Stima del potenziale di produzione di energia fotovoltaica nelle aree delle centrali termoelettriche e degli impianti di ingegneria sanitaria ambientale

Italy has today about 21 GWp of installed photovoltaic power, which will have to increase by 2.5 times by 2030 and by 10-15 times by 2050 according to the goals of the national strategies on climate change. In order to achieve these goals, the exploitation of unused and marginal areas could be crucial. This thesis assessed the photovoltaic potential of the areas occupied by power plants and of the following sanitary engineering plants: wastewater treatment plants, drinking water treatment plants, sanitary landfills, contaminated soils and waste-to-energy plants. The following areas have been evaluated as available for the photovoltaic installation: the whole occupied surface of the power plants, since the dismantling and reconversion of the area is planned; for sanitary landfills the application surface corresponds to the surface useful for the installation of photovoltaic panels excluding all other environmental monitoring infrastructure; for wastewater treatment plants the areas occupied by roofs, tanks (on which canopies are planned to accommodate photovoltaic installations) and other available surfaces (land, roads) have been distinguished; for waste to energy plants the areas occupied by roofs and other available surfaces (land and roads) have been identified. Following the estimation of the available areas of the thermoelectric power plants, landfills and waste water treatment plants and the statistical analysis of the available data of wastewater treatment plants, the surfaces available for photovoltaic installations on Italian soil were identified: about 44 km2 of surface available for thermoelectric power plants, 12 km2 for wastewater treatment plants, 32 km2 for landfills and 1 km2 for wastewater treatment plants for a total of about 90 km2. Three different exploitation scenarios were evaluated, relating to different levels of use of available areas. The estimates show that the maximum potential contribution of these areas is significant, at national level equal to about 13 GWp in the scenario of maximum exploitation to 2050, which corresponds to 25% of the goal set in the National Integrated Energy and Climate Plan for 2030 (PNIEC, target value of 52 GWp). The exploitation of thermoelectric power plants and landfills provides the largest contribution: 50% of the total for power plants and 36% for landfills, since these two types of plants have the largest surface area available for PV installations. The estimate of the photovoltaic potential in the areas of contaminated soils and drinking water treatment plants has not been performed because of the lack of reliable data. Estimates for the exploitation of the various types of infrastructure in Italy indicate an achievable production of about 2.160 GWh/year in the lowest exploitation scenario and about 6.490 GWh/year in the highest exploitation scenario by 2050. These energy production estimates are less accurate than those for installable PV capacity because they are based on low-resolution solar radiation data. In accordance with the results obtained for installed capacity, the largest contributions come from thermoelectric power plants (57% of the total for both the low exploitation and high exploitation scenarios) and landfills (26% of the total for the most conservative scenario and 28% for the highest scenario). These results were then compared with the current Italian photovoltaic production (equal to 23.689 GWh in 2019) and it was found that they have a relevant contribution: the installation of photovoltaic panels on the available surfaces in the plants analyzed in this study would allow to reach 9.1% of the current photovoltaic production in the lowest scenario, and 27.4% in the highest one. Finally, evaluations regarding CO2 savings as a result of clean electricity production due to photovoltaic installations. Studies at a higher level of detail capable of assessing regulatory and landscape constraints that are not evident at the scale used in this work may make it possible in the future to obtain even more precise estimates of the potential estimated at the Italian level.

 L’Italia dispone ad oggi di circa 21 GWp di potenza fotovoltaica installata, che secondo gli obiettivi dei piani e delle strategie sul cambiamento climatico fissati a livello nazionale dovrà aumentare di 2,5 volte entro il 2030 e di 10-15 volte entro il 2050. Per raggiungere tali obiettivi, appare di grande interesse la possibilità di sfruttare aree non utilizzate e marginali. La presente tesi ha valutato il potenziale legato alle aree occupate dalle centrali termoelettriche e dagli impianti dell’ingegneria sanitaria: impianti di depurazione delle acque reflue, impianti di trattamento delle acque di approvvigionamento, discariche controllate, suoli contaminati e termovalorizzatori. Le superfici valutate come disponibili per l’applicazione del fotovoltaico sono: per centrali termoelettriche tutta la superficie occupata dall’impianto, dato che è previsto lo smantellamento e la riconversione dell’area; per le discariche controllate, la superficie è quella totale escludendo tutte le altre infrastrutture di monitoraggio ambientale; per gli impianti di depurazione delle acque reflue sono state distinte le aree occupate dai tetti, dalle vasche (su cui sono previste tettoie che possano ospitare le installazioni fotovoltaiche) e le altre superfici disponibili (terreni, strade); per i termovalorizzatori sono state identificate le aree occupate dai tetti e le altre superfici a disposizione (terreni e strade). A seguito ad un’accurata stima delle superfici disponibili presso le centrali termoelettriche, discariche e termovalorizzatori e di un’analisi statistica dei dati disponibili relativi agli impianti di depurazione, sono state individuate le superfici a disposizione per le installazioni fotovoltaiche su suolo italiano in questi impianti: circa 44 km2 di superficie a disposizione all’interno delle centrali termoelettriche, 12 km2 occupati dagli impianti di trattamento delle acque reflue, 32 km2 occupati dalle discariche e 1 km2 occupati dai termovalorizzatori per un totale di circa 90 km2. Sono stati valutati tre diversi scenari di sfruttamento, relativi a diversi livelli di utilizzo delle aree disponibili. Dalle stime ottenute si nota come il contributo potenziale massimo delle suddette aree sia rilevante, a livello nazionale pari a circa 13 GWp nello scenario di massimo sfruttamento al 2050 che corrisponde al 25% dell’obiettivo posto nel Piano Nazionale integrato per l’Energia e il Clima per il 2030 (PNIEC, valore obiettivo di 52 GWp). Lo sfruttamento delle centrali termoelettriche e delle discariche fornisce il contributo largamente preponderante: 50% del totale per le centrali e 36% per le discariche, essendo queste due tipologie di impianti quelle con maggior superficie a disposizione per le installazioni PV. La stima del potenziale di fotovoltaico nelle aree occupate da suoli contaminati e impianti di trattamento delle acque di approvvigionamento non è stata possibile per mancanza di dati affidabili. Le stime relative allo sfruttamento delle diverse tipologie di infrastrutture a livello italiano indicano una produzione ottenibile di circa 2.160 GWh/anno nello scenario a più basso sfruttamento e di circa 6.490 GWh/anno in quello più spinto al 2050. Tali stime di produzione energetica risultano meno precise di quelle relative alla potenza fotovoltaica installabile, in quanto si basano su dati di radiazione solare a bassa risoluzione. In accordo con i risultati ottenuti per la potenza installata i contributi maggiori derivano dalle centrali termoelettriche (57% del totale sia per lo scenario a basso sfruttamento che per lo scenario ad alto sfruttamento) e dalle discariche (26 % del totale per lo scenario più conservativo e 28% per lo scenario più spinto). Questi risultati sono stati successivamente confrontati con l’attuale produzione fotovoltaica italiana attuale, pari a 23.689 GWh nel 2019, ed è emerso che l’installazione di pannelli fotovoltaici sulle superfici disponibili negli impianti analizzati in questo studio consentirebbe di raggiungere nello scenario conservativo il 9,1% della produzione fotovoltaica attuale, e in quello spinto il 27,4%. Infine, in questa tesi sono state effettuate delle valutazioni riguardo risparmio CO2 a seguito della produzione di energia elettrica dovuta alle installazioni fotovoltaiche. Studi ad un maggior livello di dettaglio in grado di valutare vincoli normativi e paesaggistici non evidenziabili alla scala utilizzata nel presente lavoro potranno permettere in futuro di ottenere stime ancor più precise del potenziale stimato a livello italiano.