Modelli per la proiezione a breve e lungo termine dello sviluppo di energia fotovoltaica ed eolica

The Paris Climate Agreement signed in 2015 marks an important decarbonization path for the upcoming decades; this path states that traditional fossil sources will be replaced by renewable sources. Because renewables will adopt a key role in this process, the projection of their development is fundamental for all actors involved in the implementation of this energy transformation. The projection of the development of photovoltaics, wind, and other renewable energies has not been a simple task in recent decades. The first aim of this work was to compare and analyse the projections proposed by agencies, companies, and scientific studies regarding the future development of renewable energies. This comparison has highlighted that the development of photovoltaic and wind energies had been significantly underestimated. In the second part of the thesis, simple models were performed, in order to understand if it would be possible to estimate more precisely the development of photovoltaic and wind energies. The precision of these models was compared with the precision of the corresponding projections provided by the agencies, and this comparison was evaluated using an index. The results confirmed that simple models could provide in most of the case more accurate projections than the models realized by agencies and other organizations. Based on this comparison, in the third part of the work short and long-term projections for the future were proposed. The projections proposed by the models were therefore compared with the ones realized by other agencies and organizations and, for photovoltaics, a model that considers the decline that took place in recent decades in the price of silicon cells was developed. For long-term projections, another approach, which estimates the growth potential starting from the global energy mix in 2050 was developed. This latter analysis aimed to provide an estimate of a range of possible development of this technology in future decades. Finally, the proposed long-term projections are compared with data from reports and studies found in recent scientific literature.

Primo scopo di questa tesi magistrale è stato comparare le proiezioni delle energie rinnovabili, ed in particolare dell'energia fotovoltaica ed eolica, proposte da enti, agenzie, aziende e studi scientifici negli ultimi vent'anni. Questo confronto ha evidenziato che lo sviluppo dell'energia fotovoltaica ed eolica è stato sottostimato significativamente e in modo continuato, in misura minore dalle associazioni ambientaliste o di categoria ed in misura maggiore da agenzie governative o del settore fossile. Nella seconda parte della tesi sono stati quindi sviluppati dei semplici modelli per capire se con le informazioni disponibili in passato sarebbe stato possibile prevedere l'andamento futuro in maniera più accurata di quanto fatto dalle agenzie internazionali. Sono stati quindi sviluppati dei modelli autoregressivi, basati sui dati storici, e attraverso un indice di confronto opportunamente definito è stato riscontrato che nella maggior parte dei casi le proiezioni dello sviluppo dell'energia fotovoltaica ed eolica realizzate con i modelli proposti, basati unicamente sul trend di sviluppo delle stesse energie negli anni precedenti, avrebbero descritto meglio l'andamento futuro rispetto alle proiezioni proposte dalle agenzie considerate, basate su modelli più complessi. Nella terza parte della tesi sono state proposte proiezioni sul breve e lungo termine dello sviluppo futuro di energia fotovoltaica ed eolica. Per l'orizzonte a breve termine sono stati utilizzati i citati modelli autoregressivi, mentre le proiezioni a lungo termine sono state realizzate con differenti approcci. Per il fotovoltaico è stato presentato un modello che considera l'informazione della decrescita del prezzo del pannello fotovoltaico. Con un altro approccio è stata stimata invece la potenzialità della tecnologia fotovoltaica ed eolica a partire dal mix energetico globale previsto al 2050. Le proiezioni proposte della potenza di energia eolica e fotovoltaica installata forniscono valori molto elevati di sviluppo di queste tecnologie, comunque congruenti con i valori proposti nella recente letteratura scientifica.