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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

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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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CARATTERISTICHE DESIDERABILIDEGLI STRUMENTI PER L’ELABORAZIONE DI

SCENARI ENERGETICI

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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 DIMODELLI ENERGETICI.

IL MARKAL-MACRO

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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 PRESO A MODELLO

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Paesi dove viene usato un modello della “famiglia MARKAL”

IL MODELLO

MARKAL-MACRO

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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


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

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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


domandaSettori

domandaVettori

energeticiVettori




domandaTecnologie

domanda


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domandaSettori

domandaVettori

energeticiVettori




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.


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domandaSettori

domandaVettori

energeticiVettori




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.

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 MODELLO

MARKAL-MACRO ITALIA

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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%


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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


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)


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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-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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metodologie per l’elaborazione di scenari … · valutare possibilità e dimensione di un...

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