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CCC/271

Le prospettive di realizzazione di impianti HELE in India.
Ian Barnes
Novembre 2016

Negli ultimi 15 anni, la domanda di carbone per la produzione di energia elettrica a livello mondiale è cresciuta rapidamente, e nonostante abbia subito un rallentamento, diverse previsioni sulla crescita della domanda globale di energia suggeriscono che tale tendenza continuerà, con una predominanza nell’utilizzo del carbone da parte di economie emergenti come Cina e India. Al contempo, per mitigare gli effetti del cambiamento climatico, specialmente per limitare la crescita media della temperatura globale al di sotto dei 2°C, occorrerà dimezzare, rispetto ai livelli attuali, le emissioni di anidride carbonica, entro il 2050. Per contribuire al raggiungimento di questo obiettivo, è necessario ridurre del 90% le emissioni di CO2 provenienti dalla generazione elettrica da carbone e questi tagli così consistenti richiedono l’installazione di sistemi di Carbon Capture & Storage (CCS). Nello scenario sul cambiamento climatico ipotizzato dall’Agenzia Internazionale dell’Energia (IEA), che si basa su una concentrazione di CO2 pari a 450 ppm, si stima che globalmente, per ottenere l’abbattimento richiesto delle emissioni di anidride carbonica, circa 3400 impianti CCS dovrebbero essere operativi entro il 2050. In un recente studio (“Technology Roadmap – High- Efficiency, Low – Emissions Coal – Fired Power Generation”, IEA 2012), è emerso che il retrofit degli impianti di generazione elettrica effettuato con l’applicazione delle CCS e applicabile a circa il 29% del parco centrali a carbone globalmente installato, risulti economicamente più conveniente se realizzato su impianti di recente costruzione, caratterizzati da alta efficienza e basse emissioni, comunemente descritti con l’acronimo HELE (High Efficiency, Low Emission). Gli impianti Hele rappresentano un significativo passo verso la riduzione delle emissioni di CO2 e sono da considerarsi una valida opzione per gli impianti a carbone. La figura 1 mostra l’impatto dell’impiego delle sempre più efficienti tecnologie HELE sull’abbattimento dell’anidride carbonica.

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              Figura 1 Riduzione delle emissioni di CO2 con impianti di generazione elettrica da polverino di carbone (IEA 2012)

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. Una volta installati gli impianti Hele diventano l’opzione preferenziale per il retrofit CCS, incrementando inoltre i risparmi in termini di anidride carbonica raggiunti attraverso una maggiore efficienza di generazione. 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 in India. Le previsioni sono state elaborate attraverso il confronto delle prestazioni del caso base -parco centrali senza upgrades HELE-, con scenari in cui gli impianti, a più bassa efficienza, sono dismessi e sostituiti con le tecnologie HELE, secondo cicli di vita a 50 e 25 anni. L’India sta vivendo un periodo di rapida crescita demografica e si prevede, conseguentemente, un incremento della domanda di energia primaria. Benché si stiano adottando tecnologie a basso impatto ambientale, con particolare riferimento alle rinnovabili, il carbone continuerà a ricoprire un ruolo fondamentale nel soddisfacimento delle necessità energetiche indiane. L’efficienza globale di generazione elettrica in India, rimane relativamente bassa rispetto ad altri paesi. Gran parte del suo parco centrali è costituito da impianti obsoleti e da un significativo numero di unità basate prevalentemente su tecnologia subcritica, con un rendimento medio del 33% circa, molto inferiore, ad esempio, al 39% che caratterizza gli impianti subcritici presenti negli Stati Uniti. Il Centro per la Scienza e l’Ambiente (Science for Science and Environment – CSE) ha condotto, recentemente, uno studio circa le prestazioni e le conformità degli impianti termici di generazione a carbone. La ricerca ha interessato 47 centrali termoelettriche dislocate su tutto il suolo Indiano, sulla base di parametri energetici ed ambientali. Tra queste, tre sono state premiate per le loro prestazioni ambientali complessive, mentre altre due hanno ricevuto premi per l’utilizzo efficiente di energia e acqua. Si riportano, nel seguito, i risultati ottenuti dall’analisi sopra citata:

  • Il punteggio complessivo, del campione oggetto d’indagine, è del 23%. Tale percentuale risulta bassa se si considera che quella ottenibile da un impianto che adotta migliori tecnologie è di circa l’80%. L’efficienza media degli impianti studiati risulta pari al 32,8%, risultato tra i più bassi rispetto ai principali paesi produttori di energia da carbone;
  • Gli impianti di generazione termica si stima utilizzino circa 22 miliardi di metri cubi d’acqua, che risulta, di fatto, superiore al fabbisogno domestico. Si specifica inoltre che gli impianti con torri di raffreddamento utilizzano in media 4 m3/MWh;
  • Il 55% delle centrali prese ad esame viola gli standard di inquinamento, di per se già poco restrittivi e le emissioni di particolato assumono valori compresi tra 150 e 350 mg/m3;
  • Lo smaltimento delle ceneri volanti è un problema importante. Attualmente solo il 50-60% di 170 milioni di tonnellate generate dal settore, è utilizzato, il restante è scaricato in stagni. Allo stato attuale, circa un miliardo di tonnellate di ceneri sono state depositate in questi stagni, inquinando, inevitabilmente , suolo, aria e acqua. Entro il 2021-22 si prevede che il settore produrrà 300 milioni di tonnellate di ceneri volanti ogni anno;
  • Nei corpi idrici adiacenti a 20 impianti è stato trovato slurry di cenere contenente metalli pesanti tossici.

E’ emerso inoltre che:

  • Quasi il 40% degli impianti non rispetta le norme basilari sui solidi sospesi e il 60% non presenta impianti di trattamento dei reflui e lo scarico degli effluenti;
  • 36 su 47 impianti sono incapaci di soddisfare l’obiettivo di riutilizzo del 90% dei rifiuti tossici generati, la media di riutilizzo è stata solo del 54%.

Nel Maggio del 2016 il Ministero dell’Energia indiano, nel tentativo di ridurre le emissioni di gas serra e l’utilizzo di acqua ed energia, ha annunciato di voler chiudere alcune vecchie centrali alimentate a carbone per un totale di 37 GW di potenza. Si tratta, infatti, di centrali che hanno più di 25 anni d’esercizio, considerate inefficienti ed antieconomiche, da sostituire quindi con centrali supercritiche più valide. Si stima, inoltre, che gli impianti odierni non sarebbero in grado di soddisfare la domanda prevista di elettricità. Si tratta, tuttavia, solo di ipotesi, perché di fatto non esiste un piano preciso affinché questa operazione venga realizzata. È da evidenziare che, già in passato (2005-2006), il governo indiano, per andare incontro alle richieste di energia, intraprese un’ambiziosa iniziativa, consistente nello sviluppo di ultra mega impianti di generazione (UMPP), basati su tecnologia supercritica. Lo sviluppo di questi centrali, andò incontro però ad una serie di problematiche, associate, sia all’acquisizione di porzioni di territorio necessari per la loro ubicazione, sia alle complesse istituzioni indiane oltreché alle difficoltose interazioni tra governi nazionali e regionali. Inoltre, la mancanza di finanziamenti da parte delle agenzie elettriche regionali ha ostacolato lo sviluppo degli stessi. Il settore energetico indiano è, infatti, caratterizzato da una struttura complessa in cui cinque ministeri cooperano e si coordinano al fine di soddisfare le necessità energetiche del paese. Inoltre il governo centrale interagisce con i governi regionali per mettere in atto iniziative politiche, complessità che può spesso rendere le operazioni di mercato e le riforme difficili da realizzare.
Il documento politico chiave per la futura direzione dell’economia indiana è il piano quinquennale. Osservatori suggeriscono che il 13th Five-Year Plan (2017-22) stabilirà che nuovi impianti a carbone dovranno essere almeno supercritici. L’ipotesi che prevede una vita utile degli impianti limitata a 50 anni,  presuppone lo sviluppo di nuove unità ultrasupercritiche con l’obbiettivo di affiancare piuttosto che sostituire il parco impianti esistente. Tuttavia le emissioni di CO2 continueranno a crescere, ma saranno mitigate dall’uso diffuso di impianti ad alta efficienza e varieranno da 764 Mt/y nel 2015 a 1349 Mt/y nel 2040 (con il 76% di crescita). Le proiezioni di questo studio mostrano, inoltre, ulteriori benefici raggiungibili utilizzando impianti ultrasupercritici. E’ da precisare inoltre che qualora le unità avanzate ultrasupercritiche AUSC entrassero a far parte del mix di impianti nel 2025, le emissioni di CO2 si stabilizzerebbero per poi decrescere, nonostante la crescente domanda di elettricità. Si prevede che un consistente numero di centrali AUSC a carbone genererebbe 1901 Mt di CO2 nel 2040, contro le 1444 Mt del caso base, ottenendo, in questo modo, una riduzione del 24%. In particolare, risulta interessante evidenziare come, il perseguimento del più efficace percorso di abbattimento della CO2 – ritiro degli impianti dopo 25 anni di esercizio, upgrade AUSC dopo il 2025, installazione di tecnologie CCS – consentirebbe una riduzione delle emissioni ad un valore di 159 Mt di CO2 nel 2040. I recenti sviluppi mostrano come il mercato indiano stia diventando più recettivo all’utilizzo della tecnologia ultrasupercritica come prima scelta, inoltre la recente iniziativa sullo sviluppo di impianti AUSC risulta promettente. Rimane tuttavia molto da fare per evitare che il parco centrali a carbone indiano si vincoli su una predominanza di impianti supercritici. FPoggi