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Sunday, November 18, 2012

Raddoppio dell’idroelettrico: utile, ma modesto – di Roberto Vacca, 14/11/ 2012

Non vi fate respingere dal titolo. Certo il pezzo allegato tratta questioni tecniche, ma la tecnologia pervade il mondo attuale: rassegniamoci e cerchiamo di capirla. Se ne parla parecchio spesso in toni appassionati e polemici. Per dibattere, meglio guardare i numeri e ragionarci sopra. Taluno sostiene che dovremmo usare solo fonti di energia rinnovabili: giusto se trovassimo modi per riuscirci (ad esempio con fotovoltaico a rendimento del 65%). Altri aborriscono l'idroelettrico perché altera troppo l'ambiente e gli insediamenti umani. [E' vero che la grande diga delle Tre Gole sullo Yangtze Kiang ha costretto un milione di persone a migrare. È vero che enormi invasi di bacini idroelettrici hanno talora effetti tettonici]. Va ricordato, però, che attualmente l'83% delle fonti di energia rinnovabili sono costituite proprio da impianti idroelettrici. Va ricordato, dunque, che non ci sono più soluzioni semplici, ma bisogna cercare decisioni intelligenti. Anche senza entrare nei dettagli tecnici e nelle misure, il mio articolo può servire come esercizio su come costruirci pareri in merito a notizie su questioni complesse che vengono date in modo categorico. Ho ragionato sul problema dopo aver letto la notizia: "La International Energy Agency dice che l'idroelettrico raddoppierà per il 2050". Quindi ho scritto la prima parte di questo pezzo. Prima di disseminarla la stessa agenzia IEA ha pubblicato un altro studio: "Il raddoppio avverrà entro il 2035". Allora ho scritto la seconda parte del pezzo esprimendo il mio giudizio sulle due dichiarazioni discordanti fatte dalla stessa agenzia. La IEA ha una buona reputazione, però, come diceva Richard Feynman, è bene non fidarsi di nessuno. Come dicevo sopra: è bene guardare i numeri e ragionarci sopra.

Roberto (dopo tutto sono un ingegnere elettrotecnico)


Raddoppio dell’idroelettrico: utile, ma modesto – di Roberto Vacca, 14/11/2012
Le fonti di energia sono distribuite nel mondo in modo disuniforme. In Italia importiamo la maggior parte dell’energia che consumiamo. Si discute sull’entità delle riserve di gas e petrolio – secondo alcuni stanno per esaurirsi: secondo me, no. L’energia nucleare comporta rischi – secondo alcuni aumentarne la produzione è la salvezza: secondo altri comporta rischi inaccettabili. Le quantità rilevanti sono molto grosse e le unità di misura usate sono tante. È arduo formarsi opinioni sensate. Occorre analizzare i numeri e ragionarci sopra.
La IEA (International Energy Agency – organizzazione indipendente finanziata da 28 Paesi; produce studi e avanza suggerimenti) sostiene [IEA, Technology Roadmap -Hydropower, Nov. 7, 2012] che per il 2050 la produzione mondiale di energia idroelettrica raddoppierà. L’aumento della potenza installata sarà di 1300 GW – equivalente a quella di 1300 grandi centrali elettronucleari. La IEA sottolinea che l’idroelettrico costituisce l’83% di tutte le energie rinnovabili prodotte oggi e fornisce il 17% dell’energia elettrica totale. Sostiene che occorrono politiche innovative per realizzare quel raddoppio – atto a conseguire un impatto notevole sulla situazione energetica mondiale. Vediamo che dicono i numeri.
Area
1965
1980
1990
2000
2010
Anni ultimo raddoppio
N America
325
  521
  625
  668
  663
    45
S e C America
  40
  200
  350
  550
  695
    20
Eurasia
394
  650
  720
  833
  865
    43
Africa
  12
    45
    55
    72
  102
    22
Cina
  22
    58
  126
  222
  720
      6
India
  18
    55
    66
    77
  111
    30
Mondo
925
1700
2160
2650
3430
    30
Energia idroelettrica prodotta annualmente (TWh)
Fonte: BP Energy Statistical Review 1965-2010

L’energia idroelettrica prodotta annualmente nel mondo ci ha messo 30 anni a raddoppiare (1980-2010), ci ha messo più di 40 anni in Europa e Nord America – mentre in Cina è raddoppiata negli ultimi 6 anni. Dunque un ulteriore raddoppio globale nei prossimi 40 anni è del tutto plausibile.
Ho utilizzato, allora, i dati della stessa fonte (BP Statist. Review, 1965-2010) per determinare i parametri dell’equazione di Volterra che descrivesse l’andamento della serie storica costituita dai 47 valori della produzione idroelettrica mondiale dal 1965 al 2010.
L’errore standard fra i dati sperimentali e quelli definiti dall’equazione è solo del 6,7 . L’accordo, dunque, è ottimo come si vede a occhio dal diagramma seguente. L’asintoto è di 9110 TWh (da raggiungersi alla fine del secolo) e l’energia prodotta nel 2050 è calcolata in 6380 TWh, cioè del 7% inferiore al doppio di quella riportata all’ultima riga della tabella. La proiezione dell’IEA è sostanzialmente confermata.
Il lato orizzontale superiore del riquadro ha ordinata 9110 TWh (asintoto)

Il raddoppio dell’energia idroelettrica al 2050 è, dunque, probabile. In gran parte sarà dovuto all’Asia: la Cina ha raddoppiato l’idroelettrico negli ultimi 6 anni e solo il 20% del potenziale asiatico è stato sfruttato. In Africa è da sfruttare il 92% del potenziale idroelettrico totale. La centrale di Inga (Congo) con 35 GW, ne costituisce il 14%. La difficile situazione socio-economica e i frequenti conflitti rendono esili le speranze di sviluppi positivi in Africa.
La produzione idroelettrica italiana da mezzo secolo è intorno ai 40 TWh. Le ulteriori risorse idrauliche sfruttabili sono scarse. Modesti incrementi si otterranno aumentando l’invaso di serbatoi esistenti. In impianti più antichi si potrà innalzare la struttura di colmo delle dighe. In centrali a bassa quota (soggette all’accumulo di terra e detriti sul fondo) si effettueranno sghiaiamenti e sfangamenti recuperando il 30% degli invasi interriti (4 km3 su 13,3 km3).
Il raddoppio della produzione idroelettrica, secondo IEA come dicevamo sopra, avrebbe un notevole impatto sul bilancio energetico mondiale. Non è proprio così. La tabella seguente raffronta le percentuali dell’energia totale del mondo costituite dalla idroelettrica nel 2010 e nel 2050. La conversione si fa considerando che 1000 TWh (TeraWattora = migliaia di miliardi di Wattora) equivalgono all’energia prodotta da 86 MTOE (milioni di tonnellate di petrolio equivalenti


   2010
   2050
Energia totale mondo
12.000 MTOE
15.400 MTOE
Energia idroelettrica
  3.427 TWh
  6.860 TW
    “   equivalenti a
     294 MTOE
     590 MTOE
    “        “  sul totale a
         2,4 %
         3,8 %
    “  equivalenti sec.BP a
     779 MTOE
  1.563 MTOE
    “        “   sul totale a
         6,5 %
       10,1 %
Fonte dati su energia totale: Vacca, R. – “Anche tu fisico”, 2012.

Dunque l’impatto sul bilancio energetico mondiale non è tanto grosso: si passa dal 2,4 al 3,8 %. Si noti che la citata pubblicazione BP (British Petroleum) attribuisce all’idroelettrico una produzione di energia al 2010 di 779 MTOE –  6,5 % del totale (2,6 volte maggiore di quella che riporto nella terza riga dell’ultima tabella). Quindi proietta la produzione idroelettrica mondiale al 2050 in 1563 MTOE [10,1 % dell’energia totale a quella data] La ragione è che BP  riporta il numero dei milioni di tonnellate di petrolio che sarebbero necessari per produrre in centrali termoelettriche, l’energia elettrica, in effetti prodotta da fonti idrauliche.. Lo fa assumendo un valore del rendimento nella produzione termoelettrica di 0,38. Non sembra una decisione ragionevole: quel valore era giusto per centrali antiche. Quelle moderne a cicli combinati raggiungono rendimenti superiori a 0,55. Dunque, se mai, andrebbe usato un valore intermedio.


Una settimana dopo Technology Roadmap -Hydropower, la IEA pubblica un altro documento: World Energy Outlook (14 Nov, 2012) che presenta uno scenario diverso – marcatamente ideologico. La tesi è che la crescita nei consumi di energia non è sostenibile e mira, al 2035, a un aumento di oltre il 33%. [La mia proiezione al 2035, documentata in “Anche Tu Fisico” è, invece, del 19%].
Per evitare tale crescita eccessiva, il documento propone uno Scenario Mondiale Efficiente in cui:

1. si riduca il ricorso a petrolio, carbone e nucleare;
2.   al 2050 si estragga meno di 1/3 delle riserve di combustibili fossili – in conseguenza a partire dal 2020 diminuiranno drasticamente le emissioni di CO2;
3.  il consumo totale di energia in Europa decresca del 20% al 2035;
4. i rendimenti energetici più alti faranno crescere di 18 T$ il PIL mondiale – risorsa adeguata a garantire sviluppo sostenibile;
5. il 33% della produzione di energia elettrica sia fornito da fonti rinnovabili;
6.  le minori emissioni di CO2garantiranno che la temperatura globale non cresca più di 2 - 3°C sul lungo termine.

Quest’ultimo traguardo implicherebbe un raddoppio dell’energia idroelettrica mondiale non nei prossimi 40, ma nei prossimi 25 anni. Questo implicherebbe che l’attuale tasso di crescita acceleri notevolmente, per effetto di energiche politiche finora non adottate, né preannunciate.
Taluno ha commentato che il World Energy Outlook IEA è fondato su solide basi scientifiche. Dissento: a differenza del primo documento IEA, è una manifestazione di “wishful thinking” – pensiero distorto per confermare desideri di eventi improbabili.

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