L’economia dell’energia rinnovabile, in particolare l’energia solare ed eolica, si concentra sulla “parità di rete”, un costo livellato dell’elettricità (LCOE) uguale o inferiore al prezzo dell’energia dalla rete elettrica. I guru della nuova era energetica e i loro creduloni accoliti mediatici fanno affidamento su questo per sostenere la sostituzione dei combustibili fossili con l’energia rinnovabile.
Il costo delle energie rinnovabili è decisamente diminuito.
Ma qualsiasi confronto è complicato da una serie di fattori:
- Poiché l’energia rinnovabile richiede un apporto minimo di combustibile, vi è un naturale vantaggio in termini di costi.
- I confronti tipici si basano sui costi dell’elettricità, che costituisce meno del 20% di tutta l’energia utilizzata.
- Gli effetti dell’intermittenza, la necessità di accumulo di energia, la densità di energia, l’impatto sull’infrastruttura energetica, la densità di potenza superficiale, la longevità dell’impianto e i costi di vita completa spesso non vengono considerati.
- Sottolinea un’esternalità (riduzione delle emissioni) ignorando altre esternalità, come l’intensità materiale e le attività non recuperabili. Anche i benefici in termini di emissioni rimangono ambigui a causa di problemi nella stima accurata della produzione di gas serra e del fabbisogno energetico lungo l’intera catena di approvvigionamento.
- LCOE come misura è sensibile alle ipotesi e soggetta a limitazioni importanti.
- Occorre considerare l’impatto delle sovvenzioni, che può essere significativo.
In pratica, identificare i veri costi pieni piuttosto che marginali delle rinnovabili è complesso.
Problemi locali
LCOE misura il costo attuale netto medio della generazione di elettricità per un generatore durante la vita di un impianto sulla base di numerosi presupposti. È una metrica finanziaria che confronta diverse forme di elettricità utilizzando un insieme coerente di parametri. Le forme generalizzate includono il costo livellato del calore, il costo livellato del riscaldamento o il costo livellato dell’energia termica.
LCOE è calcolato come il ricavo medio per unità di elettricità generata necessario per recuperare i costi di costruzione e gestione di un impianto durante la sua vita finanziaria presunta e il suo ciclo di lavoro. Sono i costi attualizzati nel corso della vita di un impianto divisi per una somma attualizzata dell’energia effettiva erogata. Gli input richiesti includono l’investimento, il costo del capitale, i costi di finanziamento, i costi del carburante, i costi operativi e di manutenzione fissi e variabili, i tassi di utilizzo, le vite operative e le spese di smantellamento. Tasse o sussidi possono essere incorporati. Non è raro vedere esclusi uno o l’altro input.
Come nella maggior parte dei progetti su larga scala, non è facile specificare con precisione gli elementi richiesti. Le questioni chiave includono:
- Costi di capitale: il rischio di superamento dei costi è sempre presente con alcuni progetti che superano i budget di grandi importi. Ciò influisce sul costo che deve essere recuperato.
- Costo del capitale e costi di finanziamento : il calcolo è influenzato dall’importo da finanziare, dalla struttura del capitale (debito rispetto al capitale proprio) e dal costo del capitale presunto. In pratica, vi sono ampie variazioni nella struttura del capitale tra i diversi proprietari. La disponibilità di finanziamenti pubblici e sussidi può distorcere i costi e le stime LCOE. Il minor costo del capitale favorisce metodi ad alta intensità di capitale e a basso costo operativo come l’energia nucleare. Vale anche il contrario. La sensibilità al costo del capitale è dell’ordine del 6-10%. Sebbene LCOE possa differire, in genere non cambia la classifica delle tecnologie.
- Costi operativi: la variabile principale sono i costi del carburante. Sebbene minime per molte rinnovabili, le fluttuazioni dei prezzi dell’energia possono influenzare in modo significativo le stime LCOE per le fonti tradizionali. Per le energie rinnovabili con una storia breve, è difficile ricavare costi operativi e di manutenzione accurati.
- Tassi di utilizzo – in pratica, questi si sono dimostrati molto variabili e difficili da stimare soprattutto su lunghi periodi a causa dell’effetto del tempo sui progetti solari ed eolici. La US Energy Information Administration, ad esempio, presuppone tassi di utilizzo effettivi per il solare e l’eolico rispettivamente del 29% e del 43%. I dati effettivi suggeriscono fattori di capacità realizzati intorno al 22% e al 33%. Un utilizzo inferiore per un lungo periodo può aumentare notevolmente gli LCOE. I fattori di capacità dei parchi eolici sono migliorati lentamente, ma questo guadagno ha richiesto la riduzione del numero di turbine in una data area aumentando l’uso del suolo.
- Vite operative: le vite operative per le tecnologie esistenti e consolidate sono ben comprese. Questo non è il caso delle nuove fonti di energia rinnovabile. Inoltre, le condizioni operative hanno un impatto maggiore per alcune tecnologie rispetto ad altre. La vita operativa degli impianti a combustibili fossili e nucleari, in genere 60-80 anni, è tipicamente più lunga di quella dell’eolico e del solare. Una durata di vita più breve richiede la costante ricostruzione delle turbine eoliche e la generazione solare e lo smaltimento dei rifiuti.
- Spese di smantellamento: il costo per la chiusura di un impianto, il ripristino dei siti e lo smaltimento dei rifiuti operativi e di altro tipo viene spesso trascurato. Possono essere potenzialmente estremamente grandi per l’energia nucleare, arrivando a decine di miliardi e coprendo decenni. Con pochi o nessun impianto che è stato completamente disattivato invece di essere stato chiuso, tali spese sono difficili da quantificare lasciando una grande responsabilità a tempo indeterminato.
Il quadro normativo è importante. I cambiamenti nelle leggi e negli standard possono potenzialmente avere un impatto importante su LCOE. Le normative ambientali, le norme sulla protezione dei consumatori, la responsabilità civile e l’interferenza nei prezzi di mercato dell’elettricità hanno il potenziale per influenzare gli LCOE.
Le carenze di LCOE hanno portato alla proposta di misure alternative.
Il costo evitato livellato dell’energia (LACE) cerca di incorporare il valore economico che la fonte fornisce alla rete, come la dispacciabilità all’interno del mix energetico esistente. La US Energy Information Administration raccomanda di confrontare i costi livellati delle fonti non dispacciabili come l’eolico o il solare con LACE: i costi evitati da altre fonti divisi per la produzione annua della fonte non dispacciabile. Ciò fornisce un utile confronto con i combustibili fossili o il nucleare riconoscendo il costo delle fonti dispacciabili di riserva per le fonti di energia fluttuanti intermittenti. Un rapporto tra LACE e LCOE, indicato come rapporto valore-costo, maggiore di 1 rende un progetto economicamente fattibile.
L’Agenzia internazionale dell’energia ha suggerito un costo livellato dell’elettricità aggiustato per il valore (VALCOE) che include il costo dell’energia elettrica e il valore per il sistema elettrico, ad esempio la capacità di soddisfare i picchi di domanda. Nessuna misura è perfetta e adatta ad ogni contesto o location.
LCOE – Stime
Le attuali stime LCOE sono le seguenti:
Un elemento che colpisce è l’ampia gamma. Inoltre, non mostra una parità di rete coerente.
C’è una notevole sensibilità ai costi del carburante e del capitale .
Tuttavia, queste stime dei costi sono incomplete se si escludono elementi importanti.
Impatto dei sussidi
I sussidi per le energie rinnovabili sono comuni e variano a seconda delle tecnologie, dei paesi e delle regioni. Ad esempio, alcuni paesi cercano di incoraggiare gli investimenti rinnovabili dando loro la preferenza in termini di progetti o dispacciamento della rete. Altri incentivi includono agevolazioni fiscali o condizioni di finanziamento favorevoli come minori costi di prestito o co-investimenti governativi.
Il livello di sostegno del governo per le diverse tecnologie energetiche è cambiato nel tempo . Prima della pandemia, c’è stato un costante passaggio dai combustibili fossili e dal nucleare alle energie rinnovabili, allo stoccaggio e al miglioramento dell’efficienza energetica.
La pandemia ha portato a un passaggio ai sussidi per i combustibili fossili. I sussidi al consumo di combustibili fossili sono saliti a 532 miliardi di dollari nel 2021 (un aumento del 20% rispetto ai livelli del 2019). Nel 2022, hanno raddoppiato di nuovo raggiungendo il record di tutti i tempi di $ 1 trilione. Alcuni di questi sono stati causati dal rimbalzo dei prezzi dei combustibili fossili. Molti di questi sussidi sono concentrati nelle economie in via di sviluppo, di cui più della metà nei paesi esportatori di combustibili fossili. C’erano altri $ 500 miliardi di spesa pubblica extra per ridurre le bollette energetiche, principalmente nelle economie avanzate (l’Europa da sola ha speso $ 350 miliardi) che sono confluiti in parte nei combustibili fossili. Questi pagamenti di trasferimento hanno ridotto gli incentivi per un consumo energetico efficiente o per il passaggio a combustibili più puliti.
Non c’è nulla di intrinsecamente discutibile riguardo ai sussidi. L’energia, come altre industrie, è stata spesso sostenuta per ulteriori obiettivi politici più ampi, come promuovere nuove tecnologie o industrie nascenti, garantire la sicurezza dell’approvvigionamento, stimolare particolari settori o segmenti della popolazione e, più recentemente, benefici ambientali. Il supporto può essere auspicabile per superare le imperfezioni del mercato.
Tuttavia, i sussidi energetici sono inefficienti e creano effetti collaterali. La maggior parte dei benefici va alle famiglie più ricche, che sono i maggiori consumatori. Incoraggiano consumi più elevati e riducono gli sforzi per ridurre l’intensità energetica. I sussidi energetici distorcono anche l’allocazione del capitale e talvolta incoraggiano industrie non sostenibili.
Crea diversi problemi:
- La vera economia delle energie rinnovabili diventa difficile da determinare.
- Devono essere fatte ipotesi sulla continuazione o sul livello di supporto. Con le finanze pubbliche sotto pressione crescente, la loro capacità di fornire sovvenzioni potrebbe ridursi nel tempo con ripercussioni sugli LCOE rinnovabili.
Esternalità
LCOE non tiene conto delle esternalità, ovvero un costo finanziario o non finanziario o un vantaggio di un’attività subita da una terza parte non correlata.
L’entusiasmo per le rinnovabili deriva da un’importante esternalità positiva, vale a dire le sue basse emissioni di carbonio. Tuttavia, questo è contestabile. La riduzione del carbonio può essere sopravvalutata.
L’energia rinnovabile sostituisce l’intensità materiale per le emissioni. I macchinari necessari — pannelli solari, turbine, dighe, batterie, trasformatori, nuove linee di trasmissione — richiederanno metalli e minerali su scale senza precedenti nella storia umana. Paradossalmente richiederà enormi quantità di energia alimentata principalmente da combustibili fossili. Ci sono problemi intorno allo smaltimento dei rifiuti, come i pannelli solari rottamati, che da soli potrebbero crescere fino a 200 milioni di tonnellate a livello globale entro il 2050 .
Le riduzioni stimate delle emissioni di carbonio non incorporano completamente le emissioni dell’intera filiera e del ciclo di vita delle fonti rinnovabili. Ad esempio, le emissioni derivanti dallo stoccaggio di energia all’ingrosso richiesto dove le rinnovabili sono una parte significativa della rete contribuiscono a emissioni “non trascurabili” . Questi possono ridurre o eliminare l’esternalità positiva delle rinnovabili a seconda della posizione, della modalità di funzionamento dello stoccaggio e delle ipotesi relative all’intensità di carbonio. Solo quando questi sono inclusi è possibile comprendere il vantaggio o il costo delle diverse tecnologie.
Le fonti energetiche rinnovabili presentano anche alcune esternalità negative:
- Intermittenza e dispacciabilità: l’energia rinnovabile è intermittente e generalmente non dispacciabile, ovvero non può entrare in linea, andare offline o aumentare o diminuire rapidamente per soddisfare i rapidi cambiamenti della domanda. Soddisfare la domanda senza riduzioni (chiusure, riduzione del carico o abbassamenti di tensione) richiede capacità di accumulo di energia su larga scala o di generazione di backup. LCOE in genere non incorpora questi costi, che sono difficili da stimare con precisione. Le misure — il costo livellato dello storage (LCOS) e LACE — tentano di catturare questi problemi ma possono essere altamente soggettive.
- Caratteristiche delle fonti energetiche rinnovabili: l’energia rinnovabile è fortemente focalizzata sulla generazione di elettricità. Ha una densità di energia e una densità di potenza superficiale significativamente inferiori. Gli LCOE generalmente non incorporano i costi aggiuntivi dello stoccaggio in batterie o della trasformazione dell’elettricità generata in combustibile, come l’idrogeno, da utilizzare in determinate applicazioni.
- Requisiti infrastrutturali: le energie rinnovabili richiedono un’importante riconfigurazione delle infrastrutture. La rete elettrica dovrebbe essere modificata e dovrebbero essere effettuati importanti investimenti nelle capacità di trasmissione a lunga distanza. Questi costi generalmente non sono considerati nei calcoli LCOE.
- Costi delle attività incagliate: proporzioni più elevate di energia rinnovabile si “incagliarebbero”, cioè renderebbero ridondanti le attività di generazione esistenti, come gli impianti di generazione a combustibili fossili e le miniere di supporto e i giacimenti di gas. Ciò ha conseguenze finanziarie che vanno oltre la cancellazione di valori patrimoniali non ammortizzati. Mette a rischio la capacità delle imprese con attività non recuperabili di far fronte ai propri obblighi. Gli importi in gioco sono notevoli. I 25 trilioni di dollari di risorse globali di combustibili fossili stimati al 2036, in uno scenario normale, potrebbero scendere di valore a 14 trilioni di dollari a seguito delle politiche di emissioni nette zero e del passaggio alle energie rinnovabili. Le partecipazioni degli investitori istituzionali in obbligazioni e azioni in società di combustibili fossili ammontano a 3 trilioni di dollari . L’esposizione diretta delle 60 maggiori banche del mondo alle risorse di combustibili fossili è stimato a $ 1,35 trilioni. Le banche hanno finanziato società di combustibili fossili per un importo di 4,6 trilioni di dollari dalla firma dell’accordo di Parigi nel 2016. Queste perdite ricadrebbero sugli investitori con un impatto significativo sulla stabilità finanziaria e sui risparmi. Il costo delle attività non recuperabili è generalmente escluso dalle stime LCOE. Il riutilizzo delle risorse elettriche termiche esistenti modificando i combustibili in biomassa , lo stoccaggio di energia o la gestione delle prestazioni della rete può migliorare le perdite di risorse non recuperabili.
Altre esternalità negative includono i cambiamenti ecologici e gli effetti sulla biodiversità. I grandi impianti solari e le centrali eoliche alterano radicalmente l’ambiente e minacciano gli ecosistemi. Negli Stati Uniti vengono concessi permessi speciali per l’uccisione di fauna selvatica minacciata dalle turbine.
Evoluzione dei costi
LCOE è, nella migliore delle ipotesi, un’approssimazione conveniente del costo di diverse tecnologie di generazione. Presenta dei difetti soprattutto perché si concentra sull’hardware in isolamento senza incorporare completamente molti costi di sistema del mondo reale ed esternalità essenziali per i moderni sistemi di approvvigionamento energetico. Indipendentemente dai problemi di misurazione, i costi delle energie rinnovabili sono diminuiti nel tempo. Le riduzioni effettive di LCOE dal 2009 sono significative.
Le cadute sono guidate dal progresso scientifico, dai miglioramenti nella tecnologia e dall’effetto della curva di scala ed esperienza. Gli LCOE per un dato generatore tendono ad essere inversamente proporzionali alla sua capacità. Impianti solari ed eolici sempre più grandi hanno ridotto i costi.
Sono previsti sostanziali ulteriori cali dei costi per le principali fonti di energia rinnovabile .
Le previsioni per ulteriori rapidi cali delle energie rinnovabili e dei costi di stoccaggio, basate sugli ultimi tre decenni che hanno visto un calo di quasi 10 volte, potrebbero essere eccessivamente ottimistiche. La legge dei rendimenti decrescenti che si applica alla maggior parte dei sistemi fisici e delle tecnologie ridurrà i guadagni incrementali come è avvenuto in altri settori, come i semiconduttori.
Un fattore importante saranno i limiti di efficienza determinati dalle leggi della fisica. I parchi solari sono limitati dall’energia proveniente dal sole. Le turbine non possono estrarre più energia di quella fornita dalla cinetica del vento e i tipi di batterie esistenti sono limitati dalla chimica.
L’efficienza della conversione energetica non è illimitata. Proprio come il teorema dell’efficienza di Carnot limita la conversione del combustibile in energia a circa l’80% in condizioni ideali, gli impianti solari ed eolici devono affrontare dei limiti. Il limite di Shockley-Queisser afferma che circa il 34 percento dei fotoni in arrivo può essere convertito in energia elettrica. Il teorema di Betz limita la cattura dell’energia eolica da parte della turbina a circa il 60 percento. In pratica, questi livelli sono difficili da raggiungere a causa di vincoli tecnici e di costo. Ad esempio, i migliori motori a combustione interna dopo secoli di sviluppo hanno un’efficienza compresa tra il 50 e il 60 percento, mentre la maggior parte di uso comune è ben al di sotto di tale livello.
Il solare e l’eolico sono già relativamente efficienti con l’attuale attenzione ai miglioramenti ingegneristici incrementali: turbine più grandi e pannelli solari più grandi. Uno dei motivi del ritmo più lento dei futuri miglioramenti nelle energie rinnovabili è che molte delle materie prime alla base del solare (silicio, rame e vetro) ed eolico (cemento, acciaio, rame e fibra di vetro) sono già prodotte in serie in modo efficiente con possibilità limitate di ulteriori riduzioni dei costi.
Laddove l’elettricità deve essere immagazzinata o convertita in combustibile a idrogeno, sono probabili ulteriori perdite . La produzione di gas idrogeno tramite un elettrolizzatore può perdere il 30 percento o più della energia incorporata. Un ulteriore 10-15 percento andrebbe perso per comprimere o liquefare il gas per il trasporto. Un altro 30 percento può essere perso nel processo di generazione di corrente elettrica nella cella a combustibile. È possibile che il 70 percento dell’elettricità utilizzata per alimentare il sistema venga perso.
In assenza di importanti scoperte scientifiche o di produzione, è improbabile che nel prossimo futuro si verifichino ulteriori grandi miglioramenti dei costi.
Speranza rinnovabile
Nonostante l’iperbole dei sostenitori, le rinnovabili sono attualmente una componente significativa ma modesta delle fonti energetiche globali. Tra il 2011 e il 2021, l’energia rinnovabile è aumentata dal 20% al 28% della fornitura globale di elettricità. La sua quota del consumo totale di energia globale è molto più piccola (circa il 10 percento). L’uso dell’energia fossile è diminuito dal 68% al 62% e quello nucleare dal 12% al 10%. Tra le rinnovabili, l’energia idroelettrica è diminuita dal 16% al 15%, l’energia solare ed eolica sono aumentate dal 2% al 10%. La biomassa e l’energia geotermica sono cresciute dal 2% al 3%.
Le previsioni per l’adozione di energie rinnovabili sono ambiziose.
La causa dell’energia rinnovabile si basa sulle limitate riserve rimanenti di combustibili fossili e sulle minori emissioni. Tuttavia, l’intermittenza, la bassa densità energetica e di potenza superficiale e le sfide legate alla localizzazione indicano che se una quota significativa di energia provenisse da fonti rinnovabili, sarebbe necessario un accumulo di energia di massa e un’importante riconfigurazione del sistema energetico. Il fatto che possa generare solo elettricità che costituisce una piccola parte del consumo di energia e la necessità di conversione in combustibili utilizzabili per l’alta potenza o per il trasporto ne limita ulteriormente le applicazioni.
Nonostante le affermazioni contrarie, i costi che sono migliorati notevolmente nel tempo potrebbero non essere alla parità di rete poiché gli LCOE sono sensibili alle ipotesi, ai termini di finanziamento, alla tecnologia, all’ubicazione e ai sussidi. In particolare, la mancanza di un’adeguata contabilizzazione delle esternalità significa che i confronti sono spesso falsi e veicoli di lobbying di parte.
Significa che la capacità delle energie rinnovabili di soppiantare i combustibili fossili per alimentare la moderna economia globale a un costo accettabile è tutt’altro che dimostrata. Nelle parole del tatuatore americano Sailor Jerry: “Il buon lavoro non è economico, il lavoro economico non è buono “.
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