodo, possono rivelarsi catastrofiche nel lungo periodo.

      Io penso che possiamo ancora andare avanti, tornare indietro è impossibile in modo indolore.

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    4. Infatti, Alessandro, il tuo commento mi conferma che abbiamo per certi aspetti, idee molto diverse.Ma non per questo in competizione fra loro.
      Io, preferisco la collaborazione.
      Sopratutto quando la competizione raggiunge i suoi limiti e non produce nulla di buono.

      Marco Sclarandis

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    5. L'uomo in genere funziona in entrambi i modi.
      In collaborazione all'interno della squadra e in competizione con le altre squadre.

      Anche quando fa la guerra, c'è collaborazione all'interno dello stesso popolo e competizione con gli altri popoli.

      In linea di principio, io sono per la collaborazione mondiale, sarei favorevole non solo agli Stati Uniti d'Europa, ma addirittura agli Stati Uniti Mondiali.

      Il problema, come ho dettagliatamente spiegato nell'altro post in attesa di pubblicazione, è che siamo andati un pò troppo oltre come popolazione (sovrappopolazione) e quindi, oggi ci mancano le risorse per la collaborazione.

      Gli USA stanno preferendo la competizione con la Russia e la Cina, perché sanno che le risorse per tutti non ci saranno.

      Io sono dell'idea che bisogna trovare una nuova fonte di energia abbondante, che quindi crei nuovamente le condizioni per la collaborazione tra tutti i Paesi del mondo.

      Come vedi si possono usare, al meglio, entrambe le forme (competizione / collaborazione).

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  5. Credo che ci sia una svista nei calcoli della percentuale di energia elettrica vs energia primaria.
    Bisogna stare attenti a non convertire semplicemente le unità di misura dell' energia da "elettriche" (Wh con i suoi multipli) a "termiche" (J, tep etc) perchè la produzione di en. elettrica comporta un rendimento ben diverso dal 100%. Infatti BP considera (vedi nota su tabelle Nuclear/Hydro/Other renewables Mtoe) un 38% di efficienza di conversione medio dei moderni impianti termo-elettrici. Quindi, usando le Gtep (miliardi di tonnellate di petrolio equivalenti, un' unità comoda) l' energia primaria consumata (trasformata, sarebbe il termine corretto secondo il IPT ma tant'è) da tutta l' umanità nel 2014 risulta circa 13 Gtep (12,928 per i precisetti) delle quali 5,3 sono state usate per produrre energia elettrica (dando un output di 23536 TWh) , ossia oltre il 41% del totale e non il 16%.

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    1. Grazie per la segnalazione.

      C'è stato un errore nell'interpretazione dei dati forniti da BP.
      E' chiaro che l'energia primaria per convertirsi in energia secondaria (elettrica), si deve utilizzare un fattore di conversione medio (efficienza conversione); utilizzerò il 38% come indicato da BP.

      Al più presto correggerò i dati esposti.

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    2. Correzioni effettuate.
      La percentuale di energia elettrica sul totale di energia primaria, adesso, è correttamente il 41%.

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    3. Per chi volesse fare delle conversioni tra energia elettrica ed energia termica, ho fatto delle funzioni nel mio sito che permettono di farlo.

      Conversione da energia termica a elettrica
      http://www.sviluppoerisorse.eu/dati/base/conv_energ_term_elettr.aspx

      Conversione da energia elettrica a termica sorgente
      http://www.sviluppoerisorse.eu/dati/base/conv_energ_elettr_term.aspx

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