metodologie per l’elaborazione di scenari … · valutare possibilità e dimensione di un...
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METODOLOGIE PER L’ELABORAZIONEMETODOLOGIE PER L’ELABORAZIONEMETODOLOGIE PER L’ELABORAZIONEMETODOLOGIE PER L’ELABORAZIONE
DI SCENARI ENERGETICO-AMBIENTALI.DI SCENARI ENERGETICO-AMBIENTALI.DI SCENARI ENERGETICO-AMBIENTALI.DI SCENARI ENERGETICO-AMBIENTALI.
IL MARKAL-MACRO ITALIAIL MARKAL-MACRO ITALIAIL MARKAL-MACRO ITALIAIL MARKAL-MACRO ITALIA
Francesco Gracceva
CONFERENZA UDA:Le iniziative Advisor asostegno delle politicheenergetico-ambientali
UDA-Advisor
20 novembre 2003CASACCIA
Sala Conferenze
SOMMARIO
Introduzione: alcune definizioni
Caratteristiche desiderabili degli strumenti perl’elaborazione di scenari energetici
Tipologie di modelli energetici
Il modello MARKAL-MACRO
Il MARKAL-MACRO Italia
Un’analisi con il modello MARKAL-MACRO Italia
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INTRODUZIONE: DEFINIZIONE DI SCENARIO
Uno scenario èun’immagine del futurouna traiettoria nello spazio degli eventi possibili...
Elemento comune delle definizioni, l’uso di criteri scientifici perl’elaborazione:
la plausibilità delle ipotesi su cui si fondala coerenza interna (coerenza dei valori assunti dalle diverse variabili)la trasparenza (ogni scenario deve essere riproducibile)
Uno scenario non è una previsione, ma una rappresentazionecompleta e coerente di un possibile futuro date certe ipotesi e
utilizzando una data metodologia
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INTRODUZIONE: FUNZIONI E CARATTERISTICHEDI UNO SCENARIO ENERGETICO
Funzione primaria è assistere i policy makers, aiutandoli a prenderedecisioni informate circa le conseguenze di lungo periodo delle lorodecisioni (date certe condizioni e ipotesi)
L’elaborazione di scenari per la politica energetica nazionale richiedela comprensione della natura complessa del sistema, che ha
moltiplici dimensionilegate tra loro da nessi di azione e controreazione
Lo strumento utilizzato per la definizione delle politiche energetichedovrebbe quindi rappresentare questa complessità
(pur con i limiti di ogni “rappresentazione” della realtà)
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UNO STRUMENTO PER L’ELABORAZIONE DISCENARI ENERGETICI
Date queste funzioni e caratteristiche di uno scenario energetico,uno strumento appropriato per l’elaborazione di scenari è
un modello matematico
integrato c.d. E3 (energy, economy, environment)
con un adeguato dettaglio tecnologico
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PERCHE’ UN MODELLO MATEMATICO
Obiettivi della politica energetica (generalmente condivisi):disponibilità di energia / sicurezza degli approvvigionamentiminimizzazione del costo dell’energia / competitività del sistema economicominimizzazione dell’impatto ambientale del consumo di energia
Politiche da perseguire (relativamente immediate):aumentare l’offerta di energia e diminuire la dipendenza energeticaacquistare/importare/consumare le fonti energetiche più economiche (senza limiti)ridurre l’intensità energetica dell’economia e l’intensità carbonica dell’energia
La soluzione ad un obiettivo configge con la soluzione degli altri,per cui serve uno strumento che permetta di scegliere
La metodologia utilizzata deve permettere la riproducibilità delloscenario. E una valutazione quantitativa della compatibilità tra obiettividiversi, che è il problema principale della politica energetica
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PERCHE’ UN MODELLO INTEGRATOENERGIA/AMBIENTE/ECONOMIA
Il modello deve ad esempio rappresentare questa sequenza di effetti:
Cambiamenti nel sistema energetico (esogeni o indotti da politiche)
Variazioni dei prezzi dell’energia
Risposta della domanda di energia ai prezzi (conservazione, aumento, “rebound”)
Riallocazione delle risorse nell’intero sistema economico
Effetti sulla formazione del capitale e la crescita economica
Effetti sul livello dell’attività economica, sul mix di energia e sulle emissioni
La metodologia deve tenere conto delle interrelazioni esistenti trasistema energetico, sistema economico e ambiente, permettendo divalutare possibilità e dimensione di un disaccoppiamento tra crescitaeconomica, domanda di energia ed emissioni
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PERCHE’ UN MODELLO TECNOLOGICO
La metodologia deve contenere un’adeguata rappresentazione deifattori determinanti per l’evoluzione del sistema e per la sua rispostaalle misure di politica energetica
Le ipotesi principali (fondamentali per lo scenario di riferimento)popolazione, disponibilità di energia, attività economica, prezzi dell’energia,caratteristiche e costi delle tecnologie energetiche
Le possibilità di sostituzione delle diverse fonti energetichedisponibilità e costo delle tecnologie, tasso di sostituzione dello stock di capitale edelle infrastrutture, preferenze dei consumatori
La natura del processo di sostituzione dello stock di capitaledettaglio relativo alla struttura produttiva e allo stock di capitale, grado diconoscenza del futuro, intervallo di tempo dello scenario
La dinamica del progresso tecnologicocambiamento tecnologico indotto, oppure incremento autonomo dell’efficienzaenergetica (per cambiamento strutturale dell’economia o incrementi dell’efficienzaenergetica), oppure learnig-by-doing
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TIPOLOGIE DI MODELLI
Molte tipologie di modelli, diversi per obiettivi, rappresentazionedell’economia, livello di disaggregazione, orizzonte temporale. Unadelle più importanti caratteristiche è il grado di dettaglio con cui sonorappresentati beni e tecnologie
Modelli Top DownRappresentano l’intera economia con un poche variabili aggregate ed equazioni. Ognisettore è rappresentato da una singola funzione di produzione, che rappresenta le possibilisostituzioni tra i principali fattori produttivi (a livello aggregato: energia, capitale, lavoro)secondo un parametro fondamentale, l’elasticità di sostituzione. Impossibile l’analisi dellosviluppo delle diverse tecnologie.
Modelli Bottom UpDescrizione dettagliata del sistema: ogni tecnologia energetica importante è descritta dainput, output, costi. Un settore è costitutito da tecnologie unite dai loro input/output eogni output finale è prodotto da un mix tecnologie, per cui la funzione di produzione èimplicita. Impossibile cogliere gli effetti di azione e retroazione tra settore energetico eintera economia, la domanda di servizi energetici è indipendente dai prezzi.
Entrambi hanno dei limiti e non soddisfano appienole esigenze conoscitive sottolineate
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PERCHE’ IL MARKAL-MACRO
Il MARKAL-MACRO è costituito dall’integrazione di un modello tecnologico“bottom-up” e di un modello macroeconomico di crescita di tipo “top-down” ed è uno dei primi e più noti modelli E3, per cui permette un’analisiintegrata energia / economia / ambiente
Fa parte della “famiglia di modelli MARKAL”, sviluppati da più di 20 anninel programma ETSAP (Energy Technology Systems Analysis Programme,il cui capo-progetto è l’italiano G. Tosato) della IEA, utilizzata da più di 50istituti di 38 paesi, tra cui negli ultimi anni anche l’EIA-DOE
Il principale punto di forza dei modelli MARKAL è che non sono “modelli”ma “generatori di modelli”, che permettono di rappresentare sistemienergetici di dimensioni variabili da livello locale a nazionale a planetario,con orizzonti temporali diversi
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IL MARKAL-MACRO (1)
L’interazione tra il sistema energetico e il resto dell’economia permette dicalcolare il costo degli interventi di policy sull’economia nazionale direttamentein termini di variazione del Prodotto interno lordo rispetto al caso tendenziale
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MARKAL MACROLabor
Consumption
Energy Costs
Energy
InvestmentCapital
Y
Il legame “formale” tra i due modelli rende endogena la domanda di energia,distinguendo tra conservazione autonoma e indotta dai prezzi
IL MARKAL-MACRO (2):il modello macroeconomico
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Il Macro è un macro-modello dinamico, neoclassico, di equilibrioeconomico generale concorrenziale, nel quale l’economia è rappresentatada un consumatore “rappresentativo”, un produttore “aggregato” e un unicobene “aggregato” (più l’energia, utilizzata interamente per produrre il bene“aggregato”) che può essere consumato o investito e per la cui produzionesono utilizzati tre fattori di produzione (capitale, lavoro, energia)
max U(Ct)s.t.:
Yt = Ct + It + ECtYt = ƒƒƒƒ (Kt, Lt, EDt)
Kt ≤≤≤≤ K*tKT ≤≤≤≤ ITLt ≤≤≤≤ L*t
EDt ≤≤≤≤ ESt
Rappresentazione“stilizzata” del modello
MACRO: U(Ct) = funzione di utilità, Yt =produzione lorda, somma del
Pil (consumi, Ct, e investimenti,It) e del costo dell’energia (Ect));
Kt, Lt, EDt = capitale, lavoro,energia; ESt = offerta di energia
IL MARKAL-MACRO (3):il modello tecnologico
Rappresentazione“stilizzata” del
ReferenceEnergy System
(RES):
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RisorseRisorseSettori
domandaSettori
domandaVettori
energeticiVettori
energeticiTecnologie
di conversioneTecnologie
di conversioneTecnologie
domandaTecnologie
domanda
Il sistema energetico viene descritto dal punto di vista tecnologico, daiprocessi di approvvigionamento delle fonti primarie ai diversi processi diconversione, trasporto e distribuzione dell’energia, fino ai dispositivi di usofinale. Il modello tecnologico determina dunque il modo in cui vienesoddisfatta la domanda di servizi energetici, la sostituzione tra i combustibilie la conservazione di origine tecnologica
IL MARKAL-MACRO ITALIA
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Il MARKAL-MACRO Italia rappresenta l’evoluzione del sistema energetico dal 1990 al 2030mediante la soluzione di un problema di programmazione lineare. Il modello contiene circadiecimila variabili, a partire da 67 tipologie di domanda di servizi energeticiOriginariamente sviluppato nei primi anni novanta presso l’ENEA (da G. Tosato e M.Contaldi) come MARKAL Italia (per la II Com. Naz. all’UNFCCC), è stato recentementeaggiornato (in collaborazione con l’APAT) e implementato nella versione MARKAL-MACRO
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energeticiVettori
energeticiTecnologie
di conversioneTecnologie
di conversioneTecnologie
domandaTecnologie
domanda
IL MARKAL-MACRO ITALIA
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Il MARKAL-MACRO Italia rappresenta l’evoluzione del sistema energetico dal 1990 al 2030mediante la soluzione di un problema di programmazione lineare. Il modello contiene circadiecimila variabili, a partire da 67 tipologie di domanda di servizi energeticiOriginariamente sviluppato nei primi anni novanta presso l’ENEA (da G. Tosato e M.Contaldi) come MARKAL Italia (per la II Com. Naz. all’UNFCCC), è stato recentementeaggiornato (in collaborazione con l’APAT) e implementato nella versione MARKAL-MACRO
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domandaSettori
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energeticiVettori
energeticiTecnologie
di conversioneTecnologie
di conversioneTecnologie
domandaTecnologie
domanda
Centrali elettriche a fonti rinnovabili del modello Markal ItaliaE31 Hydro plant, seasonal storage (ENEL+others)E33 Hydro plant, flow of riverE35 Hydro small dispersedE37 Hydro pumped night storageE41 GEOTHERMAL DRY STEAM PLANTE43 WIND POWER PLANT (LARGE SIZE)E45 PV CENTRAL PLANTE46 PV DISPERSEDE61 Steam electric, Other ind.+inceneritoriFK7 Biogas to electricity prod.
IL MARKAL-MACRO ITALIA
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Il MARKAL-MACRO Italia rappresenta l’evoluzione del sistema energetico dal 1990 al 2030mediante la soluzione di un problema di programmazione lineare. Il modello contiene circadiecimila variabili, a partire da 67 tipologie di domanda di servizi energeticiOriginariamente sviluppato nei primi anni novanta presso l’ENEA (da G. Tosato e M.Contaldi) come MARKAL Italia (per la II Com. Naz. all’UNFCCC), è stato recentementeaggiornato (in collaborazione con l’APAT) e implementato nella versione MARKAL-MACRO
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energeticiVettori
energeticiTecnologie
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Centrali elettriche a fonti rinnovabili del modello Markal ItaliaE31 Hydro plant, seasonal storage (ENEL+others)E33 Hydro plant, flow of riverE35 Hydro small dispersedE37 Hydro pumped night storageE41 GEOTHERMAL DRY STEAM PLANTE43 WIND POWER PLANT (LARGE SIZE)E45 PV CENTRAL PLANTE46 PV DISPERSEDE61 Steam electric, Other ind.+inceneritoriFK7 Biogas to electricity prod.
Markal parameters 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030BOUND(BD) UP - 0.65 0.62 0.65 0.7 0.8 0.8 0.85 0.9 1CF(Z)(Y) - I-D 0.7 0.7 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85CF(Z)(Y) - I-N 0.666 0.666 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75CF(Z)(Y) - S-D 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7CF(Z)(Y) - S-N 0.666 0.666 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7CF(Z)(Y) - W-D 0.7 0.7 0.85 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9CF(Z)(Y) - W-N 0.666 0.666 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8FIXOM - - 350 350 300 300 300 300 300 300 300IBOND(BD) LO - 0 0.04 0.04INVCOST - - 2,500 2,500 4,000 4,500 5,000 5,000 5,500 6,000 6,000PEAK(CON) - - 0.7 0.8 0.85 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9RESID - - 0.51 0.48 0.45 0.425 0.4 0 0 0 0VAROM - - 90 90 90 90 90 90 90 90 90
UN’ANALISI CON IL MARKAL-MACRO ITALIA:I CERTIFICATI VERDI (1)
Obiettivi:Simulare il passaggio dal sistema di incentivazione delle fonti rinnovabili basato suisussidi differenziati per fonte (CIP 6/92) al sistema dei Certificati VerdiValutare l’effetto dell’innalzamento della quota di obbligo per i CV, dal 2 al 4%
Metodologia:imposizione di un vincolo sull’elettricità prodotta da fonti rinnovabili, pari allaquota di obbligo prevista (2% nel caso tendenziale, crescente dopo il 2005nello scenario alternativo)
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ELCidro+ELCwind+ELCgeothermal+ELCbiomass+ELCgeo+ELCphotov. " 2%Scenario tendenziale
ELCidro+ELCwind+ELCgeothermal+ELCbiomass+ELCgeo+ELCphotov. " 4%Scenario CV 4%
UN’ANALISI CON IL MARKAL-MACRO ITALIA:I CERTIFICATI VERDI (2)
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Markal-MacroIII Com. Naz.Primes
+9.2+8.1+5.4
2010 2020
+16.3+23.1+9.3
Variaz. % rispetto al 2000
UN’ANALISI CON IL MARKAL-MACRO ITALIA:I CERTIFICATI VERDI (3)
Il confronto tra i due scenari dà indicazioni su tutte le dimensioni del sistema:• L’aumento della quota dei CV fino al 4% produce una riduzione solomarginale delle emissioni di CO2,• Il fattore più importante è la riduzione della % di fonti fossili sul TPES• L’incremento dell’intensità carbonica mostra che si ha una riduzionedell’elettricità da gas naturale (l’aumento dell’intensità energetica è spurio)
UN’ANALISI CON IL MARKAL-MACRO ITALIA:I CERTIFICATI VERDI (4)
L’aumento della quota dal 2% al 4% ha un effetto positivo, ma limitato
Nel 2010 la produzione da FER è minore degli auspici (circa 70 TWh vs. 75)
Nel lungo termine la misura non è sufficiente per incrementi continui
L’energia eolica risulta la più competitiva, seguita dall’elettricità da biomassa
L’effetto su una tecnologia meno matura ma promettente (fotovoltaico) è nullo:rischio di una competizione fra tecnologie a diversi livelli di sviluppo
BASELINE GC 4%
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UN’ANALISI CON IL MARKAL-MACRO ITALIA:I CERTIFICATI VERDI (5)
-0.20%
-0.10%
0.00%
0.10%
0.20%
2010 2020 2030
Inco
me
per-
capi
ta: d
iffer
ence
vs.
MM
Bau
Costo dell'energia
PIL
• L’aumento della quota dei CV ha un impatto sul costo dell’energia
• Ed un impatto negativo (anche se modesto) sul PIL
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