Analisi degli Scenari
Analisi degli Scenari
La sfida di un futuro sostenibile per il sistema energetico
Avere un quadro di riferimento chiaro sul futuro fabbisogno di energia e sulle fonti che potranno soddisfare la domanda consente di elaborare piani di sviluppo delle infrastrutture in grado di rispondere alle future esigenze del sistema nazionale ed europeo, tanto nel trasporto di gas quanto nella trasmissione di energia elettrica.
Perché è importante disporre di scenari dettagliati sulle diverse evoluzioni possibili dell’energia?
Il gruppo di lavoro Snam-Terna non si è limitato a fare leva sulle competenze interne: nel corso del progetto ha coinvolto stakeholder esterni - istituzioni, operatori di settore e centri di ricerca - attraverso tre workshop che hanno avuto luogo in corrispondenza di snodi decisionali chiave.
Per approfondire, la versione integrale del Documento di Descrizione degli Scenari 2019 è disponibile al linkhttps://www.snam.it/it/trasporto/Processi_Online/Allacciamenti/informazioni/piano-decennale/piano_decennale_2019_2028/scenari.html
Documento di Descrizione degli Scenari 2019
Nel Documento di Descrizione degli Scenari (DDS 2019), pubblicato nel settembre 2019, Snam e Terna hanno espresso una visione coerente delle possibili evoluzioni del sistema energetico italiano. Questo esercizio di previsione e di analisi è in linea con quanto indicato in Italia dal Regolatore, ARERA. A livello europeo l’approccio è analogo: ENTSO-E ed ENTSOG, le associazioni europee dei Transmission System Operator (TSO) dell’energia elettrica e del gas, elaborano congiuntamente scenari energetici per i Piani Sviluppo delle infrastrutture nel Ten Year Network Development Plan (TYNDP).
A livello italiano, così come nell’Unione Europea, sta emergendo la consapevolezza che sarà necessaria una sempre maggiore interazione tra il business dell’energia elettrica e quello del gas.
Emissioninette (515 Mt)
(2) - LULUCF (Land Use, Land Use Change and Forestry)(1) - CCS (Carbon Capture & Storage)
Gli obiettivi vincolanti e non vincolanti
Bilancio di CO2 equivalente 1990-2050 – Tecnologie di decarbonizzazione
20501990
EMISSIONIDI CO2
Emissioninette (515 Mt)
Settore elettrico
Usi finaliCO2
Usi finalialtri GHGLULUCF
Emissioni nette (< 50 Mt)
ABC
CO2
CO2
P2G
Target vincolanti al 2030Clean Energy Package
Target al 2040(interpolazione tra il 2030 e il 2050)
Target non vincolanti al 20502050 Long Term Strategy
-40% emissioni GHG vs. 1990
-65% emissioni GHG vs. 1990
-80/95% emissioni GHG vs. 1990
104 Mtep Consumi di energia per usi finali Gli scenari di sviluppo, CEN e DEC,
sono stati costruiti per rispettare l’obiettivo non vincolante di lungo periodo di riduzione del 95% della CO2.
30% quota FER su consumo finale lordo
Adozione di misure di efficienza energetica, switching di combustibile e switching tecnologico.
Adozione di logiche di minimizzazione dei costi di decarbonizzazione.
Decarbonizzazione di domanda e offerta con un approccio integrato tra i sistemi energetici, per sfruttare le possibili sinergie.
CO2 CO2 CO2
ABC
Settore elettrico: diffusione di fonti rinnovabili (solare, eolico e combustibili verdi, incluso l’idrogeno) e ricorso alla CCS(1).
Usi finali - CO2: • misure di efficienza energetica, • switching di combustibile (da
carbone a combustibili con minore impatto ambientale, incluso il metano sintetico e l’idrogeno da Power-to-Gas)
• CCS(1). Misure con effetto sulle emissioni di CO2 e di altri GHG.
Usi finali - altri GHG: Alcune emissioni, soprattutto gas derivanti da usi agricoli e zootecnici, sono difficilmente comprimibili.
Un maggiore contributo dei LULUCF(2) può essere ottenuto aumentando la forestazione e favorendo il sequential cropping.
Analisi degli Scenari
BUSINESS-AS-USUALBAU
Proietta inerzialmente i trend attuali.
Guidato dallo sviluppo di tecnologie più efficienti.
Considera possibile l’investimento
in innovazione esclusivamente
a fronte di opportunità di ritorno
economico.
Approccio bottom-up: sistema libero
di evolvere senza imposizione
di vincoli di policy.
CENTRALIZEDCEN
DECENTRALIZEDDEC
Gli obiettivi delle politiche energetiche sono raggiunti grazie a:
Contenimento dei consumi.
Sviluppo delle energie rinnovabili programmabili,
come i gas verdi, che possono fare leva sull’utilizzo delle attuali infrastrutture gas.
Adottato come scenario di politica energetica italiana al 2030.
Oltre ai tre scenari contrastanti, il team di progetto ha ricostruito uno scenario che riflette integralmente il Piano Nazionale Integrato Energia e Clima, il PNIEC.
Sviluppo molto rapido dell’elettricità come vettore energetico.
Approccio top-down: raggiungimento degli obiettivi europei al 2030 del Clean Energy Package.
Scenario
-65%: riduzione di gas serra nel 2040 rispetto al 1990. Obiettivo ottenuto come interpolazione tra il
vincolo al 2030 e la Long-Term Strategy al 2050.Implicazioni:
• minimizzazione dei costi di decarbonizzazione • sviluppo di tecnologie alternative
• investimenti in termini di efficienza energetica.
Ruolo determinante delle tecnologie disponibili e delle tecniche di abbattimento delle emissioni.
SCENARIO DEL PIANO NAZIONALE INTEGRATO ENERGIA E CLIMA
PNIEC
CO2ABC
+1,2%Crescita annua del PIL
+2,4 mnIncremento abitanti al 2040
Crescita sostenuta delle fonti energetiche rinnovabili (FER)
non programmabili.
Tre scenari contrastanti al 2040
Decarbonizzazione
Riduzione delle emissioni di CO2
vs. 1990 (%)
CO2
ABC
Efficienza energetica
Consumo di energia per usi finali
(Mtep: quantità di energia rilasciata dalla combustione
di 1000 tonn di petrolio)
Quota Fonti EnergeticheRinnovabili
Quota FER sul consumo finale lordo di energia
(%)
Gli scenari di sviluppo permettono di raggiungere l’obiettivo del Clean Energy Package al 2030.
Gli obiettivi raggiungibili nei vari scenari
204020302017
17,4
28,4
42,9 41,4
DECCENBAU
32,0
64,1 63,7
DECCENBAU
Target40,0
Target65,0
204020302017
113,6 114,3103,8 103,1
DECCENBAU
115,3
93,4 90,2
DECCENBAU
Target103,8
204020302017
18,1 20,0
30,0 31,3
DECCENBAU
22,7
44,350,5
DECCENBAU
Target30,0
Analisi degli Scenari
Fattori abilitanti della transizione energeticaIl ruolo del gas si conferma fondamentale in tutti gli scenari analizzati, per garantire adeguatezza e programmabilità della generazione elettrica.
Consumo interno lordo di elettricità (TWh) Domanda di gas (miliardi m³)
Quota % 2017 2040
FER termiche 20,1 60,6FER elettriche 31,1 65,5
FER trasporti 6,5 52,2
Lo scenario CEN fa maggiormente uso di gas verdi; il DEC fa invece maggiore affidamento sulle rinnovabili non programmabili, la cui integrazione richiede importanti investimenti per lo sviluppo delle reti.
Elettrificazione e ricorso alle rinnovabiliNel 2040 lo scenario DEC stima consumi elettrici per 405 TWh, sotto la spinta all’elettrificazione degli usi finali.
ABC
Efficienza energetica e switching tecnologicoIl raggiungimento dei target richiede una diffusione estesa di tecnologie efficienti e a basse emissioni nei settori civile (ad es. pompe di calore) e trasporti (ad es. auto elettriche e a CNG/idrogeno), oltre a una massiccia implementazione di misure di efficienza energetica nei settori civile e industriale.
P2G
Power-to-Gas Abilita la decarbonizzazione dei settori tecnologicamente più difficili.Risorsa di stoccaggio stagionale.
CCSTecniche di cattura e stoccaggio della CO2 (CCS/U) al 2040 nello scenario CEN per un valore equivalente a 7,8 mld m³.
Capacità di accumulo
Gli accumuli limitano gli eccessi di generazione e contengono le interruzioni sotto l’1% della generazione da rinnovabili.
7,4 GW 2017 14,3 GW nel CEN 2040 18,9 GW nel DEC 2040 (+ componente elettrochimica intorno al 37%).
Gas verdi18,5 mld m³ Contributo dei gas verdi nel 2040 nel CEN
24%
349342337332 338
364
384
405
342351
366
2025 2030 2035 2040
400
380
360
340
TWh
85
80
75
70
65
Milia
rdi m
32025 2030 2035 2040
70
62
69
74
80
67
77
84
747678
• CEN• BAU PNIEC• DEC
Sempre maggiore flessibilità nel sistema gas per garantire la stabilità della rete elettrica
Energia scambiata
Esportazioni
Importazioni
Importazioni nette
2040
10,8 TWh nel CEN15,8 TWh nel DEC
Gli impianti termoelettrici a gas, e di conseguenza l’intero sistema gas, saranno chiamati a fornire una flessibilità sempre maggiore per garantire la stabilità della rete elettrica.
Vengono considerati uno scenario di domanda di punta invernale in condizioni eccezionali (inverno con probabilità di accadimento 1 su 20 anni) come rappresentativo della domanda di picco ed uno scenario di domanda media estiva per la domanda fuori picco.
L’elettrificazione dei consumi e lo sviluppo delle rinnovabili accentuano alcune criticità in termini di carico: questo rende ancor più evidente l’esigenza di nuovi strumenti di flessibilità per la rete elettrica.
Nello scenario DEC la punta di carico elettrico passa da 60,5 GW del 2015 (massimo storico) a 72 GW nel 2040, a causa dell’elettrificazione degli usi finali. Le esigenze di ricarica dei veicoli elettrici, pari a 26 GW e in aumento del 38% rispetto al 2015, comportano un incremento anche a livello di minimo per l’utilizzo notturno.
La punta giornaliera della domanda gas si riduce, con un mutamento nel mix settoriale. La domanda di punta del settore civile si contrae, mentre aumenta la domanda di punta termoelettrica, resa più variabile dallo sviluppo delle rinnovabili non programmabili.
Gli scenari prefigurano un mercato europeo sempre più integrato, con un progressivo “allineamento” del mix energetico dei Paesi, nel quale la capacità di interconnessione è un fattore-chiave per massimizzare la penetrazione delle fonti rinnovabili e garantire la sicurezza e la qualità del servizio all’interno di un sistema elettrico europeo interconnesso.
Valori di punta del carico elettrico - GW
Domanda giornaliera di gas in condizione di freddo eccezionale (picco) – milioni m³/g
60,562,3
60,0
72,0
BAU CEN DEC
2015 2040
711339
306
464450400350300250200150100500
milio
ni m
3 /g
18124
48
264
454
23
141
34
201
39914
162
35
178
388
BAU CEN DECMax storico
(7/2/2012) 2040
• Altro• Civile • Termoelettrico• Industria
Analisi degli Scenari
Fattori alla base del trend dei consumi in netta diminuzione• Elevato tasso di ristrutturazione edilizia (ca. 1% all’anno, rispetto allo 0,56% incluso
nella Strategia Energetica Nazionale).• Sostituzione delle caldaie tradizionali.
Residenziale
• Applicazione della Direttiva UE 2019/844 relativamente ai near-Zero Energy Buildings (n-ZEB), che impone vincoli molto stringenti in termini di riduzione del fabbisogno termico e prevede il contenimento dei consumi per gli edifici sottoposti a ristrutturazioni rilevanti. Gli edifici nZeb, a partire dal 2021, consentiranno di minimizzare la dispersione termica, utilizzeranno fonti rinnovabili e sistemi passivi di riscaldamento e raffrescamento, saranno infine dotati di un sistema domotico per la gestione intelligente di impianti e consumi.
15,8 milioni nel 2017 10,2 milioni nel CEN 2040 5,6 milioni nel CEN 2040
Pompe di calore a gasCaldaie tradizionali Caldaie a condensazione
L’aumento riflette l’espansione delle pompe
di calore elettriche, da ca. 200 mila
a 8,8 milioni.
La diminuzione deriva dall’efficientamento delle tecnologie a gas naturale. Negli scenari
di sviluppo, in particolare in CEN al 2040, una parte
dei consumi di gas naturale è sostituita
da gas verdi e decarbonizzati.
Grazie alla diffusione di gas verdi
e decarbonizzati e alla penetrazione delle FER elettriche,
la quota delle rinnovabili negli
scenari di sviluppo al 2040 si attesta attorno al 50%,
rispetto al 24% attuale.
Includono il gasolioper riscaldamento
e il GPL.
Decresconole biomasse e aumenta
il biogasolio.
Mix delle fonti energetiche
ELETTRICITÀ
30%39%
44%50%
33% 32%
6%14% 14% 13%
3% 4%
GAS NATURALE GAS VERDI E DECARBONIZZATI
ALTRE FONTI FOSSILI ALTRE FONTI VERDI
11% 8%
0%
• 2017 • CEN 2040 • DEC 2040
Trend dei consumi in calo in tutti gli scenari - MtepNetto calodei consumi energetici
-37% DEC -34% CEN
Riduzione 2017-2040
47,8
38,6
31,730,3
2017 2040
BAU
CEN
DEC
Trasporto
La quota effettiva delle rinnovabili raggiunge il 27,4% nel CEN 2040 e il 29% nel DEC 2040.
Significativo aumento soprattutto per i mezzi
di trasporto leggeri.
Netto incremento dei consumi di gas naturale di gas verdi
e decarbonizzati. Il metano (CNG) è ipotizzato con
penetrazione maggiore per i mezzi pesanti.
Forte calo dei consumi di benzina e diesel.
Aumento dellaquota di biodiesel e biocarburanti.
Mix delle fonti energetiche
ELETTRICITÀ
3%10%
15%
2%
19%14%
93%
3%12% 13%
47% 50%
GAS NATURALE GAS VERDI E DECARBONIZZATI
ALTRE FONTI FOSSILI ALTRE FONTI VERDI
13%8%
0%
• 2017 • CEN 2040 • DEC 2040
Trend dei consumiL’evoluzione è molto diversa a seconda degli scenari. Principali variabili: domanda di mobilità di passeggeri e merci, tasso di riempimento dei veicoli, car sharing/pooling e switching verso veicoli con minori consumi ed emissioni.
Fattori alla base del trend dei consumi• Gli scenari CEN e DEC ipotizzano un aumento della domanda di passeggeri e merci
e un maggior utilizzo, soprattutto dopo il 2030, di mezzi pubblici e di servizi di condivisione di auto.
• Lo scenario CEN prevede più veicoli a gas naturale e a gas verdi; lo scenario DEC una maggior diffusione di veicoli elettrici. Nello scenario BAU invece lo switching verso nuove tecnologie è modesto.
Trend dei consumi in calo nel CEN e DEC - MtepPiù mobilità e meno emissioni
-11% CEN -19% DEC
Riduzione 2017-2040
38,941,3
34,5
31,7
2017 2040
BAU
CEN
DEC
• 2017 • CEN 2040 • DEC 2040
AUTO A BENZINAE A GASOLIO
AUTOELETTRICHE
AUTOA METANO
ALTRE AUTO(GPL e altri prodotti petroliferi, ibride)
33.462
14.768 15.033
0,1986.417 9.869
1.1328.599
3.864 2.5979.356 10.374
Analisi degli Scenari
Trend dei consumiContrazione limitata in tutti gli scenari. Massima diminuzione nel CEN (-10%).
Fattori alla base del trend dei consumi in limitata diminuzione• Forte crescita economica negli scenari di sviluppo, con aumento della domanda e quindi
dei consumi industriali di energia.
• Difficoltà nell’industria nel ridurre ulteriormente i consumi tramite misure di efficienza energetica: negli anni recenti sono stati ottenuti notevoli risultati in termini di contenimento dei consumi grazie al meccanismo incentivante dei Titoli di Efficienza Energetica.
Mix delle fonti energetiche
> consumi elettrici, soprattutto nello scenario Decentralized> consumi verdi e decarbonizzati, soprattutto nel Centralized.
Industria
Quota di fonti rinnovabili
ca. 50% al 2040 negli scenari CEN e DEC
(vs. 12% attuale)
Impiego di combustibili fossili
-70% al 2040 negli scenari CEN e DEC
Trend dei consumi in calo nel CEN e DEC - MtepForte riduzione delle fonti fossili
-10% CEN -6% DECRiduzione 2017-2040
30,1
35,4
28,327,2
2017 2040
BAU
CEN
DEC
Generazione elettricaUso di gas e rinnovabiliL’atteso aumento di capacità rinnovabile non programmabile comporta crescenti esigenze di flessibilità, che si traducono nella necessità di mantenere a 50 GW la capacità di impianti termoelettrici programmabili su tutti gli anni orizzonte e per tutti gli scenari. A questi si aggiungono circa 5-6 GW di impianti a biomasse e geotermici, in funzione dello specifico scenario.
Il gas, con 50 GW di capacità termoelettrica al 2040, rappresentata al 97% da gas naturale, sarà chiamato a offrire servizi di flessibilità con rapidità di intervento anche a livello infragiornaliero.
Caratteristiche del mix elettrico al 2040 nei due scenari di sviluppo• Netta riduzione delle fonti fossili e delle importazioni nette• Sostanziale incremento del contributo da solare ed eolico• Sostanziale stabilità dell’incidenza di gas naturale e biometano
Offerta di gas verdi e decarbonizzati
• Idrogeno• Biometano
• Metano sintetico
3,5
3,0 1,2
12,0
20
15
10
5
0
12,0
CEN
2040
Milia
rdi m
3
DEC
Evoluzione della generazione elettrica e saldo import (TWh)
2017332 Twh
CEN 2040344 Twh
DEC 2040405 Twh
12%
8%
11%
5%
39%
20%
13% 13%
25%
34%
17% 15%
6% 7%3% 4%2% 2%
7%43%
14%
• Saldo Import/Export • Idroelettrico • Eolico • Solare • Gas • Carbone e altro non RES• Altre rinnovabili
Analisi degli Scenari
Principali implicazioni degli scenari
Target raggiunti
• Forte sviluppo di tecnologie rinnovabili/low-carbon programmabili e centralizzate.• Significativa diffusione di pompe di calore a gas e di caldaie a condensazione
per il riscaldamento civile.• Rapida penetrazione di veicoli a Gas Naturale Compresso e a Gas Naturale Liquefatto.• Rapida diffusione del biometano e di altri gas verdi/decarbonizzati a beneficio
di trasporti, industria e settore civile.
Centralized
Target raggiunti
• Forte sviluppo di Fonti di Energia Rinnovabili non programmabili, in particolare del fotovoltaico accoppiato a sistemi di accumulo elettrochimico small-scale.
• Elevata elettrificazione dei consumi finali, con rapida penetrazione di pompe di calore elettriche e di auto elettriche.
• Diffusione di biometano e di gas verdi per decarbonizzare i trasporti, l’industria e il residenziale.
Decentralized
Target non raggiunti
• Phase-out economico degli impianti di generazione a carbone.• Switching tecnologico basato esclusivamente sul Total Cost of Ownership (TCO)
ovvero su considerazioni di merito economico, con metodi technology-driven (ad esempio, il passaggio da caldaie tradizionali a caldaie a condensazione avverrebbe solo a fronte di condizioni della tecnologia divenute più convenienti).
• Efficienza energetica incentivata in misura minima. • Crescita delle rinnovabili basata sul Levelized Cost of Energy (LCoE).• Minimi investimenti sui sistemi di accumulo elettrochimico.
Business-As-Usual
Business-As-Usual
2030 2040TARGET
Domanda di energia usi finali (Mtep) 114 115FER usi finali (%) 20 23FER generazione elettrica (%) 44 48Riduzione CO2 vs. 1990 (%) ca. 28 ca. 32
DOMANDAFabbisogno (TWh) 340 371Elettrificazione (%) 24 26Punta di carico (GW) 56 62Domanda (mld m³) 80 84Quota usi finali (%) 33 34Punta giornaliera (Mm³) 461 454
OFFERTAEolico (GW) 14 18Solare (GW) 31 47Altre FER (GW) 25 28Termico non FER (GW) 50 50Gas naturale (mld m³) 79,6 84,4Biometano (mld m³) 0 0Metano sintetico (mld m³) 0 0Idrogeno (mld m³) 0 0
GENERAZIONE
Solare, eolico e idroelettrico (TWh) 126 160
Termoelettrico (TWh) 197 (di cui 27 rinnovabili)
201 (di cui 26 rinnovabili)
TECNOLOGIE
Auto elettriche +1,7M +3,8M
Auto a CNG +1,7M +3,6M
Pompe di Calore elettriche +1,8M +2,5M
Pompe di Calore a gas +0,6M +3,0M
Analisi degli Scenari
2030 2040TARGET
Domanda di energia usi finali (Mtep) 104 93FER usi finali (%) 30 44FER generazione elettrica (%) 55 62Riduzione CO2 vs. 1990 (%) ca. 43 ca. 65
DOMANDAFabbisogno (TWh) 332 352Elettrificazione (%) 26 30Punta di carico (GW) 57 60Domanda (mld m³) 74 77Quota usi finali (%) 36 38Punta giornaliera (Mm³) 429 399
OFFERTAEolico (GW) 17 22Solare (GW) 38 51Altre FER (GW) 26 27Termico non FER (GW) 50 50Gas naturale (mld m³) 65,2 58,0Biometano (mld m³) 8,1 12,0Metano sintetico (mld m³) 0 3,5Idrogeno (mld m³) 0,2 3,0
GENERAZIONE
Solare, eolico e idroelettrico (TWh) 149 181
Termoelettrico (TWh) 161 (di cui 40 rinnovabili)
172 (di cui 58 rinnovabili
e 41 CCS)TECNOLOGIE
Auto elettriche +2,8M +6,4M
Auto a CNG +4,8M +7,7M
Pompe di Calore elettriche +2,8M +3,8M
Pompe di Calore a gas +1,7M +5,5M
Centralized (CEN)
2030 2040TARGET
Domanda di energia usi finali (Mtep) 103 90FER usi finali (%) 31 51FER generazione elettrica (%) 55 66Riduzione CO2 vs. 1990 (%) ca. 41 ca. 65
DOMANDAFabbisogno (TWh) 356 391Elettrificazione (%) 28 35Punta di carico (GW) 62 72Domanda (mld m³) 69 67Quota usi finali (%) 32 32Punta giornaliera (Mm³) 423 388
OFFERTAEolico (GW) 19 25Solare (GW) 49 70Altre FER (GW) 26 28Termico non FER (GW) 50 50Gas naturale (mld m³) 64,8 54,0Biometano (mld m³) 3,7 12,0Metano sintetico (mld m³) 0 0Idrogeno (mld m³) 0 1,2
GENERAZIONE
Solare, eolico e idroelettrico (TWh) 170 214
Termoelettrico (TWh) 161 (di cui 33 rinnovabili)
175 (di cui 51 rinnovabili e 40 CCS)
TECNOLOGIE
Auto elettriche +5,7M +9,9M
Auto a CNG +2,7M +3,0M
Pompe di Calore elettriche +3,7M +8,9M
Pompe di Calore a gas +1,5M +2,3M
Decentralized (DEC)
Aprile 2020
Pubblicazione a cura dell’Ufficio Corporate Strategy & Market AnalysisConcept, supporto alla redazione e impaginazione: Blue ArrowProgetto grafico: InareaStampa: XeroxStampato su carta ecologica
ContattiXavier RousseauResponsabile Corporate Strategy & Market AnalysisTel. +39 [email protected]
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