PIANIFICAZIONE ENERGETICA TERRITORIALE. IPOTESI DI RISPARMIO ENERGETICO ELETTRICO NEI NUCLEI INDUSTRIALI.
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Introduzione
Abbiamo un problema: dobbiamo riempire un secchio d'acqua con un rubinetto e
scopriamo che il secchio è pieno di buchi. Cosa facciamo?
Ci sono tre opzioni possibili: aumentiamo il flusso dell'acqua dal rubinetto, cambiamo il
rubinetto o tappiamo i buchi.
La celebre metafora del saggista Maurizio Pallante rende bene l’idea della
situazione energetica mondiale ed italiana in particolare.
La prima soluzione corrisponde ad un incremento della potenza o del numero di centrali
elettriche tradizionali. La seconda rappresenta la volontà di utilizzare nuove forme di
energia, nella fattispecie quelle rinnovabili. La terza soluzione si riferisce alle pratiche di
risparmio energetico: tutte quelle scelte atte ad eliminare gli sprechi o quanto meno a
diminuirli il più possibile.
Quest’ultima soluzione, intuitivamente più logica delle precedenti, diventa tanto
più fondamentale quanto più grandi sono i “buchi”, ma anche quanto più grande è il
“secchio” e quanto più sostanzioso è il flusso erogato dal “rubinetto”. E’ indubbio, infatti,
che dai buchi di un secchio più grande fuoriesca più acqua che dai buchi di un secchio più
piccolo e che quindi, analogamente, le perdite saranno tanto maggiori quanto saranno
maggiori le dimensioni del sistema energetico in questione.
Sebbene il risparmio energetico da solo non possa risolvere il problema energetico
neanche ciascuna delle altre due alternative, se presa singolarmente, è in grado di porvi
rimedio. La cura ottimale è da ricercare in un equilibrato mix delle 3 opzioni, ma
sicuramente “tappare i buchi” è la prima iniziativa da intraprendere.
La volontà di mettersi su questa strada dovrebbe essere unanime. Gli sprechi
energetici non convengono ai produttori in quanto a potenze maggiori degli impianti di
produzione corrispondono costi maggiori (sia di installazione che di esercizio); non
convengono agli utenti dato che li pagano in bolletta; non convengono allo Stato di cui ne
limitano lo sviluppo, ma soprattutto non convengono all’ambiente e quindi alla collettività.
Ridurre i consumi di energia proveniente dalle fonti fossili è una priorità assoluta
per poter consegnare alle generazioni future un pianeta vivibile. Un pianeta in cui lo
sviluppo non sia la causa di un progressivo impoverimento del capitale naturale. Un
pianeta in cui lo sviluppo sia sostenibile.
Il presente lavoro di tesi in relazione alla priorità di sensibilizzazione al risparmio
energetico si pone come obiettivo lo studio e l’analisi tecnico-economica di best practices
di risparmio energetico elettrico in ambito industriale.
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L’elaborato è suddiviso in quattro capitoli: L’energia nel tempo, Impegni e obiettivi,
Soluzioni per il risparmio energetico nell’industria, Nucleo industriale di Avezzano. Analisi
dei consumi energetici e ipotesi di risparmio energetico elettrico.
Nel primo capitolo, di carattere introduttivo, lo studio dell’energia è stato affrontato
attraverso un’analisi storica con particolare attenzione alla situazione attuale nel mondo,
in Europa e in Italia. E’ stata, di seguito, oggetto di studio l’energia nel futuro, basandosi
sul parallelismo con modelli di evoluzione della crescita economica.
Nel secondo capitolo sono stati trattati gli impegni e gli obiettivi sul tema a livello
internazionale, europeo e nazionale. Sono stati quindi analizzati i lavori della Conference
of the Parties di Kyoto, la normativa europea (20-20-20) e, relativamente all’Italia, i Piani
d’Azione per l’Efficienza Energetica (PAEE 2007 e PAEE 2010) nonché i Piani Energetici
Regionali (PER) e i Piani Energetici e Ambientali Locali (PEAL).
Nel terzo capitolo sono state prospettate le soluzioni di risparmio energetico
elettrico nell’industria. Maggior risalto è stato dato agli interventi prospettati nel PAEE
(motori elettrici ad alta efficienza, inverter e illuminazione efficiente). Sono stati poi trattati
interventi non presenti nel Piano riguardanti il rifasamento, le analisi termografiche, il
riscaldamento elettrico e i trasformatori di potenza. Infine per gli interventi di maggior
interesse sono state predisposte schede riassuntive standardizzate presenti in allegato.
Nel quarto ed ultimo capitolo sono stati identificati i margini di miglioramento e gli
ordini di grandezza dei possibili risparmi conseguibili nel Nucleo Industriale di Avezzano
attraverso gli interventi previsti nel PAEE e riportati nel precedente capitolo.
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1. L’Energia nel tempo:
passato, presente, futuro
1.1 Evoluzione Umana ed Energia
La storia dell’uomo fin dagli albori è sempre stata strettamente connessa alla
scoperta e alla disponibilità di fonti energetiche. La domanda di energia è sempre stata
crescente perché sempre crescente è stata la popolazione mondiale e il benessere che
l’uomo ha perseguito nel tempo.
La prima fonte di energia sfruttata dall’uomo è stata la propria forza muscolare
utilizzata di volta in volta per la caccia, la pesca, il raccolto, ma anche per la realizzazione
di costruzioni rudimentali. In seguito l’utilizzo degli animali e le prime forme di schiavitù
sono state immediate risposte alla prima grande crisi energetica che l’uomo ha dovuto
affrontare nel corso della sua evoluzione sociale.
Nel Medioevo si sono diffuse, in larga scala, macchine per lo sfruttamento delle
energie naturali quali acqua e vento. Sono stati costruiti i mulini e i primi azionamenti
meccanici per macinare il grano.
Tuttavia la domanda di energia, sia meccanica che termica, resta limitata almeno
fino al Rinascimento quando il boom tecnologico e scientifico determina la trasformazione
delle vecchie botteghe artigiane in piccole industrie.
Nel 1275 Marco Polo vide usare in Cina il carbon fossile come combustibile, ma
l'uso su grande scala in Europa inizia dopo il 1400 nelle fabbriche di armi del Belgio. Nel
1603 i problemi relativi alle proprietà inquinanti del carbone sono stati risolti con
l'invenzione del "coke": un carbone poroso, leggero, relativamente più "pulito" e senza
odore.
Agli inizi del 1800 la macchina a vapore ha segnato l’inizio di una nuova epoca.
L’energia termica, fino a quel momento sfruttata solo per riscaldare e illuminare,
incominciò ad essere trasformata direttamente in energia meccanica. Nel 1807 è stata
montata una macchina a vapore su una nave e nel 1825 una locomotiva a vapore ha
mosso il primo treno. Inizia così, a seguito delle Rivoluzione Industriale, l’escalation
dell’uso di fonti fossili in atto ancora nei nostri giorni.
Fondamentale in questa analisi è la capillare diffusione dell’energia elettrica che
ha luogo tra il XIX e il XX secolo e che segna un sostanziale aumento di benessere
dell’uomo e una sorta di “democratizzazione energetica”. Negli anni successivi al 1830
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Faraday mise a punto il primo generatore elettromagnetico di corrente elettrica. Dopo il
1880 si costruirono le prime centrali elettriche alimentate da macchine a vapore.
Nel 1881 è stato messo a punto il primo trasformatore, perfezionato
dalla Westinghouse e messo in commercio nel 1886. Nel 1885 Galileo Ferraris ha
inventato il campo magnetico rotante, alla base del motore elettrico polifase. All'inizio del
Novecento l'illuminazione stradale e domestica e i mezzi di trasporto basati su motori
elettrici (tram, treni, metropolitane, filobus) hanno cambiato radicalmente la vita
quotidiana.
La capillarizzazione dell’energia elettrica ha determinato il rapido aumento della
domanda e di conseguenza la necessità di trovare nuovi sistemi per produrla. Ben presto
in tutta Europa alle vecchie centrali termoelettriche a carbone sono state aggiunte nuove
centrali termoelettriche a petrolio e un numero consistente di centrali idroelettriche. Va
menzionato, altresì, negli anni ’50 lo sviluppo, negli Stati Uniti, delle centrali nucleari:
applicazioni civili direttamente derivate dagli studi sulla bomba atomica.
Il petrolio intanto diventa la materia prima più ricercata tanto da essere definito
“oro nero”. Estremamente versatile viene utilizzato nei più svariati ambiti: combustione per
la produzione di energia elettrica, combustione nei mezzi di trasporto, combustione nelle
industrie, produzione di plastiche e successivamente asfalti sono solo alcuni esempi.
L’affermazione del modello di sviluppo consumistico, unitamente alla non
rinnovabilità del petrolio, ha causato un aumento quasi costante del prezzo dello stesso e
ha aperto discussioni sugli scenari futuri.
In questo periodo sono state poste le basi tecnologiche delle moderne fonti
energetiche rinnovabili. La prima sfruttata in assoluto è stata l’energia idroelettrica: i
grandi bacini idrogeologici alpini diventano una preziosa risorsa per l’Italia.
Successivamente a Larderello in Toscana entra in funzione la prima centrale geotermica
del mondo, nel 1930 sono prodotti negli Stati Uniti i primi aerogeneratori, nel 1954 sono
prodotte le prime celle fotovoltaiche, nel 1968 entra in funzione la centrale di Rance
(Francia), basata sullo sfruttamento del moto delle maree. Negli anni '70 iniziano le
sperimentazioni per produrre energia elettrica dal moto ondoso e contemporaneamente
fanno la comparsa i primi pannelli solari per produrre acqua calda, riscaldamento o
energia elettrica. A questi si aggiunge la recente tecnologia del solare termodinamico: i
raggi solari sono concentrati mediante una serie di specchi verso la caldaia per generare
forza vapore mediante il calore.
Sebbene le FER (Fonti Energetiche Rinnovabili) rappresentano il futuro energetico
trovano nella loro diffusione non pochi ostacoli dovuti principalmente ai costi. Il costo
iniziale, infatti, è ancora troppo alto e molto spesso, come nel caso dei pannelli
fotovoltaici, è ammortizzato dalla vendita dell’energia solo in forza degli incentivi. Le fonti
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rinnovabili, però, avranno un ruolo di cruciale importanza nell’indirizzare il mondo verso un
percorso energetico più sicuro, affidabile e sostenibile. Il loro potenziale è
indiscutibilmente enorme. Inevitabilmente la velocità del loro successo sarà determinata
dalla forza delle misure di supporto, che i governi attueranno al fine di stimolarne lo
sviluppo per renderle competitive rispetto alle altre fonti.
In questo contesto sempre maggiore rilevanza assume il risparmio energetico da
considerarsi come la prima vera fonte di energia rinnovabile. Il risparmio energetico deve
essere inteso in tal senso e non visto come un “sacrificio energetico”. Deve essere
interpretato come il miglioramento dei rendimenti delle trasformazioni energetiche al fine
di ridurre l’energia utilizzata, mantenendo gli stessi standard qualitativi di benessere.
PIANIFICAZIONE ENERGETICA TERRITORIALE.
1.2 Situazione attuale e previsione dei consumi 1.2.1 Energia nel mondo Nel recente periodo storico dell'industrializzazione globale, il livello della
popolazione umana è stato in stretta correlazio
grafico 1.1 mostra lo stretto rapporto tra
popolazione globale.
Il grafico 1.2 mostra le stime di crescita demografica mondiale indicando che nel
2050 verranno sfiorati i 10 miliardi di abitanti.
Con altrettanta ragionevolezza si può assumere che nel 2050 i consumi
energetici richiederanno una potenza all’incirca
Figura 1.2 Stime di crescita demografica
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1.2 Situazione attuale e previsione dei consumi 1.2.1 Energia nel mondo
Nel recente periodo storico dell'industrializzazione globale, il livello della
popolazione umana è stato in stretta correlazione con la quantità di energia usata. Il
grafico 1.1 mostra lo stretto rapporto tra consumo energetico mondiale, PIL e
Il grafico 1.2 mostra le stime di crescita demografica mondiale indicando che nel
2050 verranno sfiorati i 10 miliardi di abitanti.
Con altrettanta ragionevolezza si può assumere che nel 2050 i consumi
energetici richiederanno una potenza all’incirca doppia dell’attuale.
Figura 1.1 Energia, PIL e Popolazione
Stime di crescita demografica
Figura 1.3 Stime di crescita dei consumi
energetici
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1.2 Situazione attuale e previsione dei consumi
Nel recente periodo storico dell'industrializzazione globale, il livello della
ne con la quantità di energia usata. Il
consumo energetico mondiale, PIL e
Il grafico 1.2 mostra le stime di crescita demografica mondiale indicando che nel
Con altrettanta ragionevolezza si può assumere che nel 2050 i consumi
Stime di crescita dei consumi
energetici
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Tabella 1.1 Bilancio energetico mondiale (fonte IEA)
Questo obiettivo deve essere
perseguito all’insegna della
sostenibilità, utilizzando fonti
energetiche che alterino sempre meno
il patrimonio naturale. Considerando le
proporzioni del fenomeno e
trascurando la scarsità di riserve di
fonti fossili il problema maggiore è
legato all’inquinamento e alle sue
conseguenze sul clima. Si potrebbe
verificare che il mondo risulti invivibile
prima ancora che si possano bruciare
tutte le riserve di petrolio.
La tabella e i grafici che
seguono risultano utili per
l’inquadramento della situazione
attuale. La fonte di riferimento della
tabella 1.1 e dei grafici 1.4, 1.5, 1.7,
1.8 e 1.9 è l’ I.E.A. (International
Energy Agency), principale organismo
internazionale in ambito energetico. Le
ultime statistiche disponibili risalgono
all’anno 2009. La fonte di riferimento
del grafico 1.6 è l’ IPCC
(Intergovernmental Panel on Climate
Change), gruppo intergovernativo di
esperti sul cambiamento climatico. Le
ultime statistiche disponibili risalgono
all’anno 2008.
La tabella 1.1 riporta a destra e
a sinistra i dati riferiti rispettivamente
all’energia termica e all’energia
elettrica. Nella parte alta sono
consultabili le quantità prodotte in base
alla fonte. Nella parte bassa sono
Electricity/Heat in World in 2009
Electricity Heat
Unit: GWh Unit: TJ
Production from:
- coal and peat 8.118.552 4.913.650
- oil 1.027.328 800.553
- gas 4.301.367 6.178.819
- biofuels 217.301 356.924
- waste 70.850 293.918
- nuclear 2.696.765 21.702
- hydro* 3328627
- geothermal 66.672 12.581
- solar PV 20.155
- solar thermal 842 109
- wind 273.153
- tide 530
- other sources 10.070 376.113
Total Production 20.132.212 12.954.369
Imports 590.504 153
Exports -582.868 -239
Domestic Supply 20.139.848 12.954.283
Statistical
Differences
82.413 1.117
Transformation** 3.891 29.073
Electricity Plants
14.781
Heat Plants*** 3.891 14.292
Energy Industry
Own Use****
1.769.958 1.435.280
Losses 1.688.347 887.821
Final
Consumption
16.760.065 10.603.226
Industry 6.738.347 4.607.777
Transport 270.669 4.235
Residential 4.734.889 4.060.210
Commercial and
Public Services
4.002.739 1.306.518
Agriculture /
Forestry
434.946 134.748
Fishing 4.233 2.396
Other Non-
Specified
574.242 487.342
* Includes production from pumped storage lants.
** Transformation includes electricity used by heat pumps and electricity
used by electric boilers.
*** Heat shown in this row represents waste heat bought from other
industries that is generated from combustible fuels.
**** Energy industry own use also includes own use by plant and electricity
used for pumped storage.
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visibili per ogni settore i valori di energia consumata (graficati poi nelle figure 1.8 e 1.9). Il
grafico 1.4 riporta l’andamento della produzione di energia mondiale dal 1971 al 2009
mentre il diagramma circolare 1.5 fotografa la ripartizione percentuale al 2009.
A colpo d’occhio si nota che lo scenario mondiale è ampiamente dominato dalle
fonti fossili. Carbone, petrolio, gas naturale sono fonti a basso livello di entropia e di
conseguenza possono essere facilmente trasportate e conservate. Considerando poi
Figura 1.5 Partizione percentuale delle fonti primarie (fonte IEA)
Figura 1.4 Andamento storico della produzione mondiale di energia (fonte IEA
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visibili per ogni settore i valori di energia consumata (graficati poi nelle figure 1.8 e 1.9). Il
l’andamento della produzione di energia mondiale dal 1971 al 2009
mentre il diagramma circolare 1.5 fotografa la ripartizione percentuale al 2009.
A colpo d’occhio si nota che lo scenario mondiale è ampiamente dominato dalle
fonti fossili. Carbone, petrolio, gas naturale sono fonti a basso livello di entropia e di
conseguenza possono essere facilmente trasportate e conservate. Considerando poi
anche la straordinaria
duttilità di tali risorse ci
accorgiamo che il loro
strapotere sarà
difficilmente arginabile.
un ampio distacco, le
biomasse. Si tratta di
legname, residui
agricoli e forestali,
scarti dell’industria
agroalimentare, reflui
Partizione percentuale delle fonti primarie (fonte IEA)
Andamento storico della produzione mondiale di energia (fonte IEA
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visibili per ogni settore i valori di energia consumata (graficati poi nelle figure 1.8 e 1.9). Il
l’andamento della produzione di energia mondiale dal 1971 al 2009
mentre il diagramma circolare 1.5 fotografa la ripartizione percentuale al 2009.
A colpo d’occhio si nota che lo scenario mondiale è ampiamente dominato dalle
fonti fossili. Carbone, petrolio, gas naturale sono fonti a basso livello di entropia e di
conseguenza possono essere facilmente trasportate e conservate. Considerando poi
anche la straordinaria
duttilità di tali risorse ci
accorgiamo che il loro
strapotere sarà
difficilmente arginabile.
Seguono, con
un ampio distacco, le
biomasse. Si tratta di
legname, residui
agricoli e forestali,
scarti dell’industria
agroalimentare, reflui
Andamento storico della produzione mondiale di energia (fonte IEA)
PIANIFICAZIONE ENERGETICA TERRITORIALE.
degli allevamenti, alcune tipologie di rifiuti urbani e specie vegetali coltivate
appositamente per scopi energeti
Discorso a parte va fatto per il nucleare. Diffuso nella seconda metà del 1900 è
riuscito ad affermarsi in molti Paesi in tempi brevi. Bombardando atomi di uranio viene
prodotta energia termica, utilizzata poi in un ciclo termodinamico. Sulla sua conv
energetico- ambientale ed economica i dibattiti sono molto accesi. E’ vero che una
centrale produce grandissimi quantitativi di energia senza emettere CO
che le scorie prodotte possono essere smaltite in sicurezza solo dopo moltis
E’ vero che i costi dell’uranio sono molto bassi, ma è vero anche che il costo iniziale
dell’impianto è di gran lunga superiore a quello degli impianti termoelettrici convenzionali.
Tra le fonti energetiche rinnovabili l’unica per ora in grado
significativo al bilancio energetico mondiale è l’idroelettrico. L'energia potenziale del corso
d’acqua viene trasformata in
sfruttata per l’azionamento di una turbina acco
energia elettrica. E’ una fonte pulita, rinnovabile ed economicamente conveniente e per
questi motivi anche già largamente sfruttata. La disponibilità teorica è ancora molto ampia
ma spesso per motivazioni geografiche e
Allo stato attuale le altre fonti rinnovabili (geotermico, eolico e solare) occupano
una posizione quasi irrilevante. Tra le tre il geotermico fornisce il contributo più
significativo, seguito nell’ordine da eol
fabbisogno energetico mondiale, negli ultimi anni c’è stato un vero e proprio boom che
lascia ben sperare per il futuro (figura 1.6). Speranze alimentate dagli esiti positivi delle
sperimentazioni sul solare t
La figura 1.7 rappresenta l’evoluzione delle emissioni di CO
megatonnellate) dal 1971 al 2008 in funzione dei diversi tipi di combustibili. Il grafico è
sostanzialmente simile alla parte della figura 1.4 riferita alla produzione da fonti fossili.
Figura 1.6 Evoluzione nel tempo dell’utilizzo dell’energia solare e dell’energia degli oceani (fonte
PIANIFICAZIONE ENERGETICA TERRITORIALE. IPOTESI DI RISPARMIO ENERGETICO ELETTRICO NEI NUCLEI INDUSTRIALI.
degli allevamenti, alcune tipologie di rifiuti urbani e specie vegetali coltivate
appositamente per scopi energetici.
Discorso a parte va fatto per il nucleare. Diffuso nella seconda metà del 1900 è
riuscito ad affermarsi in molti Paesi in tempi brevi. Bombardando atomi di uranio viene
prodotta energia termica, utilizzata poi in un ciclo termodinamico. Sulla sua conv
ambientale ed economica i dibattiti sono molto accesi. E’ vero che una
centrale produce grandissimi quantitativi di energia senza emettere CO
che le scorie prodotte possono essere smaltite in sicurezza solo dopo moltis
E’ vero che i costi dell’uranio sono molto bassi, ma è vero anche che il costo iniziale
dell’impianto è di gran lunga superiore a quello degli impianti termoelettrici convenzionali.
Tra le fonti energetiche rinnovabili l’unica per ora in grado di dare un contributo
significativo al bilancio energetico mondiale è l’idroelettrico. L'energia potenziale del corso
d’acqua viene trasformata in energia cinetica tramite un salto. Quest’ ultima poi viene
sfruttata per l’azionamento di una turbina accoppiata ad un alternatore che produce
energia elettrica. E’ una fonte pulita, rinnovabile ed economicamente conveniente e per
questi motivi anche già largamente sfruttata. La disponibilità teorica è ancora molto ampia
ma spesso per motivazioni geografiche e sociali non è effettivamente utilizzabile.
Allo stato attuale le altre fonti rinnovabili (geotermico, eolico e solare) occupano
una posizione quasi irrilevante. Tra le tre il geotermico fornisce il contributo più
significativo, seguito nell’ordine da eolico e solare. Sebbene coprano meno dell’1% del
fabbisogno energetico mondiale, negli ultimi anni c’è stato un vero e proprio boom che
lascia ben sperare per il futuro (figura 1.6). Speranze alimentate dagli esiti positivi delle
sperimentazioni sul solare termodinamico.
La figura 1.7 rappresenta l’evoluzione delle emissioni di CO
dal 1971 al 2008 in funzione dei diversi tipi di combustibili. Il grafico è
sostanzialmente simile alla parte della figura 1.4 riferita alla produzione da fonti fossili.
Evoluzione nel tempo dell’utilizzo dell’energia solare e dell’energia degli oceani (fonte
IPCC)
IPOTESI DI RISPARMIO ENERGETICO ELETTRICO NEI NUCLEI INDUSTRIALI.
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degli allevamenti, alcune tipologie di rifiuti urbani e specie vegetali coltivate
Discorso a parte va fatto per il nucleare. Diffuso nella seconda metà del 1900 è
riuscito ad affermarsi in molti Paesi in tempi brevi. Bombardando atomi di uranio viene
prodotta energia termica, utilizzata poi in un ciclo termodinamico. Sulla sua convenienza
ambientale ed economica i dibattiti sono molto accesi. E’ vero che una
centrale produce grandissimi quantitativi di energia senza emettere CO
2
, ma è vero anche
che le scorie prodotte possono essere smaltite in sicurezza solo dopo moltissimo tempo.
E’ vero che i costi dell’uranio sono molto bassi, ma è vero anche che il costo iniziale
dell’impianto è di gran lunga superiore a quello degli impianti termoelettrici convenzionali.
di dare un contributo
significativo al bilancio energetico mondiale è l’idroelettrico. L'energia potenziale del corso
tramite un salto. Quest’ ultima poi viene
ppiata ad un alternatore che produce
energia elettrica. E’ una fonte pulita, rinnovabile ed economicamente conveniente e per
questi motivi anche già largamente sfruttata. La disponibilità teorica è ancora molto ampia
sociali non è effettivamente utilizzabile.
Allo stato attuale le altre fonti rinnovabili (geotermico, eolico e solare) occupano
una posizione quasi irrilevante. Tra le tre il geotermico fornisce il contributo più
ico e solare. Sebbene coprano meno dell’1% del
fabbisogno energetico mondiale, negli ultimi anni c’è stato un vero e proprio boom che
lascia ben sperare per il futuro (figura 1.6). Speranze alimentate dagli esiti positivi delle
La figura 1.7 rappresenta l’evoluzione delle emissioni di CO
2
in atmosfera (in
dal 1971 al 2008 in funzione dei diversi tipi di combustibili. Il grafico è
sostanzialmente simile alla parte della figura 1.4 riferita alla produzione da fonti fossili.
Evoluzione nel tempo dell’utilizzo dell’energia solare e dell’energia degli oceani (fonte
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