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CCC/237

Incremento dell’efficienza del parco mondiale di centrali elettriche a carbone per la riduzione delle emissioni di anidride carbonica (CCC/237)

Ian Barnes

Durante l’ultima decade, la domanda di carbone come fonte di energia per la generazione elettrica è cresciuta rapidamente in tutto il mondo, superando la domanda di gas, petrolio, nucleare e delle fonti di energia rinnovabile. Diverse proiezioni sulla crescita della domanda globale di energia suggeriscono che tale tendenza perdurerà, con una predominanza nell’utilizzo del carbone da parte di economie emergenti come Cina e India. Nonostante la recente installazione di moderni impianti, il valore dell’efficienza media dell’esistente capacità di generazione a carbone risulta essere ancora relativamente basso, attestandosi attorno al 33%. Ciò si traduce in elevati consumi specifici di carbone per unità di energia elettrica prodotta. Al crescente consumo di carbone corrisponderà una crescita nel livello di inquinanti e l’esigenza di mitigare gli effetti dei cambiamenti climatici renderà necessario il dimezzamento, rispetto ai livelli attuali, delle emissioni di anidride carbonica entro il 2050. Per contribuire a questo obbiettivo le emissioni dalla generazione elettrica da carbone dovranno essere ridotte di circa il 90%. In termini generali si ritiene che tale obbiettivo possa essere perseguito effettuando un retrofit degli impianti di produzione ( effettuato con l’installazione di sistemi di Carbon Capture & Storage CCS) pari al 29% dell’esistente parco centrali a carbone mondiale e che l’opzione migliore per il retrofit CCS in termini di riduzione delle emissioni di CO2 per unità di energia elettrica prodotta, siano gli impianti ad alta efficienza e basse emissioni comunemente descritti con l’acronimo di HELE (High Efficiency, Low Emission).
Una centrale HELE a carbone al più alto livello di sviluppo attualmente disponibile, operante con un ciclo a vapore ultra-supercritico ad alta efficienza risulta essere più efficiente, affidabile e con una maggiore vita utile rispetto ad un vecchio impianto subcritico e permette una riduzione delle emissioni di anidride carbonica del 20% rispetto ad un unità subcritica operante in condizioni simili. In un prossimo futuro lo sviluppo dei cicli a vapore ultrasupercritici avanzati (AUSC) consentirà di proseguire questo trend con rendimenti del 48% e una riduzione delle emissioni di anidride carbonica del 28% rispetto ad un impianto subcritico e del 10% rispetto ad un impianto ultrasupercritico.
Il presente studio esamina il ruolo degli impianti di generazione HELE a carbone e le loro prospettive di utilizzo nelle strategie di riduzione delle emissioni di anidride carbonica dei maggiori paesi utilizzatori di carbone (Australia, Cina, Germania, India, Giappone, Polonia, Russia, Sud Africa, Sud Corea e USA); ognuno di questi paesi è caratterizzato da un parco di centrali di differente rendimento e anzianità, nonché da differenti politiche e condizioni locali che influiscono sulla possibilità di implementazione degli impianti HELE.

Le previsioni per ogni paese sono state calcolate attraverso il confronto delle performance del caso base (parco centrali senza upgrades HELE), con scenari in cui gli impianti a più bassa efficienza sono dismessi e rimpiazzati con le tecnologie HELE, secondo cicli di vita a 50 e 25 anni. È stato quindi possibile quantificare, oltre alla capacità addizionale necessaria per incontrare la domanda crescente, i potenziali costi di implementazione degli upgrades HELE e i conseguenti risparmi in termini di emissioni di anidride carbonica.

I risultati dello studio mostrano previsioni di crescita o declino nella produzione elettrica da carbone per i paesi considerati; nello specifico, tra i paesi in forte crescita che necessitano di una capacità addizionale, quelli dotati di un parco centrali relativamente moderno mostrano un trend crescente nelle emissioni di anidride carbonica, ma queste sono compensate dall’uso di impianti ultrasupercritici avanzati di nuova costruzione (i.e. Cina, India) in particolare quando l’impianto più vecchio è dismesso e rimpiazzato da unità AUSC (i.e. Sud Africa), quelli caratterizzati da un parco centrali vecchio e inefficiente mostrano livelli di emissioni di anidride carbonica in caduta, anche con crescente domanda di elettricità (i.e. Polonia e Russia). I paesi caratterizzati invece da bassi o moderati livelli di crescita e da un efficiente parco centrali non vedranno significativi benefici fino al 2040, quando molti degli impianti più vecchi saranno dismessi (i.e. Corea del Sud).

Lo scenario che considera una vita dell’impianto limitata a 25 anni (pratica che si va sviluppando in Cina a differenza del ciclo a 40 anni che risulta ancora essere il più diffuso nei paesi dell’ OCSE) fa osservare i maggiori benefici e rappresenta la migliore opzione anche per quanto riguarda l’applicabilità del CCS. Politiche per incentivare un rinnovamento degli impianti ad intervalli inferiori porterebbero ad un risparmio in termini di emissioni di anidride carbonica. Questo è particolarmente evidente nel caso indiano dove gli effetti della domanda elettrica in rapida crescita sono compensati da una combinazione di tecnologie HELE e CCS. In diversi paesi le buone prospettive di sviluppo relative al gas di scisto possano, nell’ipotesi di un suo sfruttamento concreto, incidere profondamente sul futuro della generazione elettrica da carbone.

Pur non essendo esaustivo riguardo alla situazione dei singoli paesi, questo studio si propone come il documento di partenza per una serie di approfondimenti dove vengano considerati nel dettaglio gli specifici fattori nazionali (politiche regionali, panorama economico, normative in evoluzione, forniture energetiche in competizione) e le visioni dei maggiori portatori di interesse coinvolti in ciascun paese, allo scopo di offrire una visione globale sui percorsi di implementazione delle tecnologie HELE. Inoltre è importante estendere l’analisi ad altre situazioni emergenti come nel caso delle economie delle cosidette “Tigri Asiatiche” per assicurare una rappresentazione complessiva delle emissioni globali di anidride carbonica dal carbone.

Il rapporto originale è consultabile gratuitamente, previa registrazione, all’indirizzo:
http://www.iea-coal.org.uk/site/2010/publications-section/reports